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过冷(却)和过热


   撰文:韩启光     2010年12月


    也许大家都听说过,不要尝试用微波炉煮沸食水,以免发生危险。这其实涉及一名为「过热」的物理现象。一般来说,当物质被加热至其沸点便会产生「相变化」,由液态转变为气态。以水为例,纯水在常气压下的沸点是摄氏100度,但由于表面光滑的容器,如玻璃杯,和微波炉内 相对静止的加热环境不利气泡的形成,被加热至沸点或以上的水未能转变为蒸汽,沸腾被延迟,因而处于「过热」的状态。当「过热」的水受到外来扰动,如加 入砂糖或以茶匙搅拌,便有机会触发沸腾。突然产生的蒸汽气泡能使热水四处飞溅,造成危险(图一)。

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    图一   微波炉煮沸食水造成危险示意图

    相反地,当液体被冷却至其凝固点以下,但环境中缺乏有利凝结过程发生的「凝结核」时,液体便不会凝结成固体。这现象称为 「过冷却」或「过冷」。过冷(却)的水其实能够在大气中自然出现。大气中对流层的温度随高度递减,视乎纬度而定,温度一般在离地面3至5公里的高度已下降至 摄氏零度或以下。这与中、高云出现的高度相约。如在该高度缺乏悬浮粒子或既存的冰晶作「凝结核」触发水滴凝结成冰晶的话,温度低于摄氏零度的「冷云」内 的水分可于过冷(却)状态存在(图二)。实验结果更显示悬浮在空气中的过冷(却)水滴可在低至摄氏零下四十度的环境下维持液态!

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    图二   经处理的红外线卫星图像可以辨认可能有过冷(却)水出现的位置(蓝色)


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       参考:

    1. C.D. Ahrens, Essentials of Meteorology
    2. J.M. Wallace, P.V. Hobbs, Atmospheric Science: An Introductory Survey
    3. Wikipedia
最近修订日期: <2014年4月1日>