原理
沸騰是指當水蒸氣氣泡不受束縛,在表面爆裂的現象。 為了使氣泡膨脹,溫度必須足夠高,使蒸氣壓超過環境壓力(主要是大氣壓力)。低於這個溫度,水汽泡就會收縮並消失。
過熱是沸騰的例外。有時,液體蒸氣壓即使超過環境壓力也不會沸騰。因為附加力和表面張力會抑制氣泡的增長。
表面張力使氣泡像一個氣球一般。裡面的壓力因試圖收縮的氣泡表面略微增大。為了使氣泡膨脹,溫度必須略高於沸點,以產生足夠的蒸氣壓來克服表面張力和環境壓力。
就像吹氣球一樣,沸騰最難的部分就是開始。由表面張力引起的壓力與氣泡的直徑成反比,這意味著如果容器中最大的氣泡直徑只有幾微米,克服表面張力可能需要超過幾攝氏度的溫度。一旦氣泡開始增長,由於表面張力造成的壓力減小,所以它爆炸性地膨脹。實際上,大多數容器有劃痕或其他瑕疵,它們會提供起始氣泡,但只有微小氣泡的液體容器便會顯著過熱。
微波爐中的過熱現象
當無劃痕和瑕疵容器在微波爐中加熱時,會發生過熱現象。一旦受到干擾,其中一些水突然蒸發,可能會有沸水從容器中噴出。
沸騰可以通過攪拌杯子,插入攪拌裝置,或添加速溶咖啡或糖等物質來觸發。光滑的容器中的液體更容易過熱,因為劃痕或碎片可儲存氣泡。當無劃痕的容器重複加熱和冷卻時,過熱更可能發生。例如,當忘記的咖啡杯被重新加熱而未被從微波爐中移除時。這是由於循環加熱了從溶劑中釋放溶解的氣體,如氧氣和氮氣。
有許多方法可以防止微波爐過熱,比如把冰棒放在玻璃杯里,或者使用有劃痕的容器。
套用
過熱液態氫被用於氣泡室。
氣泡室是一種探測高能粒子運動徑跡的儀器。該儀器是在一耐高壓容器中,裝有透明的液體的裝置(如氫、氦、丙烷、戊烷等)。被壓縮的液體在一定溫度下,由於突然減壓而處於過熱狀態。當有能產生電離作用的粒子通過時,就發生沸騰。在粒子經過地方,產生氣泡,從而顯示出粒子的徑跡。由於氣泡室兼有核乳膠和雲霧室兩者的優點,故近年來發展較快,廣泛套用於高能粒子的研究中。