一升100度的水倒入一升0度的水中,会得到两升50度的水吗?

如果把一升100摄氏度的水倒入一升0度的水之中,结果会得到两升50度的水吗?

需要注意的是,水在0度和100度时都可以保持液态。虽然0度是水的冰点,但在这个温度下,水的液相和固相是可以共存的。0度的液态水要转变为冰,需要大量放出热量,没有继续降温,水能够维持液态。同样地,在100度时,水的气相和液相可以共存,如果没有进一步吸收热量,没有继续升温,水能够维持液态,从而成为过热水。



另一方面,只要水的纯度达到一定程度,水在0度时也很难结冰。水的结冰依赖于异相成核,纯水中缺乏成核点,比如气泡、杂质。所以纯水很难结冰,它们甚至能够在0度以下保持液态,科学家可以让超纯水冷却到零下数十度。过冷水处于亚稳态,如果过冷水被晃动一下,由于水中进入气泡,水有了结晶核,它们很快就会结冰,这种现象在寒冷的地方可以观测到。同样地,水的汽化也需要核心,纯度很高的水很难沸腾,它们可以变成过热水。



回到这个问题上来。如果从中学物理的理想角度来看,一升100度的水和一升0度的水混合之后,结果显然会得到两升50度的水,这就是一个简单的数学加减问题。

然而,现实并非如此。因为水的密度、比热容都不是固定的常数,而是会随着温度而发生变化,实际计算时需要考虑到这种变化。

在常压下,水在4度时的密度最大,为1000千克/立方米,其他温度下水的密度都要比这个数值更低,例如,水在0度时的密度为999.84千克/立方米,水在100度时的密度为958.37千克/立方米。因此,1升的0度水要比1升的100度水更重一些,两者相差了41.47克。

另一方面,在0到100度的温度范围内,水的比热容会先随着温度的升高而降低,大约在50度时达到最低,然后又会随着温度升高而升高。虽然从0度到50度以及从50度到100度的变化并非线性的,但总体上差别不是很大,而且变化幅度也很小。因此,如果假设水的比热容(c)保持不变,这样我们可以做个近似定量计算。

水从100度冷却下来所放出的热量为:Q放=c·m1·(100-t),水从0度升温所吸收的热量为:Q吸=c·m2·(t-0),由于最终水温会达到平衡,则可得如下等式:Q放=Q吸,所以c·m1·(100-t)=c·m2·(t-0)

代入数据,可以计算出t≈48.94摄氏度。也就是说,一升100度的水和一升0度的水混合之后,最终水的温度会低于50度,而非刚好等于50度。

另外,通过上式可以看出,由于等式两边可以消掉水的体积,这意味着无论多少升100度的水和0度的水混合,只要它们的体积相等,结果得到水的温度都大约是48.94度。



是可以得到两升的水,但是水的温度并不会达到50度。因为温度会受到自然常温的影响,例如在冬天的时候,温度可能会更低一些。

不会得到两升50度的水,因为一冷一热会有水蒸气产生,损失了很多的热量,应该是低于50度的。

不会。因为水的密度、比热容都不是固定的常数,而是会随着温度而发生变化,实际计算时需要考虑到这种变化。
通过定量计算,一升100度的水和一升0度的水混合之后,最终水的温度会低于50度,而非刚好等于50度。

生活中不知大家是否有将两种不同温度的水混在一起的经历,当将温度较高的水倒进盛有温度较低的水的器皿中,混合得到的水的温度会介于混合前两种水的温度之间,如果是将较低温度的水倒入盛有较高温度的水的器皿里,也是同理,这种方法常用来降低水温或升高水温,适应范围广,使用频率也较高对于这一简单的生活现象,不知大家是否思考过一个问题,如果是将1000毫升100摄氏度的开水与1000毫升0摄氏度的水混合,会得到2000毫升50摄氏度的水吗,刚看到这个问题,很多朋友或许有些疑惑,从物体熔沸点的角度来看,当水的温度低至零摄氏度的时候,水不是会结成冰,同样地,当温度达到100摄氏度时,水不是会由液态转变为气态,两种状态不同的事物如何能混为一体

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