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[项目分享] 【Mind+】做了水的沸腾实验后,98度的水可以将就喝了(?)

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2.21,水的沸腾实验
这个非常常规的实验能给我哪些启发呢。

器材准备:
micro:bit                 1
DF BOSON扩展板   1
DS18B20 防水温度传感器     1
截图201902221703375012.png
铁架台   1
电磁炉   1
不锈钢杯    1
水              1杯

软件平台:
MIND+

接线参考:
截图201902221709069355.png
截图201902221709549836.png

程序参考:
截图201902221710295822.png
程序截图:
截图201902221717293127.png
实验装置如下:

截图201902221509122975.png

实验目标:
水的沸腾实验
水的沸点探究
相关知识探究

【资料】
沸腾是在一定温度下液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象。沸点是液体沸腾时候的温度,也就是液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。沸点指纯物质在1个标准大气压下沸腾时的温度。不同液体的沸点是不同的。沸点随外界压力变化而改变,压力低,沸点也低。


当液体沸腾时,在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等,气泡才有可能长大并上升,所以,沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强时的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增大时,它的沸点升高;压强减小时;沸点降低。例如,蒸汽锅炉里的蒸汽压强,约有几十个大气压,锅炉里的水的沸点可在200℃以上。又如,在高山上煮饭,水易沸腾,但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低,水的沸点也随高度的升高而逐渐下降。(在海拔1900米处,大气压约为79800帕(600毫米汞柱),水的沸点是93.5℃),沸点低的一般先汽化,而沸点高的一般较难汽化。

实验时为了防止暴沸,加入了碎瓷片。

【当天气压:1022.5mb】

截图201902221509449668.png

【一】实验用电磁炉加热,进行了多次。
观察现象:
1、刚加热不久时杯底就有小气泡出现。
【分析】
水中溶解有空气
气体溶解度是指该气体在压强为101kPa,一定温度下,溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体的体积。气体溶解度受气体种类、压强、温度等因素影响。如在0℃、1个标准大气压时1体积水能溶解0.049体积氧气,此时氧气的溶解度为0.049。气体的溶解度除与气体本性、溶剂性质有关外,还与温度、压强有关:其溶解度一般随着温度升高而减少。由于气体溶解时体积变化很大,故其溶解度随压强增大而显著增大。

加热时气体溶解度减少从水中以小气泡形式放出。

2、加热到传感器读数95度左右沸腾,继续加热达到100度,继续加热,传感器温度读数保持稳定,温度计读数继续上升达到102+。

第一次的数据:
95度左右开始出现沸腾现象,继续加热达到最高温度99.5,所以后面实验中标定了传感器读数(+0.5)。停止加热后温度下降。
截图201902221510424934.png

程序修改为:
截图201902221735206434.png
第二次数据:
95度左右开始出现沸腾现象,然后继续加热达到最高温度100度。温度计读数102+。停止加热后温度下降。
捕获2.JPG


【实验分析】
1、水在沸腾时温度基本恒定,沸点与气压有关。
2、本实验中观察到95度左右出现沸腾现象,建议烧水时再加沸腾2-5分钟,而不是一沸腾就停止加热。(以达到灭菌作用,同时使水的硬度降低)

【生活感悟】火车上车站学校供水处人多,约95度以上出现沸腾现象,如果有可能,稍等一下。实在不行,98度也可以将就一下。

【水的硬度】
        硬水(Hard Water),是指含有较多可溶性钙镁化合物的水。硬水并不对健康造成直接危害,但是会给生活带来很多麻烦,比如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗涤效率减低等。
       煮沸是生活中硬水软化的主要方式。
当水在大气中凝聚时,它与空气中的二氧化碳反应,形成了叫做碳酸的弱酸。该酸最终随雨落到地上,然后流过土壤上部到达岩石层,碳酸溶解了石灰(碳酸钙和碳酸镁),中和,并同时变硬。一些地区的溶洞和溶洞附近的硬水就是这样形成的。硬水有暂时性及永久性之分,暂时硬水通常关系到钙和镁的碳酸盐和碳酸氢盐,这类结晶可长期存在水中,直到气压或温度出现变化,使水份变成超饱和,造成沉淀物,附在热表面或粗糙表面上,例如管道和热交换器内,即形成硬水垢;永久性硬水主要关系到硫酸钙及硫酸镁,是不会受到热和气压变化影响,但如水份被蒸发,依然会留下并形成硬水垢。
工业硬水是管道中的钙、镁等矿物质会否沉积的工业专有名词,硬度越高,钙质越容易沉淀,造成水管、锅炉等设备阻塞,由于设备维护的费用日益增加,水的硬度已作为生产成本的判断标准之一。

【补充资料】
水的沸点
摄氏温标的定义“在标准大气压下,以水的冰点为0度,水的沸点为100度,中间分为100等分的温标。”
所以通常人们都认为水的沸点是1标准大气压下100℃,但是1990年后不再如此(2013年使用的水沸点是1标准大气压下99.974℃)。
定义不是说水的沸点是100度吗?为什么又不再是了呢?
1988年国际度量衡委员会推荐,第十八届国际计量大会及第77届国际计量委员会作出决议,从1990年1月1日起开始在全世界范围内采用重新修订的国际温标,这一次取名为1990年国际温标,代号为ITS-90。
1990国际温标(ITS-90)对摄氏温标和热力学温标进行统一,规定摄氏温标由热力学温标导出,0℃=273.15K,划分不变。因此冰点并不严格等于0℃(1/10000级才有区别),水的沸点不严格等100℃(0.01级才有区别)
注上修改原因:1990国际温标,取消了“实用”二字,因为随着科学技术水平的提高,这一温标已经相当接近于热力学温标。和旧国际温度标准(IPTS-68)相比较,100℃时偏低0.026℃,即标准状态下水的沸点已不再是100℃,而是1标准大气压下99.974℃。
所以说国际通用的不再是“正宗的”摄氏温标,而是国际(摄氏)温标。
国际(摄氏)温标新定义:0℃=273.15K
还有一点:
水壶烧水的时候,壶壁或者壶底会出现一些小气泡,小气泡与周围的液体进行汽化反应,以它为中心,会发生沸腾现象,我们把这些气泡也可以称之为汽化核。水在对流传热中的沸点是100℃,但如果拿进微波炉加热温度会远远大于100℃而水还没蒸发。由于用微波炉加热的水中,缺少沸腾的第二个条件,气化核,容易达到甚至超过沸点却不沸腾的过热液体,当这个时候将小颗粒(咖啡粉等)投入到过热液体时,它们(咖啡粉等小颗粒)诱导了气化核的产生,形成瞬间爆沸的现象。

计算公式
已知大气压强求水的沸点,即是求已知水体气压达到饱和时所处的温度。
所用公式为求饱和水汽压的公式,即马格努斯经验公式:


其中,E0为0℃时的饱和水汽压,E0=6.11百帕(hpa);a,b为经验常数。对于水来说,a=7.45,b=235℃;E的单位也为百帕;t的单位为℃。 [3]

rzyzzxw  版主
 楼主|

发表于 2019-2-25 13:54:06

本帖最后由 rzyzzxw 于 2019-2-26 20:54 编辑

实验有个bug,电磁炉加热会不会让温度计探头上金属发热呢。
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