静圧による水の沸点上昇の問題
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この投稿は、2015年7月11日12時36分にzhenshui*anによって最終的に編集されました。通常の圧力下では水の沸点は100度ですが、圧力が高くなると水の沸点も上昇します。高さ20mの縦型の管があり、水で満たされていると仮定しましょう。水を満たした後の底部の水の静水圧は2kg/cm2（表圧）で、底部を加熱して120度まで温める。底部は水の静水圧のため、水の沸点は約132.9度となり、底部の水はその圧力下での沸点には達しないため、沸騰しません。問題は、上の水は沸騰するかということです 見解1：沸騰しない。 水の静水圧によって底面の水の沸点が上昇し、底面が沸騰しても上面は沸騰しない。 見解2：沸騰する。加熱すると上下の温度差によって水の比重が変わり、水は自然に循環し、上部の水温も徐々に上昇しますが、ここは大気圧下なので水は沸騰します。 みなさん、海友の皆さんはどう思いますか？
あなたの考える問題は少し変わっているけど、面白いね。私は二番目の方に傾いている。ただし、管は十分に太くなければならず、自然循環を妨げてはならない。
この問題は議論の余地がありますね。でも、この二つの見解にもある程度の関連性があると思います。底部の対応する飽和蒸気圧で気泡が発生し始める（つまり沸騰する）んですよ：lol
第二の説の方に賛同します。密度差が生じるのは、お湯を沸騰させる過程と似ているはずです。理論的には、まず底の水が沸騰し、その後気泡が発生して上の水も沸騰するのでしょう。つまり、水は混ざり合ってかき混ぜられるのです。しかし、これは熱を一緒に供給するという前提のもとでのことで、十分な熱があれば全て沸騰します。温度が不足している場合、沸騰には沸騰核が必要であり、気泡が上昇しなければ、上下の水の流れもそれほど激しくはならないはずです。これは海水の温度差からも見て取ることができます。海底火山の噴火を参考にすると、海面の水は沸騰しないはずです。
加熱量や放熱とも関係があるはずです。 十分に加熱され、管が断熱されていれば、第二の状況になるはずです。
120℃まで加熱できないんだな、兄貴。加熱する過程で水が上下に対流して熱交換が行われ、最終的には現在の大気圧で水が沸騰するんだよ、へへ。
二つ目の説に同意する。120度は達成できるはずだ
底面に泡ができるだけでは沸騰とは言えず、水面の水温が100度に達した時にのみ沸騰する。
この実験をしたことがありますか？
上部は100度で沸騰し、下部は120度には達せず、熱はすべて上に流れていく
この投稿は、2015年7月11日12時20分にzhenshui*anによって最終的に編集されました。水の静水圧が上昇すると沸点も上昇し、上述の状況では底にある水は120度まで加熱されても沸騰しません。下部の水が120度に加熱されると、水の自然な循環によって上部に上昇し、大気圧のもとで沸騰する。引き続き議論をお待ちしています。
沸騰核がなければ、過熱水に加熱することもできますよ。条件が揃わないと答えの出ない問題です
過熱水は上昇する過程で減圧気化するのでしょうか？
沸騰と気化の違いをはっきりさせてください。水はどんな温度でも気化しますが、要するにそれは相間伝質です。蒸発は気化の一種ですが、沸騰はそうではありません。ありがとうございます。あなたの加熱という仮定では、十分な熱量で加熱され、かつ放熱が少ない場合です。加熱過程で水の温度は比較的均一に上昇し、その後水中に溶けているガスが逃げ出し、それが沸騰の核となります。また、水の内部対流も沸騰を促進します。上部の水が大気に触れて100℃に達するまでですが、下部の水温は管の幾何学的形状の影響を受けるため、上部が沸騰しても下部が必ずしも130度以上になるとは限りません。本当につまらない質問ですね。学校で長いフラスコを使って試してみてください。あるいは、同じく20mmの非常に細い毛細管を使ってみて、どうなるか見てみてください。瞬時に下部が過熱して先に沸騰しますから、あなたの質問には答えがありません。私も疲れました、こんなに文字を打つなんて。ハハ
この投稿は最後にzhenshui*anによって2015-7-11 12:32に編集されました。私も困惑しているので、皆さんに相談したのです。上司は、ある500Lの加熱反応釜に直径200mm、長さ20mの配管を取り付け、それによって反応釜内に圧力をかけ、反応釜底部にある物質（固体物質と希硫酸からなる懸濁液）の沸点を上げて反応時間を短縮したいと考えています。高圧鍋もまさに同じ原理です。液柱の静圧は確かに沸点を上昇させるため、底部で反応系の加熱温度を高めることができる。でも、私は圧力鍋とは原理が完全に同じではないと思います。圧力鍋の中には気相も液相もあり、密閉空間ですが、この方法はそれとは少し異なりますよね。みなさんはどう思いますか？
第一に、彼は頭がおかしいんだ。そんな時間があるなら、なぜ2キログラムの窒素を追加しないのか？第二に、20メートルもある棒が見苦しいとでも？それを単独で置くだけで、さらに液面を20メートルの高さに保つ必要があるのか？まるで煙突から煙が出ているかのように……。第三に、この方法は確かに釜の低温化に役立つ……。もう言わない。完全な馬鹿げている。
液柱の静圧が沸点上昇を引き起こすことは、疑いの余地がない。しかし、20メートルの水柱の底を加熱すると、上下の水温が異なるため対流循環が生じ、水温が均一になる。しかし、均一になる水温はいくらくらいでしょうか。100度でしょうか、それとも100度を超えるのでしょうか？
実際の製造では、20メートルの底部から上部にかけて明らかな温度勾配が生じ、放熱だけでは対処できない。加熱出力が低すぎるとエネルギーが不足し、逆に強く加熱すると底部が過熱して、底部の温度が120℃に達する可能性もある。でも、このモデルが20メートルもあるなんて馬鹿げている。加圧や加熱は簡単で、容器を密閉して加熱すればいいだけだ。わざわざ20メートルもある開放型の容器を作る必要なんてない
熱損失を考慮しなかった場合、どのような結果になるでしょうか？
熱損失を考慮しなければ議論する必要はない。実際の応用と理想的な状況は同じものではない