大人之科學:100℃滾水一潑 半秒變雪

大人之科學:100℃滾水一潑 半秒變雪

小時候大人跟我說:「有些地方好凍o架,凍成點?凍到你在雪地上小便,小便在空中就會結成冰!形成一條尿柱!」當年世上並無YouTube,總覺得這是大話西遊。過年前冷得我騰騰震,網上熱傳一條短片:100℃沸水往空中一潑,竟然在半秒之間變成雪粉。科學上,怎解釋?

記者:何兆彬
攝影:周旭文、楊錦文

熱水比冷水更快結冰

李小龍話:「BeWater,MyFriend!」水,的確係威力無窮。眾所周知,水基本上有三個形態,液態水遇熱變蒸氣,水的沸點為100℃;水遇冷結成冰,冰點為0℃。但如何令100℃的沸水,可以在瞬間變成雪霜呢?
「片中可見,水一潑出去,其中的水蒸氣遇冷,變成小水滴,情形就如我們搭車,車窗上的霧狀水滴一樣;另外熱水因為極端的天氣,瞬間冷卻了,我們不能說它們結成冰,因為那可能只是霜,霜的狀態不穩。香港冬天有時也結霜,但毋須零度,霜之中部份是水,部份是小冰粒,由於不穩定,一摸就散了。」理解這個現象,現代教育物理科老師FrankieYip說也可以使用CoolingEffect,「就像人游水後離開水那一刻,特別覺得冷,因為沾在身體上的水正在蒸發。同理,熱水的蒸氣特別多,加上潑出去時,接觸空氣的範圍增加了,加速了結霜的速度。」
談到這條片,科學上還有一條MpembaEffect。ErastoMpemba在1963年時,發現在某些情形下,熱水比起冷水結冰的速度更快!「他發現熱水放在冰箱內,比起冷水放冰箱內結成冰的速度更快。不過這個MpembaEffect的現象雖然證實了,但其中的道理眾多科學家仍在爭拗,到底是因為水蒸氣多所以結冰快了,還是因為其他呢,說法上莫衷一是。而且,這個現象要在特別的環境下,效果才特別好。」據Mpemba實驗證明,35℃(95℉)及100℃(212℉)兩杯水放入冰箱,效果最明顯。

加拿大女士示範,零下30℃,熱水倒落量杯然後一潑,在空中即化成霜雪!
http://www.youtube.com/watch?v=ZGjwe-BCfms&feature=player_embedded

呵出白霧 夠冷還要夠濕

過去的冬天冷不冷?言人人殊。有朋友直言:「今年邊算凍?過去這麼多年,冬天時輕輕呵氣,就會形成白霧,今年無論多冷,都不易呵出白霧,咁梗係無以前咁凍啦!」事實是否如此,FrankieSir就話:No!
「我翻查天文台的天氣紀錄,其實過去這個冬天很冷,最冷的紀錄只有5.8℃(12月17日),是『自1999年以來12月份的最低紀錄』!但為何呵氣不如以前容易呢?」Frankie說:「其實除了溫度,還要看一個因素:相對濕度。看天文台的紀錄,『如1月份,只共錄得5.4毫米紀錄雨量,是正常數值的百分之22左右。』這兩個月,因為季候風的影響,天氣都較為乾燥。」他解釋,人嘴巴中呼出的氣,有部份為水蒸氣,這氣體的溫度與人體37℃相若,當氣體其中的水蒸氣接觸到外界較低溫時,部份便會凝結成細小的水滴,情況有如我們所看見的白色霧狀。「如果外界空氣中的相對濕度固定時,外界溫度越低,越多水蒸氣會凝結成水滴,越易呵出白霧。」

羽絨褸脹卜卜 夠氣才保暖

極端的天氣,可以將100℃沸水瞬間由熱水變成冰雪,冷成咁,人類點防冷?FrankieSir笑說:「人的皮下脂肪是一種絕緣體。」咁講法,即係肥仔果然較能抗冷啦。「厚的皮下脂肪,即係好似火車的雙層玻璃咁,能隔住冷空氣。一些火車採用雙層玻璃做車窗,即使外面下着大雪,你也能在車內喝着熱咖啡,就是因為兩層玻璃中間有一層空氣,空氣也是最佳的絕緣體,隔熱一流。羽絨服、保溫壺也是用同一原理來設計。」例如一般保溫壺,內裏是銀色透明設計,Frankie解釋,「因為銀色能反射光跟熱,所以能保溫。它們一般的設計是瓶子大,但內膽小,因為瓶身做了一層空氣,以作絕緣體,再加上蓋子多是塑膠的,就不能導熱了。」咦,剛才你說瓶身內都是銀色,以作光跟熱的反射,但保溫壺蓋上,應是全部漆黑一片,哪來光?「這裏談的是infrared紅外線,紅外線是遇熱就發光,即使是0℃的水,也是有光的。聽過絕對零度吧,那就是-273℃,到達了這個溫度,連粒子都會開始停止移動了,也就是真正的沒有熱能。」
Frankie解釋,羽絨之所以能保暖,也完全是利用了這個原理:「羽絨是鬆開的,因為它能trap住空氣作絕緣體,天蠶衣的原理也一樣。保暖衣服使用的科技大概分兩種,一是如上述的方法,使用空氣作絕緣體;二是防止冷空氣入侵。前者較透氣,後者的極端例子就是膠袋,你穿膠袋也能保暖,但好焗。」阿Sir提醒,部份產品說明自己是一層設計的,多使用防止冷空氣的技術,薄身但多較焗;另一種講明是兩層的,多採用「空氣做絕緣體」的思維,以一層與另一層之間的空氣做絕緣,這設計較厚,但透氣又暖和。

■羽絨褸,脹卜卜,好收藏空氣以隔開冷空氣,保存人體溫度。

■傳統保暖壺設計:阿Sir解釋,壺內銀色設計,是為了反射光線。

■另一新款保溫杯設計:沒有銀色塗層,但使用了白色塑料(白色易反射),杯身中空,以空氣做絕緣體。杯蓋上金屬,下為塑膠,以作絕緣。

■十年前劉德華替天蠶衣做廣告,唔知佢知唔知,天蠶衣係用「鎖住空氣做絕緣體」的思維來設計的呢?

■歐洲不少火車的設計,都是使用雙層玻璃做車窗,以作保溫。