從塞風下壼應留空間,談空氣膨脹率 - 咖啡討論

哈，看了討論對這問題感到有點興趣，大大們看了覺得內容有錯還請幫忙糾正

兩種情況：下壺滿水（空氣很少）、半滿水（空氣半壺水半壺）


一、先單純就氣體而論

根據PV=nRT

下壺水&空氣初溫25度C，視為T=300k

沸騰時溫度視為T'=375k

若體積V、莫爾數n、常數R不變

壓力P'/P=T'/T=1.25

多出來的0.25P可使水位升高1033X(1/4)=285cm (一層樓XD?)

假設壓力達成平衡時，忽視水柱高的壓差，下壺內壓力約略等於外界大氣壓力P'=P

則V'/V=1.25。



1.在下壺注滿半壺情況下，下壺的水的體積等於空氣的體積

沸騰時氣體膨脹，可將四分之一的水推上上壺


2.至於下壺注滿水的情況，由於氣體體積極少，膨脹後完全不足以推水上到上壺



二、至於水蒸氣部份，假設熱源穩定，故水蒸氣在水溫超過某溫度後便開始大量汽化產

生，即便是飽和蒸氣壓隨溫度上升，也可視為水蒸氣過飽和。因此水蒸氣壓會隨著溫度

升高至某溫度之後開始隨著時間t上升。（有沒有說錯xD?）



總壓是 一、氣體 跟 二、水蒸氣 的加總

結論

1.如果使用大火直衝接近沸騰，那麼會先開始往上吸水的是注滿半壺的情況

2.如果使用小火慢慢燒，讓水蒸氣壓隨著時間t上升的效應變明顯，則可以降低半壺滿壺

兩者差異，但我想先吸水的還是注半壺的會先。


以上都想得很理想，實際上誤差會有，也不知道影響多大


跳離原先問題一下，談到上壺的水如何再流下來

我覺得是上壺煮咖啡時，持續加熱下壺

下壺混合氣體從玻璃管溢出加上體積內動態平後大部分成為水蒸氣

當下壺關火降溫，水蒸氣大量凝結是讓水吸下來的主因素，氣體縮小因素反而更不重要

XDDD



另外我覺得把溫度計插的深度也會影響量測值

如果是酒精溫度計，我覺得...可能插一大截進去會不準...(y)

水的熱當量大，加上壺內對流，接近火源與否我猜溫度差有，但不會太大

如果水溫80度與95度，玻璃壁本身內外壁溫度梯度斜率約相同的話

那我建議直接量測下壺玻璃壁當作這個實驗的參考溫度(不過得排除一下火焰熱氣流)

畢竟去量絕對正確溫度非必要的





※ 引述《zhwang77 (王子)》之銘言：
: ※ 引述《HuangJC (吹笛牧童)》之銘言：
: : 1.氣體膨漲要達'幾倍',溫度就也要達'幾倍'(原點以絕對零度計)
: 理想氣體 PV=nRT
: P壓力 V體積 n莫耳數(氣體的量) T溫度 0度C=273.15 25度就298.15
: : 2.另外找到,氣體膨脹率是液體百倍
: : 合併以上兩者,的確說推動下壼水是靠空氣,那是不夠的
: : (我需要的空氣膨脹率也不只三倍)
: : 而是轉態(液體變氣體)這個才能獲得極大膨脹率
: 我覺得是"飽和水蒸氣壓"的上升
: 空氣中的水的氣態分子是有上限的 而這個上限會隨著溫度上升而增加
: 同時這些氣化後的水 也就是水蒸汽 會有自己的壓力 最後會加總在總壓力
: 也就是 在有水的環境中 隨著溫度的升高 除了原本的氣體受熱增加壓力外
: 會有大幅增加的水蒸氣壓
: 其實就是你說的啦 我只是把那個名詞帶出來
: : 3.100度是沸騰,而不是'蒸發';水擺在桌上都會蒸發了
: : 沸騰是'劇烈蒸發'
: : 實測把濾器拔掉,溫度計直接插入下壼
: : 這樣可以避免水上升後受空氣及玻璃降溫的影響
: : 測得水快速上升之溫度為 80 度左右
: : 這是結論,只有假設去迎合結論,而不必結論迎合假設了
: : 當然取樣點很重要;但和火源接觸部位的水溫必定極高
: : 整體來說會有溫度梯度,那哪一點才叫中肯的溫度?
: : 至少我溫度計是從中間插入,而火源也是在正下方
: : 我沒插到底去接觸玻璃,也沒有整根拔起來浮在水面
: : 大概就是中間高度
: : 剛才又煮一壼,我確定有插很緊(啊...嘶)
: : 不過水是加到滿的
: : 當水快速上升時,水溫是 95度左右
: : 局部一直聽得到嗶嗶剝剝的聲音
: : 從下壼的玻璃壁,直接冒出氣泡
: : 我們可以假設那是局部高溫,局部沸騰
: 對分子而言 能氣化是因為有足夠的能量
: 在一樣溫度的時候 並不是每個分子的能量都相同
: 應該是呈現常態分佈吧 總之 總是會有人能量比較高 而先氣化
: 說局部沸騰 概念上應該沒錯
: : 但除了氣泡,因為原先是沒有空氣的
: : 所以真的沒有空氣膨脹的餘地
: : 等氣泡產生時已經快沸騰了,95度是證明
: : 那這又是怎麼回事呢?
: : 得再提出一點假設了
: : 4.雖然推動上壼水,主要靠的不是空氣膨脹,而是水轉態汽化
: : 但是水和空氣的接觸面,仍然決定了汽化容不容易發生
: : 接觸面的壓力,面積,溫度都有影響
: : 根本沒有空氣時肯定是最難的,只能等沸騰
: : 而有空氣時,水不必等到一百度就開始蒸發了
: : 延伸討論:
: : 如果承認空氣的膨脹佔重要地位
: : 那麼是開大火加熱好,還是小火好呢?
: : 我認為是小火;初期可以大火
: : 但後期是為了讓溫度均勻
: : 如果大火使得水熱了,但空氣還是較冷的
: : 那麼水會比較高溫
: : 如果小火使得火加熱水,水加熱空氣
: : 來得及對流的話
: : 那麼空氣的膨脹效果會比較好(精確點說,水的蒸發效果)
: : 水也不必到高溫才開始上升
: : 當然,後期大火會容易產生大氣泡
: : 但對於水全部到上壼才加粉的人來說並沒差別
: : 像我這種先加粉的人就會在乎氣泡擾動了

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