將一杯59攝氏度的水放置在-5攝氏度的空氣中時,水仍然會蒸發(fā),但過程會分為以下幾個階段:
初始階段(水溫高于環(huán)境溫度):
由于水溫(59°C)顯著高于空氣溫度(-5°C),水的分子動能較高,蒸發(fā)速率較快。此時,水蒸氣壓力遠高于空氣中的水蒸氣分壓,蒸發(fā)顯著發(fā)生。同時,水會通過熱傳導和輻射向周圍環(huán)境散熱,導致溫度逐漸下降。
冷卻階段(水溫降至0°C前):
隨著水溫降低,蒸發(fā)速率逐漸減慢,但仍持續(xù)進行。只要水保持液態(tài)(溫度高于0°C),其表面分子仍能克服表面張力進入氣態(tài)。即使水溫降至與空氣相同的-5°C(理論上需無限時間),液態(tài)水仍會蒸發(fā),但速率極低(需考慮實際凍結過程)。
凍結階段(水溫降至0°C以下):
當水溫降至0°C時,水開始結冰。一旦完全凍結為固態(tài),液態(tài)蒸發(fā)停止,轉而發(fā)生升華(固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài))。升華速率在-5°C環(huán)境中非常緩慢,但理論上仍存在。
結論:
在自然冷卻過程中,只要水尚未完全凍結(即仍為液態(tài)),蒸發(fā)將持續(xù)發(fā)生。因此,將59°C的水置于-5°C空氣中時,水會在冷卻至凍結前持續(xù)蒸發(fā),凍結后則轉為升華。