烧开水是否包含热传导和对流?

Question

烧开水是否包含热传导和对流?

Answer 1

这主要是传热的两种方式：热传导与对流.(另外,热传递的第三种方式热辐射在烧开水的时候体现得并不明显,所以略过不谈.)
⒈首先是热传导：火焰加热铁(铝)锅,锅把热量再传递给水,因为这时候锅底的热量最集中,所以与锅底靠近的水的温度升高的速度要比水面的水升温速度快.这就造成了两个现象：
①水底面的水被加热,密度变小,上浮；上层的水密度大,下沉；不过这个现象一开始不很明显,而且由于水的颜色相同,也不易察觉.
②底面的水被加热沸腾,产生气泡,气泡上浮,气泡外的水压在气泡上升过程中逐渐增大,因为这时候对流还很弱,上层水面的密度大,ρgh提供的压强比下层水来说要大,所以气泡会越变越小,PV=nRT,压强增大,体积缩小.最后气泡被挤破,溶进水中.
⒉接着,对流逐渐剧烈,水面开始翻腾,则时可以听见烧水的响声.接开锅盖可看到明显的水面翻腾,实际上就是对流.
⒊当对流换热使得锅中的水温逐渐趋于平均后,水温继续上升,此时,锅中的水因为两个原因：①水温升高,水中气体溶解度降低析出成为气泡,②水蒸发形成气泡；这些气泡生成过程中不断融合周围的水蒸汽,开始变大,并因浮力作用而上升.但是,这个时候的上升由于水温平均,密度一样,所以压强P=ρgh随着气泡上升而减小,PV=nRT,压强减小,体积增大,体积增大浮力更大,所以气泡会加速上升到水面并破开释放气体.
⒋当大量的气泡生成,水则沸腾!