과열

물리학에서 과열(비등 지연 또는 비등 지연이라고도 함)은 액체가 끓지 않고 끓는 점보다 높은 온도로 가열되는 현상을 말합니다.이것은 외부 또는 내부 영향에 의해 언제든지 비등할 ^[1][2]수 있는 이른바 준안정 상태 또는 전이입니다.균질한 물질을 핵생성 부위가 없는 깨끗한 용기에 넣고 액체를 방해하지 않도록 주의하면서 가열함으로써 과열할 수 있다.이것은 매우 부드러운 용기에 물을 전자레인지에 데움으로써 발생할 수 있다.물을 흐트러뜨리면 안전하지 않은 뜨거운 물의 분출이 ^[3]일어나 화상을 입을 수 있습니다.

원인

물은 수증기의 기포가 묶이지 않고 자라면서 표면에서 터질 때 끓는다고 한다.증기 거품이 팽창하려면 증기 압력이 주변 압력(주로 대기압)을 초과할 정도로 온도가 높아야 합니다.그 온도 아래에서는 수증기 거품이 줄어들어 사라진다.

과열은 이 간단한 규칙의 예외입니다. 액체는 증기 압력이 주변 압력을 초과하더라도 끓지 않는 경우가 있습니다.원인은 거품 ^[4]성장을 억제하는 추가적인 힘인 표면 장력입니다.

표면 장력은 거품을 탄력 있는 풍선처럼 작동하게 한다.내부의 압력은 수축하려는 "피부"에 의해 약간 상승합니다.버블이 팽창하려면 온도가 끓는점보다 약간 올라가 표면 장력과 주변 압력을 모두 극복할 수 있는 충분한 증기 압력을 생성해야 합니다.

과열을 폭발적으로 만드는 것은 작은 거품에 비해 큰 거품이 부풀기 쉽기 때문이다. 풍선을 불 때 가장 어려운 부분은 시동이다.표면 장력에 의한 과도한 압력 ${\displaystyle \delta }$ p$\displaystyle\Delta$p는$$ ^[5]버블의 $직경{\displaystyle }$ d$\displaystyle$d에$$ 반비례하는 것으로 나타났습니다.즉, ${\displaystyle \delta }$ p ${\displaystyle \propto {}^{}}$ -$$1 ( \ $displaystyle$\ $Delta$p \ $propto$ d^ { -$1$} ) 입니다.

이것은 버블을 두 동강내는 평면을 상상함으로써 도출할 수 있다.각 반쪽은 $표면장력{\displaystyle }$ F${\displaystyle }$∝ ${\displaystyle d}$( \ $displaystyle$F \ $propto$\$pi$d$$)에 의해 가운데쪽으로 당겨집니다.이 힘은 과도한 압력 ${\displaystyle \delta }$p${\displaystyle }$× ( ${\displaystyle {}^{}}$ d${\displaystyle {}^{}}$${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ /${\displaystyle 4\mathrm{}}$ $)\$ $displaystyle$\ $Delta$p \ $times$( \ $pi$ d^ { $2 }$ / ${\displaystyle 4\mathrm{}}$$$)에 의해 균형을 이루어야 합니다.그러면 $\delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle p}$( 4${\displaystyle }$( 4${\displaystyle {}^{}}$( 2 ${\displaystyle {}^{}}$ 2 π 2 ${\displaystyle \pi }$ 2 π 2 ${\displaystyle 。}$$d$ 즉, ${\displaystyle d{}^{}}$- d -$$ {$displaystyle$ \ $Delta$p\$propto$d^{-$1$ 로 간략화 됩니다.

즉, 용기 내의 가장 큰 기포가 작은 경우, 표면 장력을 극복하기 위해 직경이 몇 마이크로미터에 불과하며, 비등점을 섭씨 몇 도 초과해야 하는 큰 ${\displaystyle \delta }$p \ $displaystyle$\$Delta$p $\}$가 필요할 수 있습니다.일단 거품이 커지기 시작하면 표면 장력 압력이 감소하기 때문에 양의 피드백 루프에서 폭발적으로 팽창합니다.실제로 대부분의 용기에는 긁힌 자국이나 기타 결함이 있어 시작 기포를 제공하는 공기 주머니를 가둘 수 있으며, 불순물이 작은 입자를 포함하면 공기 주머니도 가릴 수 있습니다.정제액이 담긴 매끄러운 용기만이 안정적으로 과열될 수 있다.

전자레인지로 발생

방해를 받지 않은 물이 담긴 용기를 전자레인지로 가열하면 과열될 수 있습니다.용기를 꺼낼 때 핵생성 부위가 없어 비등하는 것을 방지하고 표면을 평온하게 한다.그러나 일단 물이 흐트러지면 일부는 격렬하게 점멸하여 증기를 일으켜 용기에서 끓는 물을 ^[6]뿜어낼 수 있습니다.컵을 밀거나 교반 장치를 삽입하거나 인스턴트 커피나 설탕과 같은 물질을 첨가함으로써 끓는 것을 촉발할 수 있다.스크래치나 칩은 핵 형성 지점 역할을 하는 작은 공기 주머니를 수용할 수 있기 때문에 매끄러운 용기를 사용하면 과열 가능성이 더 높습니다.잊어버린 커피잔을 전자레인지에서 제거하지 않고 다시 가열하는 경우와 같이, 방해받지 않는 용기의 가열 및 냉각 사이클을 반복한 후에 과열 가능성이 높다.이는 가열 사이클이 용매에서 산소 및 질소 등의 용해 가스를 방출하기 때문입니다.전자레인지에는 금속이 아닌 물체(스튜어 스틱 등)를 미리 용기에 넣거나 흠집이 난 용기를 사용하는 등 과열 방지를 위한 방법이 있습니다.물을 너무 오래 ^[3]전자레인지에 돌리지 않는 것이 좋다.

적용들

수소 액체의 과열은 버블 챔버에 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• 전자레인지에서 과열된 물이 폭발적으로 끓고 있는 영상, 왜 이런 일이 일어나는지, 왜 위험한지.
• Bloomfield, Louis A. "A series of superheated water with oil film experiments done in the microwave by Louis A. Bloomfield, physics professor at the University of Virginia. Experiment #13 proceeds with surprising violence". Archived from the original on 2 June 2008.
• 냄비 안의 과열수 영상.