[討論] 關於syphon水的上升

[zhwang77 (王子)]

syphon係透過加熱下壺 使下壺中的水上升到上壺
關於這步驟的原理 最常見的說法是
空氣受熱膨脹 把水擠上去

我並不能接受這個說法

空氣的確會受熱膨脹
但單靠空氣的受熱膨脹是?對無法讓水上升到我們所見到的程度

讓我們代一下高中萬用的理想氣體方程式吧
PV=nRT P=壓力(atm) V=體積(L) n=莫耳數(mol) R=常數 T=溫度(K)
先把問題簡化一些 視P,n沒有變化 和R化成一個常數
V=cT
體積會和溫度成正比 而且是絕對溫度
假設從25度加熱到100度 373.15/298.15=1.2516
單靠這個假設下的加熱 下壺的氣體僅僅會膨脹四分之一而已

(以下兩段拉七拉八的論述可跳過 直接看結論...)

現在讓我們再來精確一點的討論一下剛剛省略掉的壓力和莫耳數吧
隨著水柱的升高 同時表示著下壺內壓力的增加
從趨勢上來看 壓力的增加會降低體績的膨脹
不過從數字上來看
假設水柱高20公分 1大氣壓1033.6公分 只增加了約2% 忽略掉它是可以接受的

關於莫耳數 分三小點來說
其一 很直覺的 加熱會有水蒸氣 所以氣體量增加
但我們現在是討論空氣受熱膨脹 怎能把這些額外增加的水蒸氣一起計算呢？
事實上 我認為這些水蒸氣才是真正的主因
如果認為空氣受熱膨脹是主因的話 這些水蒸氣很理所當然地可以當作少到忽略吧
其二 當下壺水面近於通往上壺的管口時 會有氣體順著跑出去
這部分造成的氣體減少 會隨著時間拉長而增加
也因此並不能給一個大概減少的量
我們不妨假設有一個時間停止器 就把時間停在氣體冒出去前的瞬間吧
其三 水溫的增高 會造成水的空氣溶解度降低
也就是原本一些溶在水中的空氣會釋放出來
這些空氣的量我並沒有概念 只能假設並不多而忽略

以上的結論是
扣除增加的水蒸氣
空氣膨脹的程度大概是1.25倍而已

接著我要更大膽的說
增加的水蒸氣的影響 遠大於空氣的膨脹

這個大膽的說法 來自我對syphon的印象直覺
無論下壺有多少水 水跑到上壺的極限就是 下壺水面至上壺通水管處
也就是 無論下壺有80%的空氣 還是50%的空氣 還是30%的空氣
最後剩下的水都是一樣多
如果說空氣是主導水上升的主力 越多空氣反而上升的水越少？

所以我認為
造成syphon水上升的主因
是由於溫度上升 所造成的蒸氣壓上升

下篇待續

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推 etermeteor  :好利害...我都想到可以這樣分析...
推 daidaiann   :原來樓上都已經想到了  王子你輸了XD
推 etermeteor  :打錯..."沒有"怎麼不見了???
→ etermeteor  :王子饒命阿XD
推 allen22043  :柳橙別謙虛了
推 etermeteor  :一篇很正經的文章被我們的推文搞成...XD