当我们把冷水倒在一个只含有热水和水蒸气的封闭罐子里时，为什么罐子里的热水开始沸腾？

Question

这里有一个视频链接用于实验。

在实验中，将冷水倒在一个装有热水和水蒸气的封闭罐上，我们观察到罐内的热水开始沸腾。

给出的解释是，蒸汽随着温度降低而冷凝，导致压力降低，从而导致沸点温度降低，因此液态热水开始沸腾并形成蒸汽，直到温度-压力点达到汽化曲线。

我的问题是，为什么整个过程会发生，因为冷凝损失的蒸汽会因沸腾而返回？为什么压力必须降低时蒸汽会冷凝，而压力必须增加时热水会沸腾？

Answer 1

原因是蒸汽比瓶子里的水冷得多。

在改变之前，他们有相同的温度，蒸汽压是正确的温度。在使用冷水后，蒸汽区域的冷却效果比热水要大得多，因为它的“热质量”较小（能够储存热量，因此能够缓冲温度变化）。

因此，冷却后，蒸汽区有冷壁，冷凝一些蒸汽，存在的蒸汽体积也会减少，这是压力下降的两个原因。同时，热水温度几乎没有变化，因此它仍然需要与之前相同的压力，以避免沸腾。但压力已经不存在了，所以它沸腾了。

Answer 2

视频中发生的事情非常有趣。最初，当没有冷水时，液体和蒸汽的温度和压力相同。然后倒入冷水，你们可以看到，它是小心倒入的，所以热交换只发生在蒸汽中。水流的最小部分接触到暴露在液体中的玻璃。因此，蒸汽冷却得比液体快得多。冷却差异主要有两个原因：

1. 冷水主要暴露在蒸汽中。

2. 液体之所以冷却是因为它的蒸汽冷却了，所以蒸汽首先开始冷却，然后是液体，因此蒸汽总是比液体冷。而且电导率越高，冷却速度就越快。气体分子在快速运动，因此气体的传导速度更快。

现在，当气体迅速冷却时，压力也会迅速下降（一些冷却的蒸汽会冷凝，压力会随着温度的降低而降低），液体的沸点也会下降（取决于环境对其的压力）。但液体温度的下降速度，却小于沸点的下降速度。因此，液体总是高于沸点并沸腾。当液体沸腾时，它会释放出蒸汽并增加压力，这时蒸汽的释放速度足以平衡因冷却而引起的压力下降，因此沸点再次升高，沸点停止。