水蒸氣壓計算器(安托萬方程)

輸入溫度(攝氏度或華氏度),即可使用化學中廣泛採用的安托萬方程,計算水的蒸氣壓,並以mmHg、kPa、atm、bar四種單位顯示。改變環境氣壓,還能瞭解海拔如何降低沸點。

使用提示

  • 本工具使用的安托萬方程係數僅在0〜100℃範圍內有效,超出該範圍將不顯示計算結果。
  • 將環境氣壓調整為某個海拔對應的數值,即可瞭解水在該處大約幾度會沸騰。
  • 高壓鍋通過人為提高內部氣壓,使沸點升高到100℃以上,從而縮短烹飪時間。
  • 如果只知道華氏溫度,只需切換單位按鈕,系統會自動換算成攝氏度後再計算。
  • 記住這個定義會更容易理解:當液體的蒸氣壓恰好等於周圍環境氣壓時,沸騰就會發生。

常見問題

沸騰發生在液體的蒸氣壓等於周圍環境氣壓的時刻。海拔升高會使大氣壓下降,因此水的蒸氣壓在更低的溫度下就能達到這個較低的氣壓,沸點也隨之下降。已知富士山山頂附近水的沸點大約只有87℃左右。

在密閉容器中,液體與其蒸發出的氣體達到蒸發速率與凝結速率相等的狀態(氣液平衡)時,氣體一側所具有的壓力就是蒸氣壓。溫度越高,分子運動越劇烈,蒸氣壓也會隨溫度升高而急劇增大。

這是一個用簡單公式 log10(P) = A − B / (C + T) 來近似描述蒸氣壓與溫度關係的經驗公式。通過使用針對特定物質確定的常數A、B、C,無需使用更復雜的克勞修斯-克拉佩龍方程,也能以實用的精度計算蒸氣壓。

高壓鍋通過密封鍋蓋,使內部氣壓保持在高於大氣壓的水平。由於沸騰需要蒸氣壓等於周圍氣壓,周圍氣壓越高,就需要更高的溫度才會沸騰。這使得鍋內的水即使超過100℃也不會沸騰,從而能以更高的溫度將熱量傳遞給食材。

本工具所採用的安托萬方程係數,是針對水在0〜100℃範圍內與實驗資料高度吻合而確定的標準數值。超出該範圍(例如零下低溫或遠超100℃的過熱蒸汽區間),簡單外推會帶來較大誤差,因此本工具特意不顯示計算結果。
ツールくん

閒話 ― "水在100℃沸騰"其實是有條件的常識

把液體放入密閉容器中,蒸發的分子數與凝結的分子數最終會達到平衡,形成氣體與液體共存的"氣液平衡"狀態,此時氣體一側的壓力就是蒸氣壓。蒸氣壓並非某種物質固定不變的數值——溫度越高,分子運動越劇烈,越容易蒸發,因此蒸氣壓會隨溫度急劇上升。19世紀,法國工程師路易·夏爾·安托萬發現,這種溫度與蒸氣壓之間的關係可以用一個簡單的經驗公式來近似描述,此後安托萬方程便成為化學工程教科書中最常用的蒸氣壓近似公式之一。

沸騰這一現象,是指液體內部產生的氣泡能夠不被壓破、上升到液麵的狀態,換句話說,就是液體的蒸氣壓恰好等於周圍環境氣壓的時刻。在海平面附近的標準大氣壓(約101.325kPa)下,水的蒸氣壓恰好在100℃時達到這一數值,因此我們才會學到"水在100℃沸騰"這一說法。然而,這只是在海平面附近這一特定條件下才成立的結論。

隨著海拔升高,周圍的大氣壓會逐漸下降。在富士山山頂(海拔約3776米)附近,氣壓會降至平地的約六成左右,因此水的蒸氣壓達到這一較低氣壓所需的溫度——也就是沸點——也隨之降到80多攝氏度。這就是為什麼登山途中煮的米飯常常煮不透芯的原因。相反,高壓鍋通過密封使內部氣壓人為升高,把沸點提升到100℃以上,從而能在更短時間內讓食材充分受熱。