基于液相整体蒸发定律重新解释液相内部的冷热对流现象——兼谈蒸发浮力现象

基于液相整体蒸发定律重新解释液相内部的冷热对流现象——兼谈蒸发浮力现象

江正杰¹，朱韵之²，冯跃春³

1. 山东工商学院，人文与传播学院，山东烟台

2. 江苏省扬州中学，江苏扬州

3. 扬州市青少年科技教育协会，江苏扬州

摘要：基于液相整体蒸发定律可以对冷热温差引起的对流现象的原因进行新的解释。对流从现象上是因为温差产生的液相密度的大小差别引起的。但是对流从本质上说可以归结为是由液相整体蒸发产生的一种效应。温差之所以会产生液相密度的差别，原因在于液相内部存在液相单元结构，这个结构的外围存在从自由液相水分子过渡到气相水分子的结构。蒸发不仅是液面发生的相变过程，而且主要是液相整体发生的从液相到气相的相变过程。比纯液相更低密度的气相分子产生之后，在浮力作用下获得了趋向于液面运动的动能，这个就是推动对流的动力根源。根据液相整体蒸发定律，位于底部的低温液相也会有蒸发，故可以预期：在对流实验中也可以观察到对应的有颜色标记的冷液相的向上流动过程，已有的对流实验正是如此。因此与被理解为是纯液相产生的浮力（阿基米德浮力）不同的是，也存在由内部蒸发产生的蒸发浮力，由之造成了纯液相产生的浮力之差别，这个差别通常被看作是由温度不同的液相密度差别造成的，实质上是由液相内部由总气相空间中存在的气相分子的体积差别决定的。据此可以给出蒸发浮力的计算公式：蒸发浮力可以通过波义耳自流瓶的虹吸实验加以验证。最重要的是，蒸发浮力还可以通过保温桶水从均温开始的蒸发引起上热下冷效应实验加以验证。