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熱學/流體 標題:關於乾冰昇華的白煙
1:hsy41(大學理工科系)張貼:2007-10-09 22:39:09:

我們都知道 在煮開水時冒出的白煙並非氣體

而是因低溫 把水蒸汽凝結成很多的液體小水滴所形成

那乾冰昇華時所冒出的白煙 是屬於CO2氣體還是CO2液體 還是因為低溫所凝結的小水滴??

如果是氣體 ,為什麼會是白色的?? CO2不是透明的嗎??

如果是液體 ,CO2於1大氣壓下 不是不存在液體嗎??



[ 這篇文章被編輯過: hsy41 在 2007-10-09 22:41:12 ]
2:黃福坤(研究所)張貼:2007-10-10 00:57:38: [回應上一篇]

那根據你的懷疑 所以最後剩下的結論是? 只差推論過程最後臨門一腳!


3:linijay(研究所)張貼:2011-08-19 12:49:07: [回應上一篇]
昨天我五歲的兒子問了我這個,我想是凝結的水氣沒有錯,不過有點怕怕的,因為我兒子說把乾冰丟到水裡冒出很多煙(意思就是沒丟到水裡之前煙很少),由於我沒這麼認真玩過乾冰,兒子在玩時我也不在場,所以剛才Google了一下,看到不少人的認知都是要加水=>白煙才會很多。

這我就不懂了,乾冰是讓空氣中的水(蒸)氣凝成小水珠,但是弄杯水來並沒有增加空氣中含水量的作用(或說很有限)呀,把乾冰丟到那杯水裡也不會幫助水分子逸散到空氣裡呀??
4:黃福坤(研究所)張貼:2011-08-19 22:48:59: [回應上一篇]
乾冰是固態的二氧化碳

冰塊才是固態的水

將冰塊丟到溫度較高的水裡 冰塊會融化成水

將乾冰丟到溫度較高的水裡 乾冰也會汽化
汽化時需要吸熱 因此就會降溫使得 附近水蒸氣凝結 成水珠...



5:linijay(研究所)張貼:2011-08-20 23:10:25: [回應上一篇]
謝謝教授,不過我哪部分讓教授認為我覺得乾冰是固態水? 嗯~總之我知道二氧化碳和水、CO2和H2O、乾冰和冰、熔化沸騰昇華三相點這些東西。我問的重點是,為何大家說乾冰加水(淋上水、丟進有水的水杯)會冒很多煙,但只有乾冰時煙卻比較少?

很抱歉這個問題不好量化,或許以下這篇是一個代表:
http://szu3.pixnet.net/blog/post/27617381
前面那些要把水煮沸的用法我想我可以理解,沸水可以立即提供水氣。但是最後一段第一句「有時無聊的工作人員會把乾冰碎塊丟到紙杯裡加水看他冒煙」,我想這說明了有好一些人覺得,乾冰加冷水,比不加水,更會冒煙,我不太懂為什麼。

當然那也可能只是他們的錯覺~~

6:黃福坤(研究所)張貼:2011-08-21 07:44:58: [回應上一篇]
乾冰的凝固點是攝氏零下78.5度 因此一般的冷水 對於乾冰 是否好比 熱水!

若是將冰塊 淋上乾冰 你想 又會如何呢?



7:廖偉志(國中)張貼:2011-08-21 10:47:37: [回應上一篇]
但是乾冰不是在水中就昇華了嗎?所以乾冰要如何用水蒸氣的能量昇華呢?
8:linijay(研究所)張貼:2011-08-21 11:46:20: [回應第6篇]
謝謝教授,不過我的疑問跟樓上那位國中同學差不多(慚愧...)。

我引用的文章中,用熱/沸水"我個人認為"是用來補充空氣中的水氣,而要有白色的煙霧,我覺得像樓上的同學說的,是乾冰吸了空氣中的熱,使空氣降溫,所以空氣中的水氣凝成小水珠。所以加水這個動作,在我覺得是能加速乾冰昇華,但這使乾冰從水吸收較多的熱量,應該反而使乾冰讓空氣降溫的效果降低。

我是另外知道氣體膨脹也會吸熱,但同樣是不認為這和加水不加水有關係就是了。
9:黃福坤(研究所)張貼:2011-08-21 19:01:28: [回應上一篇]
空氣中包含水蒸氣(濕度)
乾冰汽化需要吸收熱量 使水溫度降低 附近空氣溫度也隨之降低
水蒸氣 是否就更容易凝故呢?



10:linijay(研究所)張貼:2011-08-22 08:38:54: [回應上一篇]
Many thanks, professor. Though I don't really think that, but it seems the only way.
11:黃福坤(研究所)張貼:2011-08-22 10:53:02: [回應上一篇]
我也是提出可能的想法

或許更有意思的是 接下去構思 可以透過怎樣的實驗 來驗證想法




12:linijay(研究所)張貼:2011-08-22 12:04:18: [回應上一篇]
我高一的理化老師(剛巧也姓李名偉,嗯...)說,「你問我一個問題,我會問你十個問題」而且他說這句話的時候表情很凶悍喔,我忘了老師是說十個還是一百個,反正我想他的意思是,讓我的手和腦子動起來,比給我答案更重要。

我想黃教授的想法大概也是這樣吧,謝謝您,只是目前我的想法如我前篇所說,雖然我覺得這個答案不妥,但我也沒能想出另一個可能的答案。嗯...或許把這任務交給我兒子吧 XD

如果李老師看到,學生給您請安了,學生民國79年念高一,只給您教一年又表現平平,您大概不會記得,就不再深入自我介紹了,不過您上面那句凶悍的教誨我還記得喔
13:黃福坤(研究所)張貼:2011-08-22 16:38:31: [回應上一篇]

水遇到乾冰 因為溫差 乾冰會汽化 同時水溫也會降低(高溫系統降溫 低溫系統升溫或昇華)
汽化過程需要吸熱 也會使水溫會更低

水溫低 則臨近空氣中的水蒸氣 更容易凝結 好比冰水杯外有很多水滴



光線遇到水滴的表面時產生反射  這些光線進入眼睛後 讓我們產生白白的感受!
(類比 海面上浪花或天空中的雲層 也是很多的小水滴  看起來都是白白的)


14:linijay張貼:2011-09-03 23:15:13: [回應上一篇]

黃教授您好,

感謝您費心回應,關於把乾冰放在裝水的杯子裡,感覺白煙會比較多的原因,我想到了一個我比較能接受的說法,如果跟您的說法是一樣意思,那只能說後輩不才沒能看懂了。不過還是紙上談兵,別說什麼精心設計的實驗,連再觀察一次去猜測是否有觀察者心理因素夾雜其中,我也還沒機會作。

原來我不能接受的主因,是我認為熱量的源頭是空氣,而目標也是讓空氣降溫,空氣的熱量傳給乾冰越快,空氣就降溫越快。原先我不認為空氣和乾冰之間給水過一手,熱量就能比較快地從空氣到乾冰,雖然水的熱傳導比較好,但是流體比傳導好像比較次要,首先該比對流吧,空氣對流又不會比水慢(我猜啦)。

不過我現在想到的是,乾冰是在空氣下面,但卻是浮在水面上。乾冰冷,在空氣下面對空氣的熱對流沒什麼幫助,但在水上面,水的熱對流就會因此旺盛了,再加上乾冰它一直冒出氣泡,就好像一直在攪拌水一樣。因此水溫下降的速度快,因此空氣接觸低溫的面積(乾冰+水)變大了,所以空氣的熱量就加速地被奪走,也因此加速降溫。

另外就是可能的心理因素啦,畢竟乾冰在水裡一直冒泡還真的頗有趣,多了一些聲光效果,可能也對觀察者的心理有點影響。

排除心理因素,如果我上面想的是對的,那麼:
1. 乾冰懸在空中時(例如放在細鐵絲網上,或用小夾子夾著固定在半空中),效果應該比放在桌上好很多,因為空氣的對流可以很快把含水熱空氣一直帶到乾冰旁邊來,而氣態CO2也因此較快離開乾冰表面,不會礙著空氣和乾冰間的熱傳遞。
2. 一小粒(say 1cm^3)乾冰,放在大水缸(say  1m^3)裡跟放在小水杯裡,應該是小水杯的效果較好,因為一大缸水不會因為一小粒乾冰而有明顯的降溫,因此雖然跟空氣接觸面積大,但跟空氣溫差小,所以沒什麼用。

以上兩點,家中有人快過生日了,我把蛋糕盒子裡的乾冰拿來試試~~  ^__^



[ 這篇文章被編輯過: linijay 在 2011-09-03 23:19:34 ]
15:linijay張貼:2011-11-28 00:35:51: [回應上一篇]
教授您好,

日昨在一場喜宴上,因為帶著孩子參加,所以同桌的人大方地把跟生魚片一起上的乾冰讓我們拿來玩耍一番。該乾冰約3cm*2cm*2cm算不小顆,我觀察到:

1.剛上桌時乾冰放在水杯裡,不只是杯中煙霧瀰漫,溢出杯子的煙也挺可觀。
2.水杯裡的水是冰的,水杯外也包覆著冰塊(因為跟生魚片一起上嘛)。
3.乾冰一離水,煙霧效果大打折扣,故我前文的假設是完全不對的。
4.離水的乾冰外很快結了一些白色的結晶,我猜是冰。
5.乾冰再放回水裡…竟然沒有原來的煙霧效果了!!
6.我們把杯裡的東西又戳又挖一番以後,煙霧效果又恢復了。
7.把水倒掉,煙霧效果又不行了~~
8.水再加回去,煙霧效果還是不行,但水倒來倒去不夠淹沒乾冰了,我把一起上桌的冰塊丟了一些進去,結果過幾分鐘,變成了直徑約7cm的冰球,幾乎完全失去煙霧效果。

這是一個沒有太多事先規畫的觀察,所以也別問我太仔細了。總之呢,我現在的想法是,不放在水杯中的乾冰,因為其外表會結冰,使乾冰與空氣接觸面積變小,因些乾冰吸熱受阻,也因些煙霧效果大打折扣。以後還有機會再說吧~~

再次謝謝教授

16:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2011-11-28 09:58:48: [回應上一篇]

看了你的描述
我看起來認為是比熱的原因
因為水的比熱大
會把乾冰外層的結冰融掉
讓乾冰可以更快的氣化
而不會因為乾冰周圍空氣因為乾冰的冷結冰後
產生乾冰對外接觸的隔絕

或者你可以比較乾冰在水中跟在空氣中削減的速度
應該就能知道原因了吧


[ 這篇文章被編輯過: loge 在 2011-11-28 10:00:50 ]
17:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2011-11-28 14:31:25: [回應上一篇]

乾冰加水,會冒很多白煙,這是不是另一種形式的泡沫?

冰凍汽水開罐後倒入玻璃杯,會因為大量二氧化碳釋出,而產生泡沫。這些泡沫其實是水溶液中含有很多的二氧化碳氣泡形成的。二氧化碳溶於水中,有一部分是形成碳酸H2CO3,所以CO2與H2O有一定的親和力,CO2釋出時,一定是企圖拐帶若干H2O私奔,才會產生泡沫。

可是,只要泡沫不滿出杯口,最終泡沫還是會沈下去,這也許是因為汽水是糖水,比純水黏,就好像勢力很強大的娘家,阻止那些不安分的H2O與CO2私奔。所以最後只有CO2離開杯口。

類似的例子,還有鹽酸滴在碳酸鈣(例如蛋殼或大理石)上的反應,也是會產生泡沫,推測應該是氯化鈣對水分子的約束力較強,最終還是只有CO2離開。

如果我的猜測沒錯,乾冰投入糖水,應該只會產生泡沫,不會冒很多白煙;同時也可證明白煙是來自杯中的水。


18:linijay(研究所)張貼:2011-11-29 02:11:09: [回應第16篇]
@loge
乾冰在空氣中,而且是有空調的地方,很快的結了一層結晶,我猜是冰但不確定。
要在含水更低的空氣中作實驗…我只能說我沒有這麼刻意了。
19:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2011-12-02 10:08:10: [回應上一篇]
其實我得意思不是說在含水量更低的空氣做實驗耶
是只要比較在水中和沒在水中的乾冰消失速度 XD
20:linijay(研究所)張貼:2011-12-03 13:06:47: [回應上一篇]
@loge
是我會錯意了 ^__^ 不過呢,還是一樣,其實我沒有這麼刻意,我不會去買乾冰啦,你說買糖買鹽買巧克力我知道哪裡買,買乾冰還得花番功夫找呢。

不過對我個人來說,這一點已經沒什麼好試了,因為在我的描述中,乾冰拿到空氣中再放回水裡,發煙效果大減,我大概忘了寫它連氣泡都變少很多了,所以肯定是消耗得變慢了。當然這樣太武斷啦,again,我沒有這麼刻意。

關於這事,我並沒有很想說服別人,包括loge先進,畢竟這不是我的工作或生活必需,所以隨手有什麼就試試,沒有就算了,推論也嫌隨便了些。對認真的看倌們,如果這值得您參考我會很開心,但是不要盡信喔。
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