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過冷﹙卻﹚和過熱


   撰文:韓啟光     2010年12月


    也許大家都聽說過,不要嘗試用微波爐煮沸食水,以免發生危險。這其實涉及一名為「過熱」的物理現象。一般來說,當物質被加熱至其沸點便會產生「相變化」,由液態轉變為氣態。以水為例,純水在常氣壓下的沸點是攝氏100度,但由於表面光滑的容器,如玻璃杯,和微波爐內 相對靜止的加熱環境不利氣泡的形成,被加熱至沸點或以上的水未能轉變為蒸汽,沸騰被延遲,因而處於「過熱」的狀態。當「過熱」的水受到外來擾動,如加 入砂糖或以茶匙攪拌,便有機會觸發沸騰。突然產生的蒸汽氣泡能使熱水四處飛濺,造成危險﹙圖一﹚。

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    圖一   微波爐煮沸食水造成危險示意圖

    相反地,當液體被冷卻至其凝固點以下,但環境中缺乏有利凝結過程發生的「凝結核」時,液體便不會凝結成固體。這現象稱為 「過冷卻」或「過冷」。過冷﹙卻﹚的水其實能夠在大氣中自然出現。大氣中對流層的溫度隨高度遞減,視乎緯度而定,溫度一般在離地面3至5公里的高度已下降至 攝氏零度或以下。這與中、高雲出現的高度相約。如在該高度缺乏懸浮粒子或既存的冰晶作「凝結核」觸發水滴凝結成冰晶的話,溫度低於攝氏零度的「冷雲」內 的水分可於過冷﹙卻﹚狀態存在﹙圖二﹚。實驗結果更顯示懸浮在空氣中的過冷﹙卻﹚水滴可在低至攝氏零下四十度的環境下維持液態!

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    圖二   經處理的紅外線衛星圖像可以辨認可能有過冷﹙卻﹚水出現的位置﹙藍色﹚


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       參考:

    1. C.D. Ahrens, Essentials of Meteorology
    2. J.M. Wallace, P.V. Hobbs, Atmospheric Science: An Introductory Survey
    3. Wikipedia
最近修訂日期: <2014年4月1日>