用微波炉烧开水不会“冒泡泡”，但你最好别这么做
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撰文 | Victoria Atkinson
编辑 | 二七
把一锅水放在炉子上加热，会先冒出一些小小的气泡。随着水温升高，气泡逐渐变大，直到彻底沸腾。
但这件事在其他场景还会发生吗？例如，在微波炉里？
如果你真的试图用微波炉加热过水，就会发现，微波炉里的水在沸腾时并不会产生气泡。
流体动力学家的解释是，当水在炉灶上加热时，纳米级的气泡会不断形成和破裂。但肉眼可见的气泡开始形成的温度，有时可以远高于理论上水的沸点。
“沸点意味着，一旦超过了这个温度，水分子更倾向于以气态而不是液态存在，”美国弗吉尼亚理工大学的流体动力学家乔纳森·博雷科（Jonathan Boreyko）解释道。超过100摄氏度后，水分子内在的能量，也就是我们说的化学势能，在气态会比液态更低，此时气态就会成为更稳定的状态。
“但想要真的沸腾，你必须先形成一个气泡，”博雷科说道，“所以，即使气态更稳定，也不意味着一定能顺利沸腾。”
因此，水实际开始沸腾的温度，取决于一个权衡：一方面是转变为气体所节省的化学势能，另一方面是形成气泡需要消耗的能量。
关键在于，气泡不仅仅是一团气体，它还是气液两相之间的界面。同时，和所有液体界面一样，表面张力也会在这里发挥作用。
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表面张力会不断试图将气液界面收缩到最小的面积。对气泡而言，这意味着它倾向于完全坍缩，重新变成均一的液体。因此，一个稳定的气泡必须包含足够多的气体，使得转变为气体所节省的能量大于界面带来的表面张力代价，这也使得较大的气泡更稳定。
“表面张力本质上是单位面积的能量代价。”博雷科说，“非常小的气泡具有很高的表面积与体积比，而较大的气泡相对来说表面积更小。随着体积增大，体积效应会逐渐占主导，从而压过表面张力的影响。”
因此，水往往要加热到略高于100摄氏度才真正开始沸腾，这种现象被称为“过热”。
不过，气泡的形成难易还会受到多种因素的影响。意大利罗马萨皮恩扎大学的流体动力学家米尔科·加洛（Mirko Gallo）指出：“溶解气体、水中的杂质以及容器表面，都会降低气泡形成所需的能量障碍。”这些液体内部或界面的不规则结构，能够作为气泡生成的“核点”，从而降低形成完整球形气泡所需克服的表面张力代价。
他补充说：“如果气泡是在一个边缘上形成的，它只需要形成半个球体，因此表面积更小，所需能量也更低。这就是为什么最初的气泡总是出现在锅壁或边缘。”
微波炉中烧水
相比之下，在微波炉中，特殊的加热方式会显著抑制气泡的形成，使水有可能过热，甚至能高出沸点约20摄氏度。
博雷科解释说：“电磁波会穿透整个液体体积，使水分子在整体范围内同时受到激发，因此加热既快速又均匀；而在炉灶上，加热最强的是锅底。”此外，“微波炉中常用的是较为光滑的容器，比如玻璃容器，这样就缺少那些有助于跨越能量障碍、形成初始界面的局部热点。”
在这种情况下，液体中储存的大量化学势能会在容器受到扰动的瞬间释放，形成一个巨大的、像爆炸一样的气泡。这也是为什么用微波炉加热的水有时会出乎意料地危险。
不过，过热现象并非水所独有，加洛指出，任何液体都有可能发生这种情况。
博雷科补充说：“与大多数液体相比，水的表面张力非常高，而表面张力越高，这种效应往往也越显著。”
原文链接：
https://www.livescience.com/chemistry/why-does-boiling-water-have-bubbles-except-in-a-microwave
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