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一杯水放在20°C环境中,最终温度能达到多少度???

1月前浏览169


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环境温度20°C时,一杯水的温度究竟是多少?

我们在日常生活中,经常会觉得水摸起来比空气要凉很多,那是不是说水温实际上低于室温??


如果当环境温度是20°C时,一杯静置的水的温度到底会是多少呢?

 




提前声明:本文的观点不一定正确,我们一起来讨论一下这个比较有意思的问题


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为什么人摸水觉得凉?

第一个问题,水摸起来比空气要凉,并不意味着水的温度比环境温度低。其实,这更多是因为水的导热系数比空气高很多,水的导热系数是0.6 W/(m·K),而空气的导热系数是0.026 W/(m·K)

 



水的导热系数是空气的23倍左右,这导致当我们用手指接触水时,水能迅速带走手指的热量,给人一种“凉”的感觉。而空气由于导热系数很低,无法像水一样迅速传递热量,因此我们不会感觉到空气在降温。



实际上,我们冬天摸金属物体也会觉得很凉,也是这样的原因。生活中最常见的钢铁的导热系数是50W/(m·K),比水还要高很多,因此冬天舔铁管会粘舌头。

 



人感受到的“凉”更多是因为水传热能力更强,而不一定是水温比环境温度低。那么,水的实际温度究竟是多少呢?




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水的温度究竟是多少?

一杯水静置在20°C的环境中,温度究竟是多少???


如果我们百度这个问题,会得到不同的回答。



第一类回答认为水温会趋于环境温度,即20°C

 


 


第一次问AI的回答也是如此

 


 



另一类回答是:水温略低于环境温度


 


 


我个人比较赞同第二类观点,由于水的蒸发,现实中水的温度往往稍微低于环境温度。蒸发吸热降温这不需要多介绍。


 




但现在存在一个问题,水放在环境中时间足够长,会一直不停地蒸发吗??稳定之后会不会达到动态平衡??即蒸发量和凝结量持平。





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水会持续蒸发吗??

要说明这个问题,要先确定环境是什么样的环境,如果大气环境相对湿度低于100%(大部分天气都是如此),那么不是封闭的环境下,在开口容器中的水会持续蒸发。

 




而如果天气非常潮湿(雨前或雨后),此时大气环境的相对湿度大概刚好是100%,那么在开口容器中的水最终会达到动态平衡。

 




当空气的相对湿度低于100%时,空气中含有的水蒸气量较少,因此水分子从液态表面进入空气的速率高于返回到液态表面的速率。此时,水会持续蒸发,直到水完全蒸发


 





当空气的相对湿度达到100%时,空气中的水蒸气浓度达到了饱和状态。虽然水分子依然会从液体表面蒸发到空气中,但同时也有等量的水蒸气分子从空气回到液体中。



因此,从宏观上看,水的液面不会明显下降,呈现出一种“水不蒸发”的现象。


 


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水温究竟能达到多少度??


那么水温究竟能达到多少度呢???水温比环境温度低多少,取决于环境的相对湿度:


高湿度环境:

如果环境湿度达到100%,那么水温最终会和环境温度相同。


低湿度环境:

当空气相对干燥时,水会蒸发速率较快,因此会带走更多热量,水温会低于环境温度,且环境相对湿度越低,水温会越低。


 



回到最开始的问题,能低到多少??-----湿球温度


所谓湿球温度是指空气中水分蒸发达到平衡时的温度。比如20℃,80%的相对湿度,湿球温度为17.7℃。那么水的最终温度为17.7℃。

 


湿球温度通常是通过将湿布包裹在温度计的感温部分,然后在空气中快速摇动或在通风条件下测量的。


湿布中的水分蒸发时,吸收空气中的热量,使温度计的温度下降,直到水分蒸发与空气中的湿度达到平衡,记录下的温度即为湿球温度。

 



达到湿球温度的前提是:足够长的时间且水能够不断蒸发。因此需要开口容器,开放环境且相对湿度低于100%。


实际上这种条件非常容易达到,一个晴朗的天气,你在打开窗户的房间里放一杯不盖盖的水。这就已经满足了这个条件

 



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基本结论


现在我们来总结回答最开始提出的两个温度。


水摸起来凉是因为水的导热系数很大,并不能说明水温比空气温度低


环境温度是20°C时,一杯静置的水的温度一般条件下会达到湿球温度。




但是以上只是个人理解,如有错误,欢迎指出!!!




来源:Fluent学习笔记
SolidWorks
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首次发布时间:2025-01-16
最近编辑:1月前
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