哪吒的火+敖丙的冰=蒸汽爆炸?

审核专家:周洪直 北京工业大学物理与光电工程学院高级实验师,硕士生导师

在电影《哪吒2》中,哪吒和敖丙联手冲破天元鼎,场景震撼,令人印象深刻。这背后,其实隐藏着关于蒸汽的科学原理。

让我们从科学的角度来看看天元鼎是怎么爆开的。密闭的天元鼎如同一个巨型高压锅,当哪吒的三昧真火与敖丙的玄冰在天元鼎内相遇时,瞬间产生的大量蒸汽,让鼎内的压强急剧上升,超过鼎壁承受能力,就会使天元鼎发生塑性变形,最终导致爆炸。

蒸汽的力量在人类文明进程中扮演着重要角色,进入数字化和信息化时代,蒸汽技术是不是已经过时了?

蒸汽力量的来源

蒸汽亦称“水蒸气”,其用途除了加湿加热外,还能产生动力,作为机器驱动等。根据压力和温度的不同,可以将各种蒸汽归类为饱和蒸汽、过热蒸汽两类。

饱和蒸汽是在一个大气压下,温度为100摄氏度的蒸汽。但是过热蒸汽则不同,在高温高压的密闭条件下,高温蒸汽的温度可在200~600摄氏度之间,压力范围也可达到10巴到200巴之间,也就是每平方厘米将产生大约10公斤到200公斤的压力。这时候的高温高压蒸汽的能量很大,一旦操作失误,将产生严重的后果。

当冰火相遇时,固态的冰在高温下不仅会快速融化成水,还会直接形成高热蒸汽,体积也随之急剧膨胀。在特定的容器中,这种膨胀会释放出巨大的压强,产生强大的蒸汽动力。这种压强在密闭环境中不断增加,如果不及时疏导,就会爆炸。‌

蒸汽技术过时了吗?

当然没有,蒸汽技术依然在许多领域发挥着重要作用。

在发电领域,蒸汽轮机仍是主要动力装置。核电站利用核反应堆产生的热量加热蒸汽,驱动汽轮机发电。超临界蒸汽技术的应用,使火力发电效率显著提升。

在工业生产中,蒸汽广泛用于加热、干燥、消毒等过程。食品工业的灭菌、纺织工业的染色、化工生产中的反应加热,都离不开蒸汽。

在医疗领域,蒸汽也扮演着重要角色。高温蒸汽被广泛用于医疗器械和实验器具的消毒,确保无菌环境,减少交叉感染的风险。

不仅如此,从生活到尖端科技,蒸汽还有更广泛的应用。

从家用蒸汽熨斗、蒸汽清洁机,到蒸汽美容仪,蒸汽的应用使生活更加便利舒适。例如,蒸汽能带走衣物上的异味,这是因为蒸汽具有较强的渗透性和扩散性,能够迅速渗透到衣物的微小缝隙中,将异味分子带出并稀释在空气中。

超临界发电机组、核反应堆、尖端材料制造和航天科技突破等,则是蒸汽技术在尖端科技方面的应用。

从工业革命时期的蒸汽机车、蒸汽轮船,到现代的发电站、城市集中供暖、常规航母上飞机的弹射,蒸汽技术都是非常重要的一部分。随着科技的进步,蒸汽技术也在不断发展和创新,展现出强大的生命力和应用潜力,继续为人类社会的发展贡献力量。

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