距超新星爆发多远可以安全地烤熟⼟⾖⽚?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-07-21 11:57:30

本文讨论了⾐服变硬的原因、超新星爆炸烤熟⼟⾖⽚的距离计算、⽔蒸⽓的最高温度限制以及弹簧剪短后是否有弹⼒等问题。

在回答这道问题前,想问问各位读者⽔壶⾥的⽔垢是怎么形成的呢?⼤部分读者应该会回答和钙镁离⼦有关,这也是⾐服洗后变硬的主要原因。洗⾐时采⽤未经过任何处理的⾃来⽔(多为硬⽔,含较多的钙镁化合物)或含硬质较多的洗涤剂,洗⾐过程中硬质或是钙、镁离⼦把洗涤剂中的硬脂酸钠的钠离⼦置换出来,变成溶解度⼩的硬脂酸钙和硬脂酸镁⼩颗粒渗⼊⾐物纤维导致⾐服晒⼲后变硬。

此外,随着洗涤次数增加,⾐服表⾯纤维摩擦拉⻓、相互缠绕,弹性变差。

超新星是部分恒星在末期发⽣剧烈爆炸的阶段,可以释放⼤量能量。它的持续时间约⼏周⾄⼏年,宋朝观测到的⼀次超新星持续约⼋个⽉,这⾥我们取典型值(约115.7天);释放的能量典型值约。⼟⾖变熟是⼟⾖内淀粉糊化。糊化温度在50~80℃不等,100℃⽔煮可在5分钟内使⼟⾖变熟。因此我们取能够将⼟⾖烤熟的极限温度在87℃(360K)。

限制⽔蒸⽓最⾼温度的因素在于,⾼温下⽔蒸⽓将分解成氢⽓和氧⽓,这个温度⼤约为4400K。考虑恒压条件下的⽔蒸⽓系统,此时平衡条件是Gibbs⾃由能取极⼩。我们想起中学知识,在,⼀个标准⼤⽓压下,有热化学⽅程式其中是系统的焓,表示焓变,Gibbs⾃由能,其中是热⼒学温度,是系统的熵。在,反应的熵变是,可得Gibbs⾃由能的变化是这说明⽔蒸⽓的⾃由能⼩于分解得到的氢⽓和氧⽓的⾃由能,⽔蒸⽓可以存在。

焓和熵都随温度变化,结果是⽔分解反应的⾃由能变化随温度减⼩,实验数据表明,当温度达到4400K时,变为负值,意味着在⼀个标准⼤⽓压下时,⽔蒸⽓不能稳定存在,在不同的压强条件下,这个温度会有所差异。

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