一个非常有趣的话题,首先我们来假设一下,比如这个容器是一个理想的压力容器,再大的压力也不会爆炸,再高的温度也不会融化,无论水怎么变化都不会与容器发生反应!那么我们可以负责任的告诉你,在不限制温度的加热条件下水是会减少的,甚至质量都会发生改变,最终将得到啥?也许取决于加热的温度!

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(1)

一、首先将会到达水沸腾的温度

不过沸腾的前提是在水没有装满的情况下,在这个条件下将会得到过热蒸汽!假如水装满的话,那么沸腾将不会发生,继续加热将会直接得到超临界水!

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(2)

二、超临界水

指的是当气压与温度到达一定程度时,比如温度达到374.3℃,压力达到22.5MPa时,高温膨胀的水密度和高压被压缩的水蒸气密度一致,此时水的液态和气态没有任何区别,完全互相交融,成为一种高压高温状态的流体!此时水的分子结构并没有改变!水的整体质量也没有改变!

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(3)

超临界水有很多有趣的特性,如上图,有兴趣的朋友可以了解下!

三、水的热解

当水温超过2200℃时,部分水开始热解!在高温下水分子氢氧化学键断裂,成为H、H₂、O、O₂和HO等各种形式!继续温升则会有更多的水被热解,此时真正的水将越来越少,水的质量发生改变,但总体质量没有改变!

三、氢元素核聚变 无限高温的条件下,水热解出的氢原子将会达到聚变的条件,将会出现这个过程:2个氕核聚变为氘核,然后一个氕核在与氘核聚变为氦-3,最后氦-3再聚变为氦-4!

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(4)

但这并不会结束,如果继续高温无限上升,那么将会达到氦元素聚变生成碳和氧元素......

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(5)

氢元素聚变以后的各种元素的变化及温度条件!一般认为高温在达到硅元素生成铁元素之后就比较稳定了,但温度继续无限上升,将会出现S过程(慢中子捕获)和R过程(快中子捕获)生成更重的元素,但在加热过程中,S过程可能会发生,但R过程可能不会发生,这并没有多大关系,因为重元素中有一半是S过程合成的!元素继续往重元素跨越!

在这个过程中,每一次聚变过程都将减少质量,减少部分将作为能量加热自身达到更高的温度!而这个质量减少是整体质量,并且遵循质能方程!

四、在无限加热的情况下,最终将达到普朗克温度:

普朗克温度 T=1.416833(85) × 10^32K。

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(6)

其中:mp为普朗克质量,c为真空中的光速,h为约化普朗克常数,k为玻尔兹曼常数,G为万有引力常数!

水从0度加热到100体积会大多少(水在一个理想容器中无限高温加热)(7)

也许将达到宇宙大爆炸前奇点的状态,当然那是一个高温致密又无限小的起点,而密封的容器则不可能有这个条件,因此它并不可能达到这个温度,而只是接近这个普朗克温度:1.416833(85) × 10^32K而已!

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