Warum „fühlen“ wir Dampf bei 100 °C heißer als Wasser bei 100 °C?

Ein Eisblock so groß wie ein Raum hat mehr Wärmeenergie als eine Tasse heißen Tee. Aber der Tee fühlt sich heißer an, weil die durchschnittliche kinetische Energie (Temperatur) bei Tee höher ist. Ich schließe daraus, dass die Gesamtenergie keine Rolle spielt, wenn es darum geht, was sich heißer anfühlt.

Aber es wird gesagt, dass sich Dampf bei 100 °C heißer anfühlt als Wasser bei 100 °C, weil Dampf mehr Energie hat, was meiner Schlussfolgerung widerspricht.

Bitte erklären Sie, wo ich falsch gelaufen bin.

Um die Verwirrung aufzulösen: Wenn wir Wasser erhitzen, steigt seine Temperatur weiter an. Das Kochen beginnt, wenn es 100 Grad Celsius erreicht, und es findet eine Massenverdampfung statt. Diese verdampften Moleküle, die die gleiche Energie wie Wasser besitzen (hat die gleiche Temperatur wie es) plus latente Verdampfungswärme, bezeichne ich als Dampf. Es hat also mehr Energie, aber die gleiche Temperatur. Ich erwartete keine Verwirrung in Bezug auf solchen Dampf, der schwerwiegendere Auswirkungen hatte. Aber jetzt, da dies der Fall ist, lassen Sie mich erwähnen, dass dies eine übliche Tatsache aus einem sekundären Lehrbuch ist, die in Indien gelehrt und studiert wird. Hier ist ein Link zu einem verwandten Schulmaterial: https://byjus.com/questions/what-produces-more-severe-burns-boiling-water-or-steam/ .

Wir empfinden keinen Dampf heißer als Wasser in einer Sauna.
Ist das Dampf oder Wasserdampf? Ziemlich sicher, dass niemand in 100-Grad-Dampf sitzen wird! @DescheleSchilder
Wer sagt, dass sich Dampf (was vermutlich Wasserdampf bedeutet) bei 100 °C heißer anfühlt als flüssiges Wasser bei 100 °C? Ich weiß, dass ich kurz in einen Ofen greifen könnte, der mit auf 200 °C erhitzter Luft gefüllt ist, und es würde sich nicht einmal unangenehm anfühlen, aber wenn ich meine Hand in flüssiges Wasser bei 100 °C tauchen würde, würde ich fast sofort schwere Verbrennungen davontragen. Fühlt sich Dampf bei 100 °C viel heißer an als Luft bei 200 °C? Vielleicht tut es das, ich weiß es nicht.
Haben Sie schon einmal 100 °C heißes Wasser oder Dampf gespürt? Dies ist kein Experiment, das viele Menschen versucht haben.
@AccidentalTaylorExpansion Anekdotische Beweise, aber Sie fühlen sich beides nicht sehr lange.
Dampf brennt nicht mehr als kochendes Wasser. Ich habe ein Dampfreinigungsgerät, das Wasser kocht und es dann in Form von Dampf "aussprüht". Ich kann meine Hand ohne Probleme einige Sekunden lang ohne nennenswerte Schmerzen oder Verbrennungen „dämpfen“. Versuchen Sie, Ihre Hand einige Sekunden lang in kochendes Wasser zu tauchen und sehen Sie, was passiert.
Denken Sie daran, Dampf (gasförmiges Wasser) hat keine Farbe oder andere visuelle Artefakte. Wenn Sie Wasser kochen, ist der „Dampf“, den Sie sehen, eigentlich der Dampf, der wieder zu winzigen Wassertröpfchen kondensiert. Dabei übertragen sie einen Großteil ihrer Energie auf die Luft um sie herum. Dampf, Luft oder Wasser (oder ein Metallbehälter, der eines davon enthält) bei 100 °C führen zu schweren Hautverbrennungen. Ich rate Ihnen nicht, das zu Hause zu versuchen – niemals.
Wenn Sie wirklich 100 °C heißes Wasser oder Dampf spüren würden, würden Sie sich schwere Verletzungen zuziehen.
Ich wollte nur auf ein wirklich einfaches Experiment im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung hinweisen. Wenn Sie ein Stück Holz bei 10 °C berühren, fühlt es sich nicht annähernd so kalt an wie eine Aluminiumplatte bei derselben Temperatur. Der Grund dafür ist, dass Aluminium ein viel besserer Wärmeleiter ist und daher Ihrer Hand (wenn Ihre Hand wärmer als 10 ° C ist) schneller Energie entzieht als ein Stück Holz. Zwei Materialien, gleiche Temperatur, unterschiedliches „Kältegefühl“.
@db Dampfreiniger (vorausgesetzt, Sie verwenden wirklich einen und keinen Hack) verbrauchen eine winzige Menge Dampf. Wenn Sie sie nicht direkt auf eine Oberfläche auftragen, kondensiert es sofort zu flüssigem Wasser, wenn es die Umgebungsluft berührt. Das, was Sie sehen, ist kein Dampf, sondern Tröpfchen aus flüssigem Wasser – wenn Sie es nicht sehen können, sollten Sie aufpassen – das ist Dampf und unglaublich gefährlich, da es wirklich gut darin ist, Wärme zu übertragen.
Wenn wir Dampf in einer 70-Grad-Sauna nicht heißer als Wasser bei 70 Grad empfinden (wenn wir still sitzen), dann wird er sich auch nicht heißer als Wasser anfühlen, wenn beide 100 Grad haben.
Vielleicht wollte der Fragesteller stattdessen 100 Grad F angeben?
Ich habe eine Bearbeitung hinzugefügt. Hoffe, das beseitigt die Verwirrung.
@Zam: Dein Link funktioniert bei mir nicht: „Aufgrund der EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO). Wir gestatten derzeit keinen Internetverkehr zur Website von Byju aus Ländern innerhalb der Europäischen Union.“ – Außerdem habe ich meine Antwort als Antwort auf Ihre Bearbeitung geändert.
@db, Luaan sagte: "... eine winzige Menge Dampf", aber selbst das ist nicht korrekt. Das Zeug, das aus Ihrem "Dampfreiniger" kommt, ist kein Dampf. Die Blasen, die sich in seinem Kessel bildeten, waren Dampf, aber sie hörten fast auf, Dampf zu sein, sobald sie die Wasseroberfläche erreichten, platzten und sich mit Luft vermischten. Das Material, das herauskommt, ist ein "Nebel" aus winzigen Tröpfchen, die in feuchter Luft schweben. Wenn Sie es ertragen können, es längere Zeit auf Ihre Haut aufzutragen, ist es nicht so heiß. Dampf mit 100 °C verursacht schneller Verbrennungen 1. Grades, als Sie Ihre Hand wegziehen können (viel schlimmere Verbrennungen, wenn Sie sich nicht zurückziehen).

Antworten (9)

TL;DR: Sie waren wahrscheinlich in keiner Phase 100°C heißem Wasser ausgesetzt, und selbst wenn Sie es getan hätten, hätten Sie seine Temperatur aufgrund einer Verbrennung dritten Grades nicht vernünftig spüren können. Heißes Wasser und Dampf sind beide gefährlich, aber grundlegend verschieden, daher ist ein Vergleich wie Gorilla vs. Hai .

Ich bin mir nicht ganz sicher, was Sie hier vergleichen, aber wenn Sie ein ausreichend großes Stück Ihrer Haut nehmen und es ausreichend lange 100 ° C heißem Wasser (in beiden Phasen) aussetzen, damit Ihre Temperatursensoren tatsächlich ein vernünftiges Ergebnis liefern , würden Sie eine schwere Verbrennung erleiden. In diesem Fall habe ich mehrere Gründe, Ihren Berichten darüber, welche Temperatur Sie fühlen, zu misstrauen. (Beachten Sie , dass ich mich mit Gefühl auf Ihr direktes Temperaturempfinden beziehe und nicht auf die Auswirkungen der daraus resultierenden Verletzungen und Ähnliches.) In diesem Healthline-Artikel wird beispielsweise berichtet, dass 1 Sekunde Kontakt mit 69 °C heißem Wasser für ein Drittel ausreicht. Grad Verbrennung, die Ihre Nervenenden zerstört und somit meist schmerzlos istauf lange Sicht (und ich bezweifle, dass irgendjemand die Nuancen extremer Schmerzen unterscheiden kann, die zuvor aufgetreten sind).

Nun, was hast du eigentlich erlebt?

  • Wenn Sie eine Tasse heißen Tee schlürfen, erhalten Sie kein 100 °C heißes Wasser. Selbst wenn Sie den Tee mit abgekochtem Wasser aufbrühten, hatte letzteres vermutlich zunächst keine homogenen 100 °C. Beim Aufbrühen des Tees, beim Aufgießen und durch den Kontakt mit der Tasse kühlte es dann ab. Beim Nippen kommt eine sehr kleine Menge Wasser mit Ihrer Haut in Kontakt, die durch den Kontakt mit Haut und Luft schnell abgekühlt wird (weil sie so klein ist). Darüber hinaus haben Sie möglicherweise eine zusätzliche Schutzschicht aus Speichel oder ähnlichem, die erwärmt werden muss, bevor etwas Wichtiges geschieht (darauf weist Shmuel Newmark hin ). Was Ihre Temperatursensoren wahrnehmen, hängt hauptsächlich von der Wassermenge ab.

  • Ich bin mir nicht sicher, was Ihre Dampferfahrung ist, aber das Eintauchen eines Körperteils in reines 100 ° C heißes gasförmiges Wasser ist ziemlich schwierig (und gefährlich). Der Dampf, der sich über Töpfen oder Wasserkochern mit kochendem Wasser und allem anderen bildet, was umgangssprachlich als Dampf bezeichnet wirdist ein Gemisch aus gasförmigem Wasser, Luft und flüssigen Wassertröpfchen. Letzteres ist das, was Sie tatsächlich sehen können; reines gasförmiges Wasser ist transparent. Umgekehrt, wenn Sie es sehen können, ist es kein reines gasförmiges Wasser, und ich wäre beeindruckt, wenn Sie es tatsächlich schaffen würden, die Temperatur mit Ihrer Haut zu messen. Wenn Sie stattdessen einen Wasserkocher mit Wasser aufkochen, ist der austretende Dampf durch den Kontakt mit der Luft und anderen Faktoren bereits erheblich abgekühlt. Es kann jedoch immer noch schwere Verbrennungen verursachen. Wenn Ihre Exposition ausreichend mild ist, dass dies nicht der Fall ist, hängt dies von den Details ab, dh wie heiß und wie stark der Dampf war usw.

Im Allgemeinen hängt Ihre Temperaturwahrnehmung von der Wärmemenge ab, die auf einer für Ihre Wärmesensoren relevanten Zeitskala abgegeben wird. Dies wiederum hängt ab von:

  • Die Temperatur dessen, womit Sie in Kontakt kommen. Beachten Sie, dass Temperatur nicht einfach „durchschnittliche kinetische Energie“ ist (siehe diese Frage ).
  • Die Wärmekapazität, also die pro Temperatur gespeicherte Energiemenge. Flüssiges Wasser hat etwa die doppelte Wärmekapazität pro Masse wie gasförmiges Wasser. Die Unterschiede der Wärmekapazität pro Volumen sind viel größer, da das Gas viel weniger dicht ist. Bei gasförmigem Wasser kommt noch die latente Verdunstungswärme hinzu , die es durch Kondensieren auf Ihren Körper übertragen kann.
  • Die Wärmeleitfähigkeit, dh wie schnell Wärme zwischen verschiedenen Schichten der Substanz und von der Substanz auf Ihre Haut übertragen wird. Die Wärmeleitfähigkeit von flüssigem Wasser ist etwa dreißigmal so hoch wie die von gasförmigem Wasser. Gasförmiges Wasser ist jedoch viel weniger viskos und kann daher leicht in Ihre Poren eindringen, um Wärme auf Ihre Haut zu übertragen, was als wesentlicher Faktor für die Schwere von Dampfverbrennungen angesehen wird ( Science News: Dampfverbrennungen verstehen ) .

Diese verdampften Moleküle, die die gleiche Energie wie Wasser besitzen (hat die gleiche Temperatur wie es) plus latente Verdampfungswärme, bezeichne ich als Dampf. Es hat also mehr Energie, aber die gleiche Temperatur.

Wasserdampf in Luft muss nicht 100 °C oder heißer sein. Vielmehr hat es die Temperatur der Umgebungsluft. Sie können es sich als in Luft gelöstes Wasser vorstellen. Es existiert bei allen Temperaturen und verursacht (oder ist vielmehr ) Feuchtigkeit. Die Menge an Wasser, die Sie in Luft lösen können, hängt von der Temperatur ab.

Nun kann es aufgrund von Temperaturänderungen passieren, dass in einem Teil der Luft mehr Wasser gelöst ist, als er aufnehmen kann. In diesem Fall kondensiert das Wasser zu Tröpfchen, die Sie als Dampf, Wolken oder Nebel sehen – es gibt keinen grundlegenden Unterschied zwischen diesen. Wenn Sie Wasser kochen, geben Sie zwar Päckchen mit 100°C heißem Wasserdampf an die Luft ab, aber diese kühlen sich beim Mischen mit der Luft sofort ab, was zu Kondensation führt, was zu den sichtbaren Wolken führt, die wir normalerweise mit Dampf verbinden. Diese sind nicht 100°C heiß (und nichts in ihnen ist es); Wenn dem so wäre, hätte deine Luft auch diese Temperatur und du würdest nicht viel sehen. (Die Erwärmung verursacht auch einen Luftstrom nach oben, der diese Tröpfchen mit sich trägt und verhindert, dass sie sofort ins Wasser zurückkehren.)

Aber jetzt, da dies der Fall ist, lassen Sie mich erwähnen, dass dies eine übliche Tatsache aus einem sekundären Lehrbuch ist, die in Indien gelehrt und studiert wird. Hier ist ein Link zu einem verwandten Schulmaterial: https://byjus.com/questions/what-produces-more-severe-burns-boiling-water-or-steam/ .

Sowohl kochendes Wasser als auch heißer Dampf sind ziemlich gefährlich und wie gefährlich genau, hängt davon ab, wie lange Sie wie viel davon bei welcher Temperatur und mehr ausgesetzt sind. Da eines eine Flüssigkeit und eines (meistens) ein Gas ist, sind Begegnungen mit ihnen nicht direkt vergleichbar (im Gegensatz zum Beispiel, Ihren Arm in zwei verschiedene Flüssigkeiten zu stecken). Sie können genauso gut darüber nachdenken, ob ein Gorilla einen Kampf gegen einen Hai gewinnen würde . Wir könnten uns ansehen, wie viele gemeldete Verletzungen wir für beide erhalten, aber das sagt mehr darüber aus, wie sorglos die Menschen mit den jeweiligen Substanzen umgehen.

In Bezug auf das Schlürfen von Tee: Selbst wenn es ihnen irgendwie gelang, eine kleine Menge einer 100 ° C heißen Flüssigkeit in ihren Mund zu bringen, würden ihr Speichel und ihre Mundschleimhaut diese schnell abkühlen, um sie vor Verbrennungen zu schützen, bevor sie überhaupt ihre Haut berührten und abkühlten davon.
@ShmuelNewmark: In der Tat; Danke. Siehe meine Bearbeitung.
Ich habe 350 °C heißes Metall berührt und kann garantiert den Unterschied zwischen diesem und 100 °C heißem Wasser erkennen. Das Metall schmolz meine Fingerspitze, die danach ein paar Jahre lang taub war, aber ich spürte den Schmerz intensiv in meinem zweiten und dritten Knöchelrücken. Ich habe buchstäblich meine Finger in 100°C heißes Wasser getaucht, um Gegenstände zu greifen. Mit anständigem Schwielen tut es nicht einmal weh.
@MichaelS: Den Unterschied durch Sekundärverletzungen, Effekte usw. zu erkennen, ist nicht dasselbe wie das, was ich in diesem Zusammenhang als „Gefühl“ bezeichnen würde, dh Ihr direktes Temperaturgefühl. Natürlich hat eine Verbrennung dritten Grades einige Auswirkungen, die Sie fühlen, aber das betrifft nicht die Sinne, die es Ihnen ermöglichen zu sagen, welches von zwei Gläsern Wasser wärmer ist, wenn Sie Ihren Finger hineintauchen. (Siehe auch meine letzte Bearbeitung.)

Was wir als „heiß“ oder „kalt“ definieren, ist die Übertragung von Energie – wie viel (Menge) und wie schnell (Übertragungsrate) – und wie sie unsere Temperatur erhöht. Je mehr Energie schnell vom Objekt übertragen wird, desto heißer fühlt sich das Objekt an.

Erstens befindet sich Dampf in einer verdampften Phase – weshalb er mehr Energie hat. Bei 100 Grad Celsius kann Wasser sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Phase vorliegen. Um jedoch flüssiges Wasser zu verdampfen, ist eine Energiezufuhr erforderlich. Diese Energie (als Verdampfungsenergie bezeichnet) ist für jedes Material spezifisch, erhöht jedoch nicht die Temperatur, wenn sie hinzugefügt wird, sondern verdampft einfach die Flüssigkeit zu einem Gas. Wenn Sie also 100 ° C warmes Wasser verdampfen, haben Sie Wasserdampf bei 100 ° C. In ähnlicher Weise können Sie diesen Dampf kondensieren, indem Sie dieselbe Energiemenge entfernen, die zum Verdampfen erforderlich ist. In diesem Fall würden Sie Wasser bei 100 Grad zurückgewinnen.

Wenn Sie etwas Heißes berühren, überträgt es Wärme auf Sie, bis sich die Temperaturen angeglichen haben. Wenn Sie also heißes Wasser berühren, überträgt das Wasser einfach die Energie, die es benötigt, um die Oberflächentemperatur Ihrer Hand zu erreichen (was nicht passieren wird, Sie werden Ihre Hand viel früher herausnehmen). Wenn Sie jedoch Dampf berühren, überträgt er auch die Kondensationsenergie auf Sie – was eigentlich eine Menge Energie ist. Diese Energie erhöht die Temperatur Ihrer Hand drastisch und Sie fühlen es als "heiß".

Betrachten Sie die einfache Wärmeübertragungsgleichung: die Wärmeübertragungsrate H Ist

H = k A T heiß − T kalt L

L ist für unseren Fall unwichtig. Wichtig ist k , die Wärmeleitfähigkeitskonstante – diese Konstante hängt vom Material ab. Je höher diese Konstante, desto schneller wird Wärme übertragen, also wird mehr Wärme übertragen und die Temperatur Ihrer Hand steigt.

Nächste, A stellt die Kontaktfläche zwischen den Oberflächen dar. Wie @Wrzlprmft betont, kann Dampf leichter in die Hautporen eindringen. Dadurch wird sichergestellt, dass mehr Wärme übertragen wird, da die gesamte Kontaktfläche größer ist.

Wir können die Wärmeübertragung auch maximieren, indem wir die Temperaturdifferenz erhöhen, T heiß − T kalt . Je größer dieser Unterschied ist, desto größer ist der Wärmestrom. Beachten Sie, dass diese Differenz schrumpft, wenn Wärme fließt. Im Falle von Wasser, T heiß wird abgesenkt und T kalt wird höher. Bei Dampf bei 100 °C verlässt die Kondensationsenergie jedoch zuerst den Dampf, ohne die Temperatur des Gases zu ändern, also T heiß − T kalt schrumpft langsamer; T heiß ändert sich nicht, und daher ist die Wärmeübertragung schneller. Darüber hinaus ist die Kondensationsenergie, in Ermangelung eines besseren Wortes, ziemlich groß, was bedeutet, dass bei dieser hohen Rate viel übertragen wird.

TLDR: Der Grund, warum sich Dampf heißer anfühlt, ist, dass er schneller mehr Energie an uns übertragen kann (dh ohne seine Temperatur durch Übertragung von Kondensationsenergie zu verringern), während Wasser dies nicht kann. Unser Gefühl dafür, was heiß ist, wird dadurch bestimmt, wie viel Energie und wie schnell ein Objekt diese Energie überträgt, um unsere Temperatur zu erhöhen.

Bearbeiten: Ich habe vergessen zu erwähnen, dass Dampf im Gegensatz zu Wasser dicht gepackt werden kann, weil es ein Gas ist. Je nachdem, wie komprimiert der Dampf in einem bestimmten Volumen ist, kann es sein, dass sich 100 °C heißer Dampf wärmer oder kälter anfühlt als 100 °C heißes Wasser. Für den Zweck meiner Antwort ging ich davon aus, dass der Dampf dicht und dicht gepackt ist - was schließlich die niedrigere Wärmeleitfähigkeitskonstante des Dampfes ausgleichen kann.

Aber schließen wir aus meinem ersten Beispiel nicht, dass „wie viel Energie“ keine Rolle spielt? Dampf, der bei gleicher Temperatur mehr Energie als Wasser hat, sollte also keine Rolle spielen, oder?
Es geht um die Rate der Energieübertragung (und wie diese Energie Ihre Temperatur erhöht). Je mehr und schneller wir Wärme übertragen, desto wärmer wird sich etwas anfühlen. Die Wärmeübertragung wird erstens durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit maximiert (wie Steeven betonte). Zweitens wird die Wärmeübertragungsrate durch den Temperaturunterschied maximiert. Wenn Wasser Energie verliert, sinkt seine Temperatur. Dampf mit 100 °C kann jedoch seine Verdampfungsenergie verlieren und seine Temperatur bleibt gleich. Das maximiert auch den Wärmefluss @Zam
Dabei wird vieles außer Acht gelassen: 1) In dem, was umgangssprachlich Dampf genannt wird, ist bereits eine beträchtliche Menge Wasser zu (heißen) Tröpfchen kondensiert. 2) Die Wärmekapazitäten (pro Volumen) und Wärmeleitfähigkeiten von flüssigem und gasförmigem Wasser unterscheiden sich stark und am Ende des Tages fügt die latente Kondensationswärme nur etwas Wärmekapazität hinzu. 3) Dampf kann viel besser in die Poren eindringen und somit Wärme übertragen. 4) Der Fragesteller hat mit ziemlicher Sicherheit nichts erlebt, was den von Ihnen in Betracht gezogenen Szenarien nahe kommt. (Siehe meine Antwort .)
Um nur einige Zahlen zu nennen: 1 g 100 °C heißer Dampf, der auf Ihrer Haut kondensiert, setzt sehr schnell 2230 J Wärme auf Ihre Haut frei (und tiefer, weil er in die Poren eindringt), während 1 g Wasser von 100 °C auf gekühlt wird 25 °C werden nur 313 J Energie freigesetzt. Es ist also nicht nur ein bisschen, sondern ein Faktor von 7.
@Arsenal Bei Atmosphärendruck passt 1g Wasser in 1ml. 1g Dampf passt in 1,2L. Dampf hat also eine siebenmal höhere Energie pro Mol, aber eine 1000-mal geringere Dichte, sodass Wasser immer noch 100-mal mehr Energie pro Volumeneinheit hat (und diese Wärme schneller übertragen kann).
@J ... wie schnell ist die Energieübertragung bei Kondensation? Ich suche offensichtlich nach den falschen Begriffen.
@Arsenal Es kommt darauf an - ich mache den Punkt nur, um zu zeigen, dass es kein so einfacher Vergleich ist. Bei einer Verbrennung ist die Kontaktfläche der Haut der wichtigere Parameter. Eine Verbrennung ist auch schnell, daher können wir davon ausgehen, dass die aus dem System übertragene Wärme gering ist und dass Wasser und Dampf beide nahe 100 ° C bleiben. Sie haben berechnet, dass Wasser auf 25 ° C abfällt (dh die Wärmekapazität des Wassers als Energielieferant), aber echtes kochendes Wasser wird von einer Wärmequelle angetrieben und das Wasser fungiert hauptsächlich als Leiter. Die Rate der Dampfnachfüllung wäre auch wichtig usw. ...
@J ... nun, wenn Dampf keine gute Möglichkeit wäre, Energie an andere Orte zu übertragen, gäbe es Konzepte wie Wärmerohre nicht, also würde ich denken, dass es immer noch ziemlich relevant ist. Und der Dampf kondensiert, sobald er Ihre Haut berührt - die latente Wärme ist also ziemlich schnell da?
@Arsenal Steam ist komprimierbar, was es sofort nützlicher macht als Wasser. Schließlich macht der gesamte Planet so den größten Teil seines Stroms. Es ist wichtig, die Wärmekapazität und die Fähigkeit, Energie zu leiten oder zu übertragen, nicht zu verwechseln. Letzteres ist ein Arbeitsmedium, was Dampf gut tut. Wir verwenden oft Wasser, wenn wir viel Wärme auf kleinem Raum aufnehmen müssen. Wir verwenden oft Dampf, wenn wir viel Energie von einem Ort zum anderen transportieren müssen. Dampf kann auch heißer als 100 ° C gemacht werden, was wir auch für die thermodynamische Effizienz nutzen.
Wenn Sie den Wert beziehen wollten k zu einer häufigeren Erfahrung: An einem sehr heißen Tag fühlen sich Metallgegenstände wie Außenbänke und Treppengeländer besonders heiß an, und an einem sehr kalten Tag fühlen sich Metallgegenstände besonders kalt an. Sie haben tatsächlich ungefähr die gleiche Temperatur wie andere Dinge im Freien, aber Metalle haben eine relativ hohe Temperatur k .
Ich habe vergessen zu erwähnen, dass Dampf im Gegensatz zu Wasser dicht gepackt werden kann, weil es ein Gas ist. – Aber Wasser ist dichter gepackt als Dampf unter vergleichbaren Bedingungen (dh Druck) jemals sein kann. Eine gegebene Menge Wasser in einem festen Volumen in Dampf zu verwandeln, erhöht den Druck drastisch – wenn man nicht ohnehin über den kritischen Punkt hinausgeht.
@Wrzlprmft, Sie streiten über Antworten auf eine Frage, die nicht genau definiert ist. Von welcher Wassermenge reden wir? Welche Dampfmenge? Welche Dampfdichte ? Was meinte das OP überhaupt , als sie "Dampf" sagten? Die Antwort von User265872 hier ist gut, weil sie diese Besonderheiten ignoriert und sich auf die zugrunde liegenden Prinzipien konzentriert , die Sie verwenden könnten, um eine eindeutige Antwort zu erhalten, wenn Sie nur die Besonderheiten kennen würden.
@SolomonSlow: Dampf, der auf die Dichte von flüssigem Wasser gepackt ist, wäre flüssiges Wasser.
-1 Tut mir leid, aber diese Antwort scheint die Frage für bare Münze zu nehmen und zu erklären, warum sich Dampf bei 100 Grad Celsius heißer anfühlt als Wasser bei 100 Grad Celsius. In Wirklichkeit würden Ihnen beide fast sofort ernsthafte Verbrennungen bescheren - Sie würden sich keine Gedanken darüber machen, welches sich "heißer anfühlt", noch in der Lage sein, es zu quantifizieren.
vaporization energy? Heißt es nicht enthalpy of vaporization?

Wenn Sie tatsächlich sowohl flüssiges Wasser bei 100 ° C als auch echten Dampf (nicht etwas Wasserdampf in der Luft) bei 100 ° C spüren, fühlt sich das Wasser heißer an.

Beachten Sie, dass das Zeug, das aus einem Wasserkocher kommt, kein Dampf ist. Beachten Sie, dass eine Sauna nicht mit Dampf gefüllt ist.

Weil das Wasser in 0,25 Sekunden eine Verbrennung ersten Grades verursacht, die Schmerzen verursacht. Aber die Verbrennung dauert fast 30 Sekunden, bis sie dritten Grades erreicht, wo der Schmerz aufgrund der vollständigen Zerstörung der Nerven aufhört.

Dampf kühlt bei gleicher Temperatur bei Hautkontakt nicht ab. Es bleibt bei 100 °C, wenn es sich in Flüssigkeit umwandelt, und setzt die gleiche Energie frei wie das Abkühlen des reinen Wassers von 100 °C auf 0 °C, viermal mehr.

Eine direkte Dampfverbrennung verursacht innerhalb von 5 Sekunden Verbrennungen dritten Grades und stoppt den Schmerz.
Daher „fühlt“ sich Dampf bei 100 °C weniger heiß an als Wasser

Ich vermute stark, dass das OP nach dem Unterschied zwischen mäßig heißem Hasser (70 ° C Teewasser) und den Wasserdampfschwaden über einem kochenden Topf (~ 20 ° C über Raumtemperatur) fragt.

Was sind Ihre Quellen für Ihre Brennzeiten? Ich würde gerne sehen, welche Arten von Durchflussraten / Volumina beteiligt waren, da dies einen erheblichen Einfluss auf die Wärmeübertragungsraten haben wird.
@Rick für das Wasser, Kontakt mit mehr Wasser als Haut nach Volumen. Für Dampf ca. 1 m/s Strömungsgeschwindigkeit oder schneller. (etwa das, was man am Auslauf eines schnell kochenden Kessels bekommt). Probieren Sie es einmal aus. Holen Sie sich einen Wasserkocher im Pfeifstil, der voll aufkocht. Legen Sie vorsichtig eine Scheibe rohen Speck in den direkten Dampfstrahl, direkt neben der Düse. Das Fleisch gart in 3-5 Sekunden bis zur Denaturierung.

Basierend auf einigen Erfahrungen mit der Wärmeübertragung können diese Effekte ziemlich einfach quantifiziert werden, wenn wir die konvektive Wärmeübertragung in Wasser und Dampf vernachlässigen und davon ausgehen, dass die thermischen Eigenschaften von Fleisch ungefähr denen von flüssigem Wasser entsprechen. Wenn in diesem Fall das flüssige Wasser bei 100 C plötzlich mit Fleisch bei 37 C in Kontakt gebracht wird, ändert sich die Grenzflächentemperatur und erreicht den Durchschnittswert von (100 + 37)/2 = 68,5 C. Ziemlich heiß.

Nun zum Fall von Dampf bei 100 ° C, der plötzlich mit Fleisch bei 37 ° C in Kontakt kommt. In diesem Fall beginnt sich eine Schicht aus kondensiertem flüssigem Wasser auf der Oberfläche des Fleisches zu bilden und die Dicke dieser kondensierten Schicht δ ( T ) wird im Laufe der Zeit zunehmen. Die Rate der Wärmefreisetzung durch Kondensation (pro Flächeneinheit der Oberfläche) wird sein Q = ρ λ D δ D T , Wo ρ ist die flüssige Wasserdichte, und λ ist die Verdampfungswärme. All diese Wärme wird gemäß der Gleichung über die kondensierte Schicht an die Oberfläche geleitet:

(1) Q = ρ λ D δ D T = k ( T H − T S ) δ
Wo T H ist die Temperatur des Dampfes (100 C), T S ist die Temperatur der Fleischoberfläche zum Zeitpunkt t (>> 37 C) und k ist die Wärmeleitfähigkeit von Wasser und Fleisch. Diese Wärme wird in das Fleisch geleitet, und basierend auf der Behandlung des Fleisches als halbunendliche Platte und der Annahme, dass die Fleischoberflächentemperatur während des Erhitzens konstant ist, hätten wir
(2) Q = k ( T S − T C ) π a T
Wo T C ist die Fleischtemperatur weit von der Oberfläche entfernt (37 C) und a ist die Temperaturleitfähigkeit von Fleisch und Wasser a = k / ( ρ C ) , wobei c die Wärmekapazität darstellt.

Unter der Annahme einer konstanten Fleischoberflächentemperatur lösen wir Gl. 1 für die Kondensatschichtdicke als Funktion der Zeit erhalten wir:

(3) δ = 2 k ( T H − T S ) ρ λ
Kombiniert man dies mit Gl. 1 und 2 ergibt dann:
( T H − T S ) = ( T S − T C ) 2 2 C π λ
Beachten Sie, dass diese Gleichung nicht mehr die Zeit t beinhaltet, was bedeutet, dass die Annahme einer konstanten Fleischoberflächentemperatur richtig war. Dividieren der Gleichung durch die Gesamttemperaturdifferenz ( T H − T C ) Erträge:
1 − F = F 2 ξ
wobei f der fraktionale Ansatz ist F = T S − T C T H − T C Und ξ = 2 C ( T H − T C ) π λ ist die dimensionslose Schlüsselgruppe für das Wärmeübertragungsproblem.

Löst man diese Gleichung für den fraktionalen Ansatz f und die Fleischoberflächentemperatur, so liegen Werte von c = 4,184 kJ/kg-C und zugrunde λ = 2500 kJ/kg erhalten wir einen fraktionalen Ansatz von 0,68 und eine Fleischoberflächentemperatur von 80 C. Dies übersteigt den Wert für den Kontakt mit Wasser bei 100 C, 68,5 C, um mehr als 10 C.

Das ist eine großartige Analyse. Ich würde gerne sehen, wie es aussähe, wenn der Dampf als Luft + verschiedene Prozentsätze von Wasserdampf modelliert würde, wobei die Diffusion das Nachfüllen von Wasserdampf begrenzt.
@ Rick Danke Rick. Es ist schön zu sehen, dass es zumindest einigen Mitgliedern gefallen hat. Wenn die Luft knochentrocken wäre, wäre dies auch ziemlich einfach möglich. Aber der von Ihnen beschriebene Fall wäre definitiv schwieriger zu modellieren.

Erster Punkt:

Wie heiß oder kalt sich etwas anfühlt, hängt nicht nur von der Temperatur ab. Die Temperatur ist nur ein (umfangreiches) Maß für die enthaltene Wärmeenergiemenge. Die wichtige Eigenschaft ist vielmehr die Wärmeleitfähigkeit für Feststoffe während der Leitung und die ähnlichen Wärmeübertragungskoeffizienten für Flüssigkeiten und Gase während der Konvektion. Das heißt, die Fähigkeit des Materials, die Energie an Ihre Hand zu liefern , wenn Sie sie berühren. Schauen Sie sich als Beispiel Aerogel an: Während es direkt aus dem Ofen tausend Grad Celsius heiß ist, kann es aufgrund seiner sehr geringen Wärmeleitfähigkeit in der Hand gehalten werden.

Zweiter Punkt:

Dampf enthält mehr Energie als Wasser, wenn beide die gleiche Temperatur haben. Denn der Dampf hat neben seinem thermischen Energieinhalt auch latente Wärmeenergie für den Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig aufgenommen. Wenn Sie es berühren, müssen Sie sowohl für das Wasser als auch für den Dampf genügend Energie aufnehmen, um die Temperatur auf die Ihrer Hand zu senken. Aber für den Dampf muss man erst Energie aufnehmen, um ihn wieder von Gas in Flüssigkeit umzuwandeln. Sie nehmen also insgesamt mehr Energie auf, wenn Sie den Dampf berühren. Wenn das schnell passiert – schneller als Ihre Hand die Energie von der Hautoberfläche wegleiten kann – dann steigt die Temperatur Ihrer Haut und Sie könnten sich verbrennen.

Ich verstehe, dass Dampf mehr Energie hat. Aber schließen wir aus meinem ersten Beispiel nicht, dass „wie viel Energie“ keine Rolle spielt? Wäre angesichts dessen die Erklärung gültig, dass Dampf bei gleicher Temperatur mehr Energie als Wasser hat?
@Zam Das ist ein sehr guter Punkt. Die Erklärung ist, dass der Wärmeübertragungsmechanismus für Dampf und Wasser derselbe ist, wenn wir nur Temperaturänderungen betrachten (Teil eins meiner Antwort). Aber für den Phasenwechsel erfolgt die Energieübertragung sehr schnell, da der Dampf sofort auf Ihrer Hand kondensiert. Sie werden durch die latente Wärme aus der Phasenänderung viel mehr verbrannt als durch die nachfolgende thermische Energieänderung, weil diese Änderung langsamer ist.
Dabei wird vieles außer Acht gelassen: 1) In dem, was umgangssprachlich Dampf genannt wird, ist bereits eine beträchtliche Menge Wasser zu (heißen) Tröpfchen kondensiert. 2) Die Wärmekapazitäten (pro Volumen) und Wärmeleitfähigkeiten von flüssigem und gasförmigem Wasser unterscheiden sich stark und am Ende des Tages fügt die latente Kondensationswärme nur etwas Wärmekapazität hinzu. 3) Gasförmiges Wasser kann viel besser in Poren eindringen und somit Wärme übertragen. 4) Der Fragesteller hat mit ziemlicher Sicherheit nicht erlebt, was er behauptet. (Siehe meine Antwort .)

Es fühlt sich heißer an, denn obwohl die Temperatur gleich ist, ist es wirklich "heißer" in dem Sinne, dass es mehr Wärme enthält, die in Ihre Haut strömt. Dampf verbrennt Sie dreimal, weil der Prozess der Umwandlung von Dampf zurück zu Wasser eine gewisse Menge an Wärme in Ihr Fleisch bringt, ohne die Temperatur zu ändern. In 100° Wasser kühlst du das Wasser mit deinem Fleisch, und umgekehrt verbrennt das Wasser dein Fleisch. Bei 104° Dampf kühlst du den Dampf mit deinem Fleisch auf 100°, kondensierst ihn DANN mit deinem Fleisch, von 100° Dampf auf 100° Wasser, und kühlst DANN das 100° Wasser mit deinem Fleisch.

Es ist das Gegenteil des Kochens, und Sie bemerken, dass Sie beim Kochen von Wasser ständig Wärme hinzufügen, aber das Wasser wird nicht über 100 ° C erhitzt. Die Wärme, die Sie hinzufügen, geht nicht in den Temperaturanstieg, sondern in das Kochen selbst.

Es braucht 500 % so viel Energie, um 100 °C heißes flüssiges Wasser in 100 °C heißen Dampf umzuwandeln, als um 0 °C heißes Wasser auf 100 °C zu bringen.

  • Um 1 g von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen, werden 418 Joule benötigt.
  • Um 1g Wasser von 100°C zu verdampfen braucht man 2260 Joule.

Überprüfen Sie dies, indem Sie einen Topf mit Wasser dosieren. Das Abdampfen eines Liters Wasser dauert 5-mal so lange wie das Abkochen!

Wenn Sie also Dampf auf Ihre Hand kondensieren, setzt jeder Tropfen mehr als das Fünffache an Energie frei, verglichen mit einem Wassertropfen auf Ihrer Hand.

Wir können fast sagen, dass das Kondensieren von 1 g Dampf auf Ihrer Hand wie das Verschütten von theoretisch 500 ° C heißem Wasser darauf ist, da fast die gesamte Dissoziationsenergie der Dampfmoleküle als Wärme freigesetzt wird, wenn die Wasseratome wieder verschmelzen.

Das Problem ist, dass Menschen nach Volumen mit Dingen in Kontakt kommen, nicht nach Gewicht. Sie haben Recht, dass 1 g Dampf mehr Energie trägt als 1 g Wasser, aber da Dampf 1/1000-mal so dicht ist wie Wasser, ist das nicht besonders relevant. Ein Wasservolumen trägt mehr Energie als ein Dampfvolumen, es sei denn, es steht unter hohem Druck.

Ich denke, Sie haben die Frage wahrscheinlich ein wenig verwirrt. Dampf bei 100 °C fühlt sich nicht heißer an als Wasser bei 100 °C, da es eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit hat . Dampf kann sich jedoch im Allgemeinen bei 100 °C viel heißer anfühlen als Wasser, da Dampf viel heißer als 100 °C sein kann . Tatsächlich kann Dampf sogar heiß genug sein, um Papier zu entzünden .

Wen sprichst du an? Ist dies ein Kommentar zu einem anderen Kommentar oder einer anderen Antwort? Oder denkst du, dass der Fragesteller seine eigene Frage verwechselt hat? Wie auch immer, ich glaube nicht, dass der Fragesteller es aus Gründen, die in meiner Antwort dargelegt sind, überhaupt geschafft hat, Dampf so heiß wie 100 ° C zu fühlen .
@Wrzlprmft Ich spreche den Fragesteller an, und dies ist eine Frame-Challenge-Antwort.
Tolles YT-Video Valleus! Ich dachte, es würde tatsächlich Feuer fangen. Kohlenstoff fängt Licht bei 400 ° C afaik
@DeltaEnfieldWaid Ich habe es geschafft, ein Video zu finden, das die Zündung tatsächlich demonstriert, und die Antwort aktualisiert.
@Wrzlprmft Ich denke auch, dass der Fragesteller das Sprichwort missverstanden hat, nach dem er fragt (beachten Sie, dass der Fragesteller nach einem Sprichwort fragt - nicht nur etwas, das er sich in seinem eigenen Kopf ausgedacht hat oder etwas, das er persönlich erlebt hat). Denn ich habe definitiv Leute (Familie, Internet) gehört, die davor gewarnt haben, dass Dampfverbrennungen schlimmer sind als Wasserverbrennungen, Dampf heißer als Wasser usw., aber das ist buchstäblich heißer – wenn Sie beispielsweise einen Schnellkochtopf in Ihrer Küche haben ( oder sogar ein Topf mit Deckel), dann wird der Dampf beim Öffnen > 100 * C sein.

Beachten Sie, dass sich Dampf nicht heißer anfühlt als Wasser (solange Sie Dampf bei 100 Grad berücksichtigen, was für Dampf unter Luftdruck der Fall ist, im Gegensatz zu Dampf in Druckkochtöpfen). Die dampfenden Dampftropfen haben die gleiche Temperatur wie das kochende Wasser, aus dem sie kommen. Möglicherweise wird eine sehr kleine Menge latenter Wärme freigesetzt. Aber nicht genug, um seine Temperatur deutlich ansteigen zu lassen. Aber selbst wenn es eine höhere Temperatur als Wasser hatte, sind die Dampftröpfchen in der Luft zu stark verdünnt, um Schaden anzurichten.
Wenn Sie Ihre Hand in eine kochende Tasse Wasser stecken, werden Sie wahrscheinlich schreien. Wenn Sie eine (s)teamgefüllte Sauna (mit einer Lufttemperatur von 100 Grad Celsius) betreten, werden Sie jedoch wahrscheinlich nicht schreien (wenn Sie die anderen Leute nicht ansehen). Das bedeutet, dass Dampf (wenn er nicht in Bewegung ist) ein schlechterer Wärmeleiter ist als Wasser. Es besteht aus kleinen Wassertröpfchen, aber da es nicht so viel in einer Volumeneinheit gibt, wird es Ihnen nicht viel Wärme entziehen. Nur wenn Sie den Dampf auf Ihre Haut blasen, werden Sie schreien. In diesem Fall werden alle Tröpfchen Ihre Haut wie eine Wasserschicht treffen, was dazu führt, dass sie die Hitze aus Ihnen herauszieht.

Kurz gesagt, Dampf hat eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit als Wasser, weshalb Dampf Ihnen weniger Wärme entzieht als Wasser. Warum ist Dampf ein schlechterer Wärmeleiter als Wasser? wegen der Luft, die den Dampf umgibt. Luft leitet Wärme sehr schlecht, so dass das Nettoergebnis sowohl der Tropfen als auch der Luft (Dampf) darin besteht, dass sie ein schlechterer Leiter als Wasser ist. Wenn Sie sich nur die Tropfen ansehen würden, könnte es Ihnen offensichtlich Wärme entziehen. Zum Glück sind die Tropfen nicht 1 cm groß. Das wäre heißer Regen und würde dir sicherlich schaden.

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; Diese Konversation wurde in den Chat verschoben . Außerdem wurden einige unangemessene Kommentare entfernt. Sie haben immer die Möglichkeit, eine Diskussion zu markieren und fortzufahren, anstatt zu bleiben und bissig zu werden.
Warum „fühlen“ wir Dampf bei 100 °C heißer als Wasser bei 100 °C?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 1v