沸腾（综述）

                     

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　　 （本文根据 CC-BY-SA 协议转载自原搜狗科学百科对英文维基百科的翻译）

　　 沸腾是一种液体被加热到沸点后快速蒸发的现象，而沸点则是液体蒸气压等于周围大气对液体施加的压力时的温度。沸腾主要有两种类型:成核沸腾和临界热流沸腾。成核沸腾时，小气泡离散地形成。临界热流沸腾时，液体表面被加热到某一临界温度以上，表面会形成一层蒸汽膜。过渡沸腾是一种介于两种沸腾状态下的不稳定的中间态。水的沸点是 100 摄氏度或 212 华氏度，但随着海拔升高时，大气压力的降低会造成沸点的降低。

　　 把水煮沸是一种杀死水中微生物的方法，然后水就可以被饮用。不同微生物对热量的敏感性各不相同，一般来说，把水煮到 70℃(158℉)并保持十分钟，许多微生物就会死亡，但有些微生物更耐热，所以需要在沸点温度下保持一分钟。

　　 沸腾也可以用于烹饪，可以用来煮蔬菜、淀粉类食物（如米饭、面条）、土豆、鸡蛋、肉、酱、原汁和汤，是一种简单且适合大规模烹饪的方法。坚韧的肉或家禽也可以被长时间缓慢的烹饪，并产生营养丰富的原汁，但这个过程会造成水溶性维生素和矿物质的流失。商业制备的食品有时用聚乙烯小袋包装起来，作为 “袋中可煮” 的产品出售。

1. 类型

1.1 成核

　　 成核沸腾的特征是受热表面上气泡离散地出现并且上升，此时表面温度仅略高于液体。通常，成核点的数量随着表面温度的升高而增加。

　　 沸腾容器的不规则表面(即增加了粗糙度的表面)及一些流体添加剂(表面活性剂或纳米颗粒）[1][2]可以产生额外的成核点，[3] 而异常光滑的表面(例如塑料)则会使液体过热。在这种条件下，加热的液体可能会显示沸腾延迟，温度可能会稍微高于沸点而不沸腾。

1.2 临界热流

　　 临界热流(CHF)描述了一种加热过程中出现的极限状态。在加热过程中发生相变时(例如在加热水的金属表面上形成气泡)，会导致热导率突然降低，从而导致加热表面局部过热。当沸腾表面继续被加热到临界温度以上时，连续的气泡会在加热表面形成一层蒸汽膜。由于这种蒸汽膜散热效率慢，导致温度上升得非常快并且很快进入过渡沸腾状态。临界热流点取决于沸腾流体的特性和加热的表面。[2]

1.3 过渡

　　 过渡沸腾可以定义为不稳定沸腾，它的温度介于成核沸腾的最高温度和薄膜沸腾的最低温度之间。

　　 受热液体中气泡的形成是一个复杂的物理过程，通常涉及气穴现象和声学效应。例如人们在热水壶中听到的嘶嘶声时，表示该水壶尚未加热到气泡沸腾到表面的程度。

1.4 膜

　　 如果加热液体的表面比液体要热得多，会形成水蒸汽膜，那么就会发生薄膜沸腾。在这种情况下，低热导率的水蒸汽膜会将热表面与液体绝缘。

2. 用途

2.1 用于饮用水

　　 将水加热到 100℃ (212℉)下达到沸点 100℃ (212℉) 是最古老和最有效的对水进行消毒的方式，且不影响味道。尽管水中存在污染物或颗粒，但它是一个有效的消除大多数导致肠道相关疾病的微生物的单步过程。[4]水的沸点在在海拔为 0 时是 100 摄氏度。[5] 在有适当水净化系统的地方，煮沸水仅作为紧急处理或在野外和农村地区获得饮用水的方法，因为它不能去除化学毒素或杂质。[6][7]

　　 通过煮沸去除微生物的过程遵循一级动力学——高温则完成快，低温则完成慢。微生物的热敏性各不相同，在 70℃(158℉)时，贾第鞭毛虫物种(导致贾第鞭毛虫病)可能需要十分钟才能完全失活，大多数影响肠道的微生物和大肠杆菌(导致胃肠炎)则需要不到一分钟的时间；在沸点，霍乱弧菌(霍乱)需要 10 秒钟，甲型肝炎病毒(引起黄疸症状)需要 1 分钟。沸腾并不能确保消灭所有微生物；细菌孢子梭菌能在 100℃(212℉)下存活，但不会通过水传播或影响肠道。因此，为了人类健康，并不需要对水进行完全消毒。[4]

　　 将水煮沸十分钟这一传统建议主要是为了增加安全性，因为微生物在高于 60 摄氏度(140 华氏度)的温度下就开始被清除。当水沸腾时，水被消毒，且沸腾现象不用温度计就能看到。虽然沸点随着海拔的升高而降低，但这不足以影响消毒过程。[4][8]

2.2 烹饪方面

　　 煮沸是在沸水或其他水基液体如原汁或牛奶中烹饪食物的方法。[9]慢炖是温和的沸腾，[10]在慢煮时，煮液流动，但几乎不起泡。

　　 通常认为水的沸点是 100℃或 212℉，但压力和液体组成会影响沸点。因此，高海拔烹饪通常需要较长时间，因为沸点是大气压的函数。在美国科罗拉多州丹佛市，海拔约 1 英里(1，600 米)，水在大约 95 摄氏度或 203 华氏度时沸腾。[11]根据食物的类型和海拔高度，沸腾的水可能不够热，无法煮熟食物，因此可以使用高压锅，将内部沸点提高到高于室外沸点的程度。

　　 添加一些水溶性物质，如盐或糖，也会提高沸点，这个过程的科学术语为 “沸点升高”。但在可口的盐浓度下，沸点升高效果非常小且很难注意到，所以 “沸点升高” 被认为是不确定的。[12] 然而，在制作稠糖浆时，人们会注意到明显的沸点升高。由于成分和压力的变化，水的沸点几乎从来不能精确到 100℃，但温度足够烹饪所需。

　　 煮牛奶 适合煮的食物包括蔬菜、淀粉类食物，如米饭、面条和土豆等、以及鸡蛋、肉、酱、原汁和汤。

　　 沸腾有几个优点：它安全简单，适合大规模烹饪；更老、更硬、更便宜的肉和家禽切片可以被煮熟且容易消化；可以生产出营养丰富、味道鲜美的原汁。此外，烹饪绿色蔬菜时，只要煮沸时间保持在最低限度，就能保持最好的色泽和营养价值。

　　 在壁炉上煮食物 另一方面，沸腾也有缺点，比如食物中的可溶性维生素会流失到被遗弃的汤中。

　　 煮沸可以有几种方式:食物可以放入已经沸腾的水中煮，也可以关小火来煨食物，或者先放入锅中，然后向锅中加入冷水，直到达到满意的烹饪效果。

　　 洒在锅外的水会增加锅内水沸腾的时间，但锅外多余的水蒸发后，锅将以正常的速度加热。

　　 煮沸也经常被用来去除某些食物中的盐，如咸肉，这样可以得到含盐量较低的产品。

2.3 袋装免煮

　　 也被称为 “袋内沸腾”，包括加热或烹饪密封在厚塑料袋中的现成食物。装有食物的袋子通常是冷冻的，可以在沸水中浸泡一段的时间即可使用。[13] 由于在制作过程中不会弄脏锅碗瓢盆，因此制作的菜肴更加方便。这种饭菜既可用于野营，也可用于家庭用餐。

3. 与蒸发的区别

　　 在任何给定的温度下，液体中的所有分子都具有不同的动能。液体表面上的一些高能粒子可能有足够的能量来逃脱液体分子的吸引力而变成气体，这就是蒸发。

　　 蒸发只发生在表面，而沸腾发生在整个液体中。当达到沸点时，液体中会形成气泡，气泡会上升到表面并冲入空气中，这个过程叫做沸腾。如果加热得更强，液体温度不会上升，但是液体沸腾得更快。

　　 蒸发与沸腾只限于液体到气体的转变；如果发生了直接从固体到气体的转变，无论它是否处于沸点，这个过程总是被称为升华。

4. 参考文献

　　 [1] ^Doretti, L.; Longo, G. A.; Mancin, S.; Righetti, G.; Weibel, J. A. (2017). "Nanoparticle Deposition During Cu-Water Nanofluid Pool Boiling". Journal of Physics: Conference Series (in 英语). 923 (1): 012004. doi:10.1088/1742-6596/923/1/012004. ISSN 1742-6596..

　　 [2] ^Taylor, R.A., Phelan, P.E., Pool boiling of nanofluids: Comprehensive review of existing data and limited new data, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 52, Issues 23–24, November 2009, Pages 5339–5347.

　　 [3] ^Robert A Taylor, Patrick E Phelan, Todd Otanicar, Ronald J Adrian, Ravi S Prasher, Vapor generation in a nanoparticle liquid suspension using a focused, continuous laser, Applied Physics Letters, Volume:95 , Issue: 16, 2009.

　　 [4] ^Howard Backer (2002). "Water Disinfection for International and Wilderness Travelers". Oxford journals. pp. 355–364. doi:10.1086/324747. Retrieved 20 July 2013..

　　 [5] ^"Melting Point, Freezing Point, Boiling Point". chemed.chem.purdue.edu. Retrieved 2019-01-11..

　　 [6] ^US EPA, OW (2015-11-18). "Emergency Disinfection of Drinking Water". US EPA (in 英语). Retrieved 2019-01-11..

　　 [7] ^Curtis, Rick (March 1998). "OA Guide to Water Purification, The Backpacker's Field Manual"..

　　 [8] ^"Is it true that you can't make a decent cup of tea up a mountain?". physics.org. Retrieved 2 November 2012..

　　 [9] ^Rickus, Alexis; Saunder, Bev; Mackey, Yvonne (2016-08-22). AQA GCSE Food Preparation and Nutrition (in 英语). Hodder Education. ISBN 9781471863653..

　　 [10] ^Publishing, D. K. (2005-08-29). The Cook's Book: Techniques and tips from the world's master chefs (in 英语). Penguin. ISBN 9780756665609..

　　 [11] ^IAPWS. "What is the effect of pressure on the boiling of water? Why does water boil at a lower temperature at high altitudes?". FAQs About Water and Steam. Archived from the original on 2009-08-06. Retrieved 2009-12-05..

　　 [12] ^Rennie, Richard (2016). boiling-point elevation. A Dictionary of Chemistry. Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780198722823..

　　 [13] ^"Boil-in-bag - Define Boil-in-bag at Dictionary.com". Dictionary.com..