2009年11月10日 星期二

你所不知道的--水


下午2:14 |

當水遇到衝浪板時的基本物理特性。

一般人都以為水就是水,就是很簡單的國中化學的H2O,但是其實並不然…




一般說來水分子是對稱的結構,由兩個氫原子與一個氧原子經由鍵結結合(氫鍵),就如同圖中的這個水精靈一般,頭部是氧原子,兩隻腳是氫原子,這就是水的分子結構。這種結構使得『水』這種分子具有親水的氫端(腳部),也具有疏水端的氧端(頭部),因為這種特殊的特性(不對稱、電磁性),所以將很多的水分子放在一起的時候,往往會成為很錯綜複雜的結構。

當溫度升到了40℃的時候,水分子的結構大部分會成為H4O,一個類似金字塔四端具有四面三角形的立體構造,原本的一個氧原子鍵結兩個氫原子,另外兩個氫原子則跟隔壁的氧原子共用(一起鍵結),而隔壁的氧原子又有兩個氫原子與隔壁的氧原子共用…等,因此這一大串的水分子,就如同格子般的結構。

水表面上看起來就是不會動的水,可是其實它的水分子是不停的在移動(就如同一滴水滴在桌上,過陣子就蒸發不見),當這些水分子遇到熱時,則熱會加速這些水分子的動能,這時候水分子的氫鍵會伸張,當把水加熱超過40℃時,則這些氫鍵會斷裂,則原本格子狀的結構(穩定狀)會破成線狀的結構。

任何水分子的侵入,在溫度的催化下都會造成嚴重的損害,雖然一般認為溫度較高的水分子更小,不過這個只說明水在高溫下會跑到不該跑的地方(到處亂竄),例如我們在觀察房子防水漆、汽車烤漆的漆面,我們能夠依據那些經由水氣滲透而造成的小水泡來判斷,通常水泡越多的地方,就是越高溫的那一面。

(防水的手錶不代表能夠防水蒸氣,所以你可以戴手錶去游泳,可是盡量別戴手錶洗澡,高溫的蒸汽可是會侵入你的高檔手錶)

當水因為高溫而變成水蒸氣時,就代表著這個水要從液體變成氣體,當環境提供這個轉變所需要的能量的時候,液態水的氫鍵(格子狀)就會被打破,則水分子就會從液態中跑出來,在海中時一克的水要變成水蒸氣,需要540卡的能量。

當水要成為水蒸氣時,也會受到濕度梯度的影響,如果此時有風或是其他的因素把水面上的水蒸氣帶走,則水會較容易繼續蒸發,如果水面上的水蒸汽濃郁的時候,會阻止水蒸發變成水蒸氣,因此當我們要加速蒸發的時候,我們要盡快的宜除水面上方的水蒸氣,當水面上方的空氣越乾燥時(降低濕度梯度),則水會蒸發的越快。

水的內聚力使的水具有特殊的表面張力,讓水成為水珠的形狀,而特殊的毛細現象,更讓水可以沿著毛巾的纖維往上爬,直到重力的力量大過於水氫鍵的力量。

水還有一個最令衝浪者困擾的特性(會傷害衝浪板)

當溫度升高,水蒸氣具有高量的動能的時候,會導致水蒸氣的體積變大。

這就是為什麼衝浪者千方百計的要讓衝浪板的內部保持乾燥,也就是為什麼當補板師傅告訴你這邊必須要開孔來排除水分,因為如果沒有這些洞,你衝浪板內的水是無法排出的。

當衝浪板進水時,要盡快修理,狀況越拖會越慘,因為水會從熱的地方變成水蒸氣,在冷的地方凝集,這時水就開始在你的板子裡面亂跑。