核心概念
物理学
液体
气体
压力
简介
你有没有好奇过，你冰冷的苏打水罐或水瓶外面那些小水珠是从哪里来的？那就是冷凝！寒冷的表面会导致空气中的水蒸气冷却下来，凝结并形成微小的液滴。这些微小水滴中的分子比它们处于气态时聚集得更紧密，并产生更小的压力——这个事实有一些非常酷的物理含义。
也许你见过经典的科学演示，用一根火柴将一个煮熟的鸡蛋“吸”入瓶子中。效果绝对很酷，但是理解它的工作原理很困难。空气分子的间距不同，并且根据其温度的高低，产生不同程度的压力。这是一个有趣的实验，其中物理现象更容易观察到，效果更明显，并且完全不需要烟火。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
背景
分子构成我们周围的一切，包括空气，它们处于不断运动的状态。水分子越热，它们移动得越快，从水（它们的液态）变成蒸汽（它们的气态）。当液态水变成气体时，不仅分子移动得更快，而且间距也更大。它们会散布开来，通过互相推挤和推挤它们接触到的所有其他东西来产生压力。当我们从蒸汽中移走热源时会发生什么？分子再次形成液态水。这称为冷凝。
我们大气中的空气也是一种气体，它会产生相当大的压力。本实验将说明当冷凝蒸汽的压力变化与相对恒定的空气压力对抗时会发生什么。
材料
• 一个宽颈的大号厚塑料瓶（一个空的 64 盎司果汁瓶或一个三加仑的饮水机壶很好）。使用较薄的塑料容器时要小心——热水会导致它们融化；并避免使用玻璃——沸水会导致玻璃破裂。
• 小而空的充水气球（多准备几个，以防破裂。）
• 水
• 炉灶
• 烤箱手套
• 用于烧水的锅或水壶（处理热水时请小心并寻求成年人的帮助。）
步骤
• 在炉子上烧一壶水或一锅水。
• 在等待水沸腾时，用龙头或软管将气球注满水。不要过度充气气球！它应该太大而无法仅通过重力滑过瓶颈，但又不要太大而无法被推入时会爆裂。
• 一旦水迅速沸腾，非常小心地将其倒入瓶中，大约装满四分之一。
• 将装满水的气球放在瓶颈中。
• 退后一步，观看气球被吸入瓶中。了解我们现在对水和蒸汽压力的了解，您认为为什么会发生这种情况？
• 额外：尝试绘制一个图表，其中包括实验每个阶段中空气和水分子的样子。请阅读下面的“观察和结果”以获取一些提示。
• 额外：吸力是一个具有误导性的概念。冷凝蒸汽本身没有吸引力，就像磁铁一样。它实际上并没有将气球拉入或吸入瓶中。当蒸汽分子停止从瓶子中向外推，并停止推压气球时，瓶子外面的其他东西变得足够强大，可以将气球推入瓶中——而这并不是重力。那会是什么？
• 额外：如果气球太大怎么办？为什么？观察和结果
当水被加热时，其分子开始快速移动，将其中的一部分转化为气态：蒸汽。处于气态时，水分子之间的间距更大，并且占据更多空间。瓶内外压力达到平衡状态，意味着它们是相同的。为什么？由于瓶颈没有阻塞，膨胀的蒸汽可以从瓶内移动到周围的空气中。
这是所有事情发生变化的时候：当瓶中的蒸汽开始冷却，并且我们将气球放在瓶颈中时。在没有热量的情况下，瓶内的水分子开始冷凝——也就是说，它们开始从蒸汽变回液态水。当物质从气态变回液态时，分子占据的空间要小得多，产生的压力也小得多。实际上，冷凝蒸汽会在瓶内形成局部真空——一个比周围大气压力低得多的区域。请记住，与冷凝蒸汽不同，瓶子外部的空气不会改变，仍然会产生自身的压力。我们称这两个区域之间产生的差异为压力梯度。压力不容易平衡，因为气球会阻止气体从一个区域流入另一个区域。那么会发生什么呢？外部的气体（空气）比内部的气体（冷凝蒸汽）推得更用力，因此气球被推入并拉入瓶中。
描述发生情况的另一种方法是使用“吸力”一词，因为水球被吸入瓶颈并进入瓶中。但是吸力可能是一个具有误导性的概念！当我们谈论“吸力”时，我们真正谈论的是在没有相等反作用力的情况下，液体或气体作用于物体上的力。您只需吸走空水瓶中的空气就可以将其压碎。外部气压是导致瓶子塌陷的原因，因为您已经移走了内部向后推的空气！
更多探索 冷凝气球技巧，来自 ScienceFix.com
压碎一个罐头，来自 Education.com
瓶中的气球：气压实验，来自 Education.com
气球气压魔术，来自 Education.com
此活动由Education.com合作推出