热水扑灭火灾比冷水更有效,这是什么道理?

试验 | 2019-12-27 20:48:15

发火三要素

发生火灾需要满足三个方面的条件,也就是人们通常所说的发火三要素,包括加热、燃料以及氧化剂。在氧化剂存在的情况下,对任何燃料加热是引起火灾的主要原因。一旦开始起火,它就会自动燃烧完所有可用的燃料。

移除火灾发生的上述任何元素都是相当困难的。首先,去除热量需要使用吸收热量的材料,这将减少可用于维持链式反应的热量。

其次,燃料是指任何能够着火的东西。然而,移除燃料并不能立即扑灭大火,而是限制了它的进一步扩散。

最后,一般情况下,火需要氧气来维持燃烧。没有稳定的氧气供应,火势开始慢慢减弱,最终熄灭。

水通过同时切断火灾的两个因素(即热量和氧气)来扑灭它。喷洒后,水首先对火起到冷却作用,这是由于热量被液态水吸收转化为蒸汽所致。此外,一旦液态水转化为蒸汽,它就在燃料和氧气之间建立起隔离屏障,以此切断氧化剂的供应。

这也类似灭火器的工作原理。当从灭火器中释放出加压的二氧化碳时,产生的云雾切断了火的氧气供应,最终导致其熄灭。

热水更高效?


得益于水的化学构成,特别是它的热容量和汽化吸热能力,水在灭火方面比大多数其他液体更有效。其中,热容量是一定量的物质在一定条件下温度升高1度所需吸收的热量,相比其他自然存在的物质,水具有很高的热容量

我们需要大约4.182千焦耳/公斤来使水温升高1摄氏度。因此,当水喷在火上时,会吸收大量的热量,以提高自身的温度。

然而,为提高温度而吸收的热量只提供了很少一部分冷却效果。液态水转化为蒸汽时吸收的热量远大于4.182 KJ/kg,这进一步增强了冷却效果。一旦达到水的沸点(100摄氏度),被吸收的热量不再被用来提高温度,而是用来打破水分子之间的键。

打破所有键,从而将液态水转化为水蒸气所需的热量称为汽化潜热,水的汽化潜热相当高,约为2260kJ/kg。

当使用冷水时,首先要花费时间将其加热到沸点。由于热水的温度已经接近沸点,所以达到100摄氏度所需的时间更短。因此,热水比冷水更快地发挥汽化潜热的作用,因此热水吸收热量的速度更快。此外,更快地转化为蒸汽也意味着更快地在燃烧的燃料和氧气之间建立屏障。

这种在转化为蒸汽时更高的吸热量和更快的屏障建立相结合,有助于热水比冷水更快地扑灭火灾。

你也可以理解成,热水比冷水更快地进入灭火状态。

从科学上讲,热水似乎能更有效地扑灭火灾,但热水比冷水灭火的效率差异可能非常小,甚至很难察觉,特别是在需要灭火的关键时刻,你不可能把水烧热了再救火。

然而,当我们用水扑灭电气和化学火灾时,必须要小心。因为水是电的良导体,可以帮助将这种火更快扩散。另一方面,化学火灾可能含有密度低于水蒸气的化学物质,它们会漂浮在障碍物上继续从环境中吸取氧气,因此也更不容易扑灭。

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