Vì sao nhiệt độ nước không thay đổi dù tiếp tục được đun sôi?

Khi áp suất trong không khí ở mức tiêu chuẩn 1 atm, điểm sôi của nước sẽ là 100^oC và bạn sẽ không thể làm cho nước có nhiệt độ cao hơn dù có đun thế nào đi nữa. 

Nếu bạn quan sát nhiệt kế khi đun sôi nước, bạn sẽ thấy rằng nhiệt độ nước tăng lên tới khi bắt đầu sôi. Khi nước bắt đầu sôi, nhiệt độ đạt tới và sẽ giữ nguyên tại điểm đó, kể cả khi ta tiếp tục đun tiếp đi nữa.

Vậy tại sao không có sự thay đổi nhiệt độ nào diễn ra dù ta tiếp tục đun nước?

Nhiệt là một loại năng lượng làm tăng nhiệt độ của vật và kéo theo sự thay đổi trong trạng thái vật chất. Nhiệt độ của nước được giữ nguyên khi nước bắt đầu sôi bởi nhiệt tỏa ra từ nước sôi được sử dụng để biến nước thành hơi nước. 

Muốn đun sôi nước mà chỉ đun nóng tới 100^oC thôi thì chưa đủ, mà còn phải truyền cho nó một phần rất lớn nhiệt lượng dự trữ nữa, để chuyển sang trạng thái kết tập khác, tức là chuyển thành hơi nước.

Khi chúng ta đun nước trong nồi hoặc trong ấm, khi sôi nhiệt độ của nước sẽ đạt 100^oC, đến lúc này một phần nước sôi sẽ biến thành hơi nước, hơi nước sẽ đùn lên phá vỡ mặt nước và bốc hơi vào không khí, hình thành lên hiện tượng sôi của nước. Nước sôi đánh dấu mốc chuyển đổi trạng thái từ nước (thể lỏng) sang hơi nước (thể khí).

Khi mới đun, nhiệt độ của nước sẽ không ngừng tăng lên. Tuy vậy khi nhiệt độ đạt tới 100^oC, thời điểm mà nước bắt đầu sôi, nhiệt độ được giữ nguyên bởi nhiệt được sử dụng để thay đổi trạng thái của nước chứ không phải để tăng nhiệt độ.

Như thế có nghĩa là, nguồn nhiệt mà ta dùng để đun nóng nước trong lọ có nhiệt độ là 100^o và nó cũng chỉ có thể làm cho nước trong lọ đạt tới 100^oC mà thôi.

Khi ở 100^oC, nước là hỗn hợp của cả trạng thái lỏng và trạng thái khí, đây là thời điểm cân bằng giữa trạng thái lỏng và trạng thái khí. Chỉ cần đun nước ở trạng thái lỏng thì khi tăng thêm lửa hoặc tiếp tục duy trì nhiệt, sẽ làm cho nước từ trạng thái lỏng dần chuyển sang trạng thái khí. Nước cho dù ở trạng thái hỗn hợp khí hay lỏng, nhiệt độ khi sôi cũng không thể tăng cao hơn. 

Có thể hiểu đơn giản như sau:

• Từ lúc bắt đầu đun cho đến khi nước sôi thì nhiệt độ tăng dần lên.
• Khi nước đạt đến nhiệt độ 100^oC thì nước sẽ chuyển thể (bốc hơi).
• Như vậy nhiệt năng mà ngọn lửa cung cấp cho nước sẽ chuyển hết thành động năng của các phân tử nước.
• Nên khi nước đã sôi mà càng tăng nhiệt độ với mục đích làm cho nước nóng hơn,thì ta chỉ nhận được kết quả nước càng cạn nhanh mà thôi!

Đây là lý do tại sao chúng ta có đun nước sôi lâu như thế nào đi nữa thì nhiệt độ nước cũng không hề tăng lên.