需要能量才能將水轉化為蒸汽。這稱為汽化潛熱，對於水，為2.26 MJ / kg。因此，要在100°C的溫度下煮沸1公斤（約一升）的水，水壺需要供應2.26兆焦耳的水。假設水壺的功率為1 kW，將花費2260秒。

鑑於對此問題的出乎意料的興趣，讓我擴大一下水的狀況。假設我們從室溫下的水開始，然後打開水壺。我們將元素的功效設為 $ W $ span>（每秒焦耳的單位），因此我們有 $ W $ span> J / s進入水中。此功率可用於兩個目的：

1. 加熱水

2. 以蒸發（煮沸）水

ol>

讓每秒的溫度升高速率為 $ \ Delta T $ span>，則用於該升高的功率為 $ C \，Delta T $ span>，其中 $ C $ span>是水的比熱。假設蒸發速率為 $ \ Delta M $ span> kg / s，則用於蒸發水的功率為 $ L \，\ Delta M $ span>，其中 $ L $ span>是汽化的潛熱。這兩個必須加起來等於所提供的功率，

$$ W = C \，\ Delta T + L \，\ Delta M $$ span>

當我們開始加熱並且水很涼時，蒸發速率非常低，因此我們可以忽略它並說 $ \ Delta M \ approx 0 $ span>。在那種情況下，我們發現水以以下速率加熱：

$$ \ Delta T = \ frac {W} {C} $$ span >

當水沸騰時，溫度升高的速率為零，因為水不能（比）溫度高出100℃，因此 $ \ Delta T = 0 $ 跨度>。在那種情況下，我們發現水的蒸發速率為：

$$ \ Delta M = \ frac {W} {L} $$ span>

因此，一開始水主要以每秒 $ W / C $ span>度的速度變熱，當水沸騰時以每秒 $ W / L $ span>千克的速率蒸汽。在這兩者之間，水會變得越來越熱並且以比這兩個極限更低的速率蒸發。

由於到目前為止給出的答案均未真正回答問題，因此，這是我的2美分的價值：

在對流（水壺周圍各種溫度的水流）之間，加熱元件在底部，水壺隨時隨地處於不同溫度的水。通常，如果水壺在加熱元件的頂部，則最熱的位於底部。確實，您可以看到一壺玻璃水實際上是在底部（或非常接近）的底部形成了氣泡。

此外，有一個因素並不那麼重要水壺，但可能與之相關：成核點。當發生相變（例如從液態到氣態）時，它通常始於具有某種干擾的位置，例如水中的斑點，局部明顯的溫度波動，（內部）表面的輕微缺陷。之類的東西。這就是為什麼即使降低溫度會增加CO2在水中的溶解度，但將冰塊滴入蘇打水也會釋放出大量氣體的原因：冰表面的大量成核點使溶解的CO2溶解並形成氣泡。

因此，在微波爐中加熱一杯水，微波中的水量足夠小，可以被均勻加熱，並且是從內部而不是外部加熱的，這是 整個杯子可能同時達到100°C。如果杯子的內部真的很光滑並且水真的很純淨，它甚至可能會過熱到高於 100°C。在這一點上，輕微的干擾（例如放入湯匙或一些糖，或者移動它並產生波浪）會產生成核點，並導致許多杯子同時沸騰。這既很酷又很危險：如果您去大城市的急診室，您會發現他們有時會因這種表情而使人臉部嚴重灼傷。

溫度是平均動能的量度。當您在100°C的溫度下燒開一壺水時，一些水分子的能量將超過平均水平，而另一些則更少。高於平均水平的分子將變成蒸汽，釋放出能量並降低剩餘水的平均溫度（從而降低溫度）。

這就是為什麼您在開始之前會看到蒸汽水壺達到100°C，為什麼要在水壺達到該溫度後繼續加熱，為什麼水壺中的水不會立即全部沸騰。

如果要立即查看容器中的所有水都變成蒸汽，則需要一個可以密封的透明容器。用水將容器注滿50％並密封。將容器放在明火上，使其升溫。在加熱時，請走遠一些，並通過雙筒望遠鏡從某個距離觀看容器（例如，應這樣做50-100 m）。假設該容器是堅固的，則在破裂之前水將加熱到遠高於100攝氏度的溫度，這意味著一旦破裂，暴露在大氣中的水就會基本上過熱。那時，很多水會立即閃蒸為蒸汽。產生的劇烈膨脹會高速向各個方向拋出容器碎片，這就是為什麼要遠離容器的原因。

換句話說，請勿在廚房中嘗試這種方式。

摘要

• 水的溫度對應於平均動能的概念。實際的分子表現出各種動能的分佈。
• 煮沸一定量的水需要一定的能量。
• 要使一定量的水大約立即煮沸，其所有能量分子必須具有大約相同的動能，這在熱力學上是不可能的。
• 因此，一定量的水在加熱時不會“積聚”能量，然後突然蒸發。相反，快速移動的分子會逐漸磨損。
• 因此，我們需要汽化潛熱的概念以及熱力學溫度 來了解為什麼水不能一次全部煮沸。

討論

當水達到沸騰溫度時，阻止其立即全部爆炸的原因是溫度的概念對應於液體的平均動能。

水在其沸點處是以各種速度運動的分子的混合物，因此動能（根據此處描述的分佈）。只有少數分子具有與100攝氏度相對應的“精確”能量。大多數都更少或更多。

水加熱到沸點然後停留在那裡的原因是，那些具有大量動能的分子脫離了將它們保持在一起並蒸發的吸引力。這種蒸發是保持溫度穩定的一種負反饋形式：離開的分子始終是具有高動能的分子，而這些分子卻留下了較慢的動能，並使平均動能（溫度）降低。如果增加傳入的熱量，則將增加沸騰速率，同時溫度保持穩定。

如果立即施加大量熱量和/或發生其他事件（例如突然降壓），大量的水將“爆炸”。 （當然，例如，核爆炸會突然使湖泊蒸發。）

這使我們想到了另一個原因，為什麼煮沸的水通常不會立即全部爆炸成蒸汽。汽化需要能量：“汽化潛熱”。瞬間蒸發大量水需要同時使用所有能量。而用於沸水的典型加熱機制會隨著時間的流逝緩慢地提供熱量。煮沸所需的時間可以計算為煮沸所需的總能量除以傳遞到水中的熱量強度。 （加熱器的瓦數，受傳熱效率的影響而改變。）

如果一定量的水需要10,000J的能量沸騰，而加熱器為1000W，其中有150W被輸送到水（讓我們假設這15％的效率在整個汽化期間都是穩定的，這肯定是不現實的），那麼沸騰大約需要66秒：$ 10000J / 150W \約66s $（功率/強度的瓦特是焦耳每秒的能量）。

但是，如果僅按照這種潛熱的解釋，我們沒有理由相信水在66秒內不會積聚熱量然後突然蒸發 >。我們需要考慮到水分子動能的變化分佈，這使得它們幾乎都不可能達到全部逃逸所需的能量幾乎是不可能的。

除了已經給出的答案外，還應該提到的是，在100°C時，水的蒸汽壓等於標準大氣壓。現在，只要室內的相對濕度不是100％，室溫下的一杯水就不會達到熱平衡。這導致水蒸發到房間中。但是水只能從地表蒸發。由於空氣分子不能輕易滲透到水中，這意味著水被保持在大氣壓下。在大部分水中，不可能形成水蒸氣，因為平衡蒸氣壓小於環境壓力。

如果將溫度升高到沸點，則達到該點由水蒸氣組成的氣泡會形成並長大。因此，以液態亞穩態的水（只能從表面緩慢蒸發）現在變得不穩定，無法快速變化。現在，可以抑製或增強氣泡的成核作用。如Jeffiekins的回答所述，通過在不帶轉盤的微波爐中加熱水，您可以加熱超過其沸點的水。當您將水從微波爐中取出時，微小的震動會使其爆炸性沸騰。

更安全的實驗是將大量水（例如4升）煮沸5分鐘，然後您等待幾分鐘，然後再次煮沸。第二次沸騰時，水中氣泡減少，您會看到更大的氣泡出現。然後關閉暖氣，等待幾秒鐘，直到水看起來完全靜止為止。然後，您在水中加一些通心粉或米飯。由於引入氣泡，這將導致水爆炸性沸騰。

水壺包含一個加熱元件-伸入水中或在水壺底部。加熱元件通過熱傳導加熱與該元件直接接觸的水。

由於水在水壺內自由移動，並且較熱的水比較冷的水密度低，因此被加熱的水

隨著該元素繼續上升，頂部的頂部將允許較冷的水與該元素接觸。

隨著該過程的繼續，平均而言，水接近沸點，但與該元素接觸的水開始轉向蒸汽。起初緩慢發生，但隨著水被加熱而變得更劇烈。

在水壺的恆溫器關閉水壺的那一刻，碰到加熱元件的水會立即變成蒸汽，但其餘部分水仍然沒有得到足夠的能量來轉化為蒸汽。

所以答案真的可以歸結為對，雙關語，水壺中的水不能均勻加熱，因此每個分子的水與其他分子具有不同的能量。

如果您可以均勻加熱水，那麼理論上水將立即變成蒸汽。但是水壺不能均勻加熱水，所以不能加熱。