用鋼瓶在1萬米深海裝滿水后密封起來，撈上來后瓶內還有高壓嗎？

大家好，我是魅力科學君，今天我們來討論一個很有意思的問題：1萬米的深海里，用一個鋼瓶裝滿水后密封起來，撈上來后瓶內還有高壓嗎？

首先來講，深海里的水壓是非常強的，因為海水的深度每增加10米，水壓就會增加大約一個大氣壓，這樣算下來，1萬米深海里的水壓，就有大約1000個大氣壓，大概相當于100MPa（10^8 Pa）。

這是什么概念呢？這樣說吧，將1噸的重量全部壓在你的指甲蓋那么小的面積上，其產生的壓強大概就是100MPa。

所以我們不難想象，如果把一個封閉的空鋼瓶置入如此高壓的環境中，那它很可能就會被直接壓扁，也就無法裝滿水了，如何解決這個問題呢？

一個可行的方法就是，讓這個鋼瓶在潛入深海的全過程中，始終保持其瓶口是向上方敞開的，能夠讓海水自由地流入瓶內。

正如我們所知，水壓會通過海水向各個方向均勻地傳遞，因此在此過程中，鋼瓶內外兩側的水壓就一直是相等的，如此一來，鋼瓶本身就不會單向受壓，自然就能“毫發無傷”地抵達1萬米的深海了。

好的，現在這個鋼瓶已經來到了1萬米的深海里，并且其中已經裝滿了水，那么請問，當我們把其密封起來之后，瓶內還有高壓嗎？

對于這個問題，可能有人會說，在被密封之后，由于鋼瓶內外已經被隔離起來，因此瓶外的水壓就不可能通過海水傳遞到瓶內，在這種情況下，瓶內就應該沒有高壓了。

然而實際情況卻并非如此。因為這種說法其實隱含了一個前提，即“水是不可壓縮的”，但它并不準確。

所謂“水不可壓縮”，其實是一個為了方便我們理解日常世界而做出的簡化，但事實上，水是可以被壓縮的，根據科學家的測算，在常壓環境中，水的壓縮系數約為4.6×10^-10 Pa^-1，也就是說，每增加1Pa的壓強，水的體積會縮小大約0.000000046%。

可以看到，這個數值非常非常小，在日常生活中，這完全可以忽略不計，然而對于1萬米的深海里的壓力環境來講，這就不可忽略了，簡單計算一下可知，100MPa的壓強，可以讓水的體積縮小大約4.6%。

由于水分子是極性分子，其正負電荷中心并不重合，因此水分子之間就會同時存在吸引力與排斥力，這兩種力本質上都是電磁力，具體的相互作用取決于水分子之間的距離。

簡單來講就是，水分子會強烈傾向于一個能使它們之間的吸引力與排斥力平衡的距離，在一定的范圍內，如果它們之間的距離大于這個平衡距離，它們之間就會表現為吸引力，如果距離小于平衡距離，它們之間就會表現為排斥力，并且距離越小，排斥力越大（如下圖所示）。

正如前面所述，在1萬米的深海里，水的體積會縮小大約4.6%（相對于常壓），這會就讓水分子間的距離縮短了很多（相對于常壓），在這種情況下，水分子之間就會存在很強的排斥力。

對于這個裝滿水的鋼瓶來講，在它未被密封之前，其內部的這種分子斥力是由外部的水壓來平衡的，但當鋼瓶被密封后，內部的水就被“鎖定”在壓縮狀態中。

此時，原本由外部水壓平衡的分子斥力就失去了“對手”，在這種情況下，分子斥力就會直接施加在鋼瓶內壁上，進而形成由內而外的、大小與外部的水壓相等的壓力（大約100MPa）。

也就是說，當我們用鋼瓶在1萬米深海裝滿水后密封起來之后，瓶內其實是存在著高壓的，而由于其壓力并不是來自外部水壓，而是來自瓶內的分子斥力，因此把它撈上來后瓶內當然還有高壓。

那么，這個鋼瓶被撈上來之后，瓶內的壓力有多大呢？我們接著看。

在1萬米的深海里，這個鋼瓶內部存在著由內而外的壓力，但其外部同樣有相等大小的水壓對其進行“壓制”，兩者之間的平衡，就使得鋼瓶就不會發生形變，但被撈上來之后，外部的強大水壓消失了，而鋼瓶內部的壓力依然存在。

如此一來，就相當于形成了單向受壓（相比之下，水面上的大氣壓可以忽略不計），由于世界上不存在絕對剛體，我們的鋼瓶當然也不是，因此在這種情況下，鋼瓶就會發生形變，通俗點講就是：它會被撐大一點。

這個“撐大一點”，就讓鋼瓶的容積發生了少量的擴張，于是瓶子里的水分子就獲得了一點寶貴的額外空間，它們之間的距離得以稍微拉遠一點，而根據我們前面所說的原理，它們之間的距離一旦增加，瓶內的壓力就會隨之減小。

于是，一個新的平衡就此達成：鋼瓶內部的壓力，在把鋼瓶撐大了一點之后，降低到了一個新數值，具體是多少呢？

實際上，這個數值，主要取決于鋼瓶本身的材質以及瓶壁的厚度。總的來講，鋼瓶的材質越“硬”，瓶壁越厚，其形變的程度就越低，內部的壓力也就越高。對于高強度合金鋼瓶來講，雖然其最終的壓力值會明顯低于100Mpa，但依然是一個非常可觀的高壓值，一般都可以達到數百個大氣壓。

當然了，這需要有一個前提，那就是這個鋼瓶的結構足夠緊固，不然的話，在被撈上來的過程中，它就會因為承受不了其內部的高壓而破裂……