水的热力学性质一直是我的研究兴趣。

在稍早前的一篇文章里，谈到了基于实验验证的关于水的微观热力学数据，得出了一个结论：在常温水蒸气凝结过程中，平均每个水分子摊到0.4电子伏特的红外光子辐射能量。详情见：气液相变的分子动力学一瞥。

至于宏观的热力学数据，可以从很多来源查找，例如美国标准技术学院的官方网站：http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/。

常温常压下水的凝结潜热 = 2402.3 - 83.9 = 2318kj/kg。

其实，有了上述宏观尺度的数据，理论上可以用数学的方法演算出微观尺度的对应数据。

方法如下：

先求1kg的水有多少个水分子H2O。既可以用涉及摩尔概念的阿伏加德罗常数，也可以从原子量硬计算。

每个水分子的质量=分子量18个原子量单位。每个原子量单位对应1.66*10^(-27)kg，基本上相当于一个质子或中子的质量。

So，1kg水大约含有水分子数目= 1/（18*1.66*10^(-27)）= 3.35*10^25 个H2O。

Then,每个水分子摊到的凝结潜热= 2318*1000/3.35*10^25= 6.92*10^(-20)J（焦耳）。

已知1个电子伏特1eV = 1.6*10^(-19)J。

因而每个水分子可摊到的潜热=6.92*10^(-20)/1.6*10^(-19)= 0.43eV。

回过头看看实验测到的微观热力学数据0.4eV/每H2O，不得不惊呼两者惊人地接近！

我们再来计算，如果观测得到的单水分子释放的能量0.4eV，最终来源于一个光子的话，这个光子的波长该是多少呢？

早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为E = hν。其中h为普朗克常量，v为光振子频率=光速c/波长。

所以，要求的波长= hc/E。

已知h=6.6260693×10^（-34）J·s， c=3*10^8m/s.

代入公式得到波长 = 6.63*10^（-34）* 3*10^8/(0.4eV*1.6*10^(-19)J/eV)

=3.1*10^(-6)m, 即3.1微米，或者说波数3226cm^(-1)。该波长处于近红外谱线。

凝结光子发射谱分析的实验结果，基本应证了计算结果！可见凝结潜热的释放渠道，只能是红外光子。通常的热工设备中看不到这些光子，是因为多介质换热时光子刚出来立即就地吸收，就像电路短路时测不到电压那样。因而，宏观与微观的吻合绝不是巧合！

早在1968年，两位科学家W.R. Potter, J.G. Hoffman，就已经在实验室发现了物质相变过程伴随着红外光子的辐射。从其发表的论文数据来看，水蒸气凝结红外辐射的均方根光子波长也在3.1微米左右，多了一个旁证。详情及参考文献可参阅我的另一篇文章：凝结过程竟然伴随着红外光子的辐射！

此文也预示：未来的热物理的发展方向，必将是热力学与光学的紧密结合。只懂传统热力学的人士也许会发现无所适从，而感叹不补修光学则以前的热力学就白学了。

顺便说一句：善于从已知的宏观尺度，推演到微观尺度，或者反过来，从微观反演宏观，这是研究人员的基本技能。早先的一篇文章正是这样的例子：尺度变换诱发的想象力聚焦水分子蒸发的精细过程。