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“击水成冰”,一起来做“冰魔法”!| 科到了

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-01-04 11:59
    

主要观点总结

文章介绍了水在低于冰点的情况下仍然保持液态的现象,称为过冷。文章详细解释了过冷水的结冰过程、触发因素、影响因素,以及在日常生活中的一些有趣表现和应用。

关键观点总结

关键观点1: 过冷现象

水在低于冰点的情况下仍然保持液态,称为过冷。这是一种非常有趣的物理现象。

关键观点2: 过冷水结冰的条件

过冷水结冰需要足够的成核点,也就是水分子可以围绕其形成固态晶格的“支点”。如果水中没有足够的成核点,即使温度降到冰点以下,水分子也找不到可以排列成冰晶的“基点”,于是液态水就能保持过冷状态。

关键观点3: 过冷水结冰的触发因素

触发过冷水结冰的常见因素包括物理扰动、杂质或容器表面特性、温度进一步降低等。

关键观点4: 过冷水结冰的过程

当过冷水被触发时,水分子会开始有序排列形成冰晶结构,随着冰晶的生成,会释放出能量,推动结冰过程的扩展。一旦晶核形成,整个液体中的冰晶会以极快的速度扩展开来,完成由液态到固态的转变。

关键观点5: 过冷现象的影响因素

纯度、容器表面的影响、冷却速率和外部扰动等都是影响过冷现象的因素。

关键观点6: 过冷现象在日常生活中的应用

过冷现象在生活中的表现形式包括“摇摇冰”、冻雨、飞机结冰等。同时,在工业和科学研究中,过冷现象也被用来探索材料的相变过程,优化冷冻技术等。


文章预览

作者:李华君 | 中国科学院大学 培养单位:中国科学院物理研究所 审核:李泉 | 中国科学院物理研究所副研究员 图源网络 你是否也有过这样的经历? 从冰箱里拿出一瓶冰水时,水看起来还是液态的“冰水”,但当你将它倒入容器或者轻轻摇晃一下时,水会瞬间变成冰! 图源网络 那么问题来了:为什么水会瞬间“变身”成冰呢? 图源网络 01 过冷 这其实是一种非常有趣的物理现象,叫作 过冷 。 过冷 ( Supercoolin g ,又译 超冷冻 )是指液体在温度低于其常规凝固点的情况下,仍然保持液态的特殊现象 [1] 。 我们上述提到的水就是过冷水,指的就是降到冰点以下,但仍然没有结冰的水。 水的结冰其实是一个 结晶过程 ,这个过程不仅需要足够低的温度来让水分子摆脱原有的稳定状态(也就是克服“自由能障碍”) [2] ,还需要一个 成核点 。所 ………………………………

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