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    山東化學化工學會

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    冰比水輕,你感到奇怪嗎?

    瀏覽次數: 342   發布時間:2017-07-04 15:27:10   發布人:editor

      冰比水輕,大家并不覺得奇怪,其實是一件非常奇怪的事。

      咱們把一團豬油放在鍋子里,等它熔化了,再加進一團去。這團凝固的豬油,一定沉到熔化的豬油下面,決不會浮在面上。

      在鍋子里熔錫也一個樣。錫塊總是沉在融錫下面。差不多所有的物質都一個樣,在固態的時候,密度都比在液態的時候大。

      冰的密度反而比水小,所以能浮在水面上。在自然界中,這種情形是很少見的。

      為什么冰的密度反而比水小呢?原因只有一個,就是水在結冰的時候,體積增大了,違背了“熱脹冷縮”的常規。

      水在結冰的時候體積會膨脹,這倒是大家都知道的常識。冬天到來之前,我們把放在露天的水缸齊口埋在地面下,蓋上稻草編成的缸蓋,就為的提防水結了冰會把水缸脹破。

      有人做過這樣的試驗:冬天,他在兩個炸彈的鋼殼里灌滿了水,用木塞塞緊了,放在露天過了一夜。第二天早上去看,一個炸彈殼的木塞給冰沖到了六七米以外,口子里長出一條冰柱;另一個炸彈殼裂了一道縫,冰從裂縫里擠了出來。

      到了冬天,放在露天的瓦缸都應該倒扣過來,免得積了水會凍裂。露天的自來水管得用稻草包扎起來,結了冰放不出水來還是小事,凍裂了損失可大了。不能耐寒的花樹果樹和幼小的苗木,也得用稻草包扎。樹木的細胞里含的水要是結了冰,會把細胞膜脹破,植物的組織就給破壞了。

      到了冬天,磚墻外層涂的水泥往往會整塊整塊往下掉;水泥鋪的場地路面往往會裂縫,甚至拱了起來;都是冰在作怪。水泥只要稍稍有點兒裂縫,雨水就會滲進去;要是一結冰,體積一膨脹,就把水泥給破壞了。

      巖石崩裂也是這個道理。巖石的裂縫里積了水,冬天一結冰,體積一膨脹,就把裂縫撐大一點兒;第二年,裂縫里積的水更多了,結了冰,裂縫就撐得更大了。這樣年復一年,大塊的巖石就從山上崩下山來了。

      如果水結冰的時候體積不膨脹,對于我們來說,不就減少了許多麻煩和損失嗎?初初想來,這話似乎很有道理,可是再一想,水結冰的時候體積如果收縮,冰的密度不就比水大了嗎?不就要沉到水底下去了嗎?水面上沒有冰,固然可以不妨礙航行,可是水一結冰就沉底,上層的水受了冷不是又要結冰嗎?水底的冰越積越多,最后所有的江河湖海,都非連底凍結不可了,而且永遠不會融化。太陽的熱是達不到海洋的底層的,海洋里的植物動物當然都無法生存。我們知道,陸地上的植物動物最初都是從海邊爬上岸來的。海洋連底凍結成冰,陸地上會不會有生物也成了問題。這樣一比較,你一定會作出正確的判斷來了。

      冰不但密度比水小,還不容易傳熱。水面上結了冰,能保護下層的水,使下層的水凍結得稍稍慢一點兒。即使較小的池塘河溝,到了冬天連底凍結還是很少見的。連北冰洋的厚厚的冰塊下面,海水還照常流動,魚還在自由自在地游泳。

      水在結冰的時候體積要膨脹,如果硬不讓它膨脹,溫度即使降到0℃以下,水仍舊結不成冰。換句話說,水受了壓力,凝固點就會降低。有人把水放在堅固的鋼筒里做過實驗,證明了這個設想。

      咱們沒有鋼筒,也可以證明水受到了壓力會降低凝固點。在冬天,我們找一大塊冰來,把它擱在兩張桌子之間。拿一條鐵絲彎成個環,攔腰套在冰塊上。鐵絲環下面掛個沉甸甸的秤錘。我們會看到鐵絲會慢慢地往下扣進冰塊。可是鐵絲k面的冰仍舊結得好好的,沒有被鐵絲扣過的痕跡。這是怎么回事呢?原來鐵絲環下面掛著個秤錘,它扣在冰塊上的壓力是很大的,受壓的一部分冰就化成水了。鐵絲再往下扣,它上面的水失去了壓力,立刻又結成了冰。

      溜冰就利用了這個原理。冰鞋底上有一雙冰刀,我們全身的重量,都在這雙薄薄的冰刀上。冰刀加在冰上的壓力是很大的,使冰化成了水。冰刀和冰之間有了這一薄層水,像加了潤滑劑似的,就可以順利地向前滑行了。玻璃比冰更滑溜,可是沒有人能穿了冰鞋在玻璃上溜的,就因為玻璃受了壓力不會融化。

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