您的位置首页  科技生活  新兴科技

关于冰的科学实验(我们来造冰的科学实验)

关于冰的科学实验(我们来造冰的科学实验)

 

综述‍

夏天不仅气候炎热,而且病菌繁殖生长快,因此如何渡过夏天,成了当下人和古代人思考的主要问题。

在当今社会,一到夏季,我们就会在家里面打开空调、风扇进行降温,有时候也会通过冰箱来制作冷饮,或者选择去海边进行游泳,累了便吃一块雪糕,这样的生活方式,使得我们能够轻松且凉爽的度过整个夏天。

但是在古代,由于科技的限制,他们无法创造出空调和冰箱。所以,生活在古代的人们为了解决夏天气候所带来的麻烦,他们开始研究

古代人如何制冰?‍

提及古代制冰,我们首先会想到冰窖和硝酸钙。冰窖作为最简单的储冰方法,就是先找到在阴凉和温度较低的地方,打造一个地下室,随后派人进行冰块的开采,最后将其放置在地下室,并用树叶和稻糠等具有隔温作用的物体,覆盖在上面。

但这样的方法,每年都会导致大量的冰块融化,所以开采的冰块数量极大,不仅耗时,还具有空间限制。

为了解决这样的情况,古人也在不断创新。

他们发现了硝酸钙在溶水时,会吸收很多热量,所以古代人便开始选用硝酸钙进行制冰。

他们首先制作一个大容器,随后在中间抠出一个小容器,并将两个容器都装上水,大容器中还要加上硝酸钙。而经过一段时间我们就可以发现,小容器的水会慢慢凝结成冰,而大容器中的硝酸钙会在凝固后重新出现。

但由于部分人群对于硝酸钙并不能准确识别,所以用硝酸钙进行制冰,存在一定的困难。最后古人通过反复试验和理论创新,他们发明了热水造冰

热水造冰‍

热水造冰,单纯从字面上来看,简直就是异想天开,不具备可行性。但是在2000年前西汉时期著成的《淮南万毕术》当中,就提到了热水造冰,书中这样写道:

从物理学的角度来看空气负离子指的就是携带有负电荷的粒子,在大自然环境中,宇宙射线,太阳发射的紫外线以及雷击,闪电的作用下都会让空气携带负电荷产生负离子。

取沸汤置瓮中,密以新缣,沈中三日成冰

意思是将沸水放到陶器中,并用丝织的物品将其密封,随后放置在深井中,三天之后就会结冰。

既然书中有所记载,想必在古代可能会有成功的案例。

当科学家们对这些问题进行探讨时,洪震寰进行了实验,而他首次得出的结果,是热水造冰的方法不可行。

但在后期众多科学家们的实验中,赵虹君和侯宇德两人得出的结果为成功,而且往后的实验证明,成功的几率要比失败的几率大。所以,《淮南万毕术》中记载的热水造冰,其实具有一定的可行性。

热水造冰的原理可以理解为,热水中的分子结构比冷水活跃,根据姆潘巴现象,温度较高的液体会比同一条件温度较低的液体的温度下降的快。

其次,若冷却的环境能够始终保持相同温度,那么温度高的液体会降到低于冷却环境的温度,最终温度低于液体结冰点时,会形成结冰的现象。

理论我们了解完之后,我们来大概复原当时热水造冰的过程。

首先将水进行加热,使其温度达到100℃,并用丝织毛物品堵住瓶口,放到深井中。既然热水的温度已经满足,剩下就要对深井有严格的要求。

据科学研究发现,在开放的环境下,温度越高,气压越低。而在密闭环境下,温度越高,气压越高。其次,气压每升高1m,温度只能降低0.006℃。

对于古代人来说,要想挖出一个温度相对较低的井来说,确实会耗费很多时间。而且在当时的技术水平来说,具有相当大的难度。

最后,我们都知道当水的温度达到0℃时,就会凝结成冰。所以古代选用热水的原因,正是通过自己的实验和相应的科学理论,从而证明了热水造冰有一定的可行度。当然,其间耗费的时间和成本也是昂贵的。

如果选用冷水的话,可能不止三天,有可能过上一周的时间都不会出现结冰的现象。

现代人如何制冰?‍

了解完古代造冰技术后,我们来看当今社会的造冰方法。最简单造出冰的方法,就是将水倒入冰箱的模具中,等待即可

这种制冰的方法,只存在于我们有冰箱的情况。相较于古代造冰方法而言,现代进行了创新和研发。

而对于热水造冰的现代实验还原,世界上的科学家通过选用更高的科学仪器,运用具有说服性的理论知识进行实验,并在古人实验的基础上进行改进和创新。

太阳能热水器不适合24小时需要热水的城市生活,或者只能作为热水源的补充,但是价格也不便宜,家里只装一台热水器的话,不建议选择太阳能热水器。

现代大多数的制冷机,都是通过工质气体液化来获得低温热源,进而通过工质液体化蒸发,吸收热力量提供制冷。经过科学家们的实验发现,古代人之所以选用丝织来堵住瓮口的原因,其实是因为丝织存在的缝隙较多,我们暂时可以将其看做一个个小孔。

正是这些小孔的存在,能够让瓮中的沸水所产生的高压气体,经过小孔达到低压的一边,从而使得沸水可以在井中迅速降温。

当科学家们发现这一点后,便将这一过程命名为节流过程,而实验的原理起名为焦耳-汤姆逊效应。随后,经过反复的实验,将其运用到现在的各项制冷科技当中。

除了对以往古人制冰的方法进行分析和创新之外,我们现在的制冰技术不仅方式多样,而且消耗的成本也很低。

这里我们来说一说工业上的制冰方法

首先选用的是盐水,随后将其放置在蒸发器,通过柱塞泵的自动调节,经过过滤器的作用下,喷射水源,随后蒸发室的温度降低,凝结出冰面,并在切割技术的帮助下,将冰面切成均匀的小块。这种方式是最节能的制冰技术。相对于古代的高投资造冰来说,是一个质的飞跃。

制冷原理‍

了解了制冰技术之后,如何将冰完好的储存起来,也是一件值得思考的事情。总不能像古代一样,在需要冰的时候,还要等上三天,甚至最后制造出来的冰,还无处安放,或者还要费力挖一个地窖出来。针对这样的问题,人类在探索和实验中找到了答案。

以前的制冷原理,是利用保险展示柜冷却水从主冷凝器顶部流出,混合蒸汽经冷却水淋晒后凝结,从而形成低温度空间,方便食物冷藏和冰块的储存。

随着科技的发展,现在的制冷技术也得到了改善。

首先是制冷剂吸收热量蒸发成气体,当内部机器温度低于制冷剂的临界温度时,制冷剂就会液化,在这一过程中,会散发出大量的热量到外界,从而使制冷剂的温度变低。

一旦冰箱内部的温度过高时,制冷剂就会吸收,反反复复,最终达到保持恒温的作用。所以,这也是我们在摸冰箱体外时会格外的烫手,而内部却保持低温情况的原因。

而制冷原理除了能运用在冰箱上以外,还可以运用到空调上。空调的制冷原理,是制冷系统内,制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入,并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。

通过轴流风扇吸入室外空气,将其输送到冷凝器中,并带走制冷剂放出的热量,从而使得高压制冷蒸汽凝结为高压液体。

我们由此可以看出,空调和冰箱的制冷原理,是通过将热量转化,从而达到内部恒温的效果。至于在古代,是由于科技的限制,只能将冰块放到冰窖进行保存。

古人物理实验‍

值得一提的是,古人除了造冰实验以外,还有许多有趣的物理实验。

比如古代人也曾尝试过飞行。在古书《汉书·王莽传》中记载,有人为了飞行,将鸟类的羽毛进行组装,捆绑在手上,通过外力的助推和自己身运动的情况下,将动能转化为势能,从而达到飞行的目的。

虽然实验最后以失败告终,但其蕴含的意义源远流长。因为在后期的研发当中,空气中存在气流和压强等因素,鸟类能够在空中进行飞翔的原因,是由于翅膀上下两层之间气流速度不同。

气流越快,压强越小,气流越慢,压强越大。所以,人类根据这一点,在往后的时间里,发明了飞机等科技。

再比如古代人为了缓解夏日的炎热,将扇子进行组装,拼成一个圆形,并在中间固定一个长棍,方便其它扇子连接。最后经过人力的作用下,产生出巨大的风能,让人倍感凉爽。这类扇子与孔明车有些类似,但孔明车是通过水的动能,从而方便农业的灌溉。

这两种实验和热水造冰技术,都体现了古人的智慧,他们在有限的技术和空间里,通过自己的双手,为以后的科技发展铺垫了基础。

结论‍

在古代,人们发明了造纸术、指南针、火药和活字印刷。它们的出现,推动着人类文明社会的快速发展。我们对这些发明创造进行创新,发掘内部的原理,从而制造出,能够为人所用的物品。

在生活中,古人面对炎热的夏天,他们没有选择忍受,而是通过实验和聪明的才智,发现了热水造冰的方法。

热水造冰从字面意思上来看,可行性确实不高,但是古人却用自己的行动告诉了我们,热水造冰的可行性。

我们有时候对古代的第一印象是诗歌宋词、古诗文和四书五经,对于科学上的研究和发明了解得相对较少。所以,如果单纯地说古人只会读文书,不会学理可就大错特错了。

最后,对于古代的发明创新,我们当代人应该秉承取其精华,取其糟粕的方式,合理地看待。

大家都知道在烈日下暴晒容易中暑,但是您知道吗?在空调房中久了也容易得“阴暑”。

免责声明:本站所有信息均搜集自互联网,并不代表本站观点,本站不对其真实合法性负责。如有信息侵犯了您的权益,请告知,本站将立刻处理。联系QQ:1640731186
TAGS标签更多>>