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在炎热的夏天 , 来上一杯冰镇饮料或者一盘冰镇水果 , 绝对是非常惬意的 。 对于现代人来说 , 制造冰块是很简单的 , 有一个冰箱就可以了 , 无论大人还是孩子都可以轻松制冰 。
但是对于没有冰箱的古人来说 , 他们该如何制造冰块呢?
2000年前的大汉王朝 , 有一本名叫《淮南万毕术》的书籍 , 此书成书于公元前2世纪 , 作者为西汉淮南王刘安及其门客 , 他在书中记载了一种名为“夏造冰”的方法 。
原文是:“取沸汤置瓮中 , 密以新缣(jiān) , 沈中三日成冰 。 ”
什么意思呢?
就是把水烧开后倒入“翁”中 , 然后上面用干净的“缣”(一种丝织物)密封 , 接着将“翁”慢慢沉入深井中 , 等上三天就可以得到大量冰块了 。
是不是非常神奇?
水井我们都见过 , 只要把沸水密封起来 , 沉入水井中就可以得到冰块吗?我们就来聊聊这个让无数物理学家为之困惑的问题 。
压强猜想在一些物理学家看来 , 2000多年前的汉代人发明的“夏造冰方法” , 利用的其实就是压强原理 。 将装满开水的容器密封 , 然后沉入井底 , 可以让容器表面出现巨大温差 , 随着容器内水温的迅速降低 , 容器中的气压也随之降低 , 水就有可能结成冰 。
可能很多人都无法理解这种现象 , 我们说得详细一些 。
哪怕是在夏天 , 井水的温度也是非常凉的 , 尤其是一些深井 , 其夏天温度甚至能够达到3—4℃ 。 但想让水结冰 , 就必须让温度达到0度 , 否则水就无法变成冰 , 这是初中物理课本上的知识 , 大家都知道 。
只不过这里还有一个“特殊情况”——水的结冰温度 , 也就是凝固点 , 是可以出现变化的 。
举个例子 , 如果我们爬到了世界之巅喜马拉雅山 , 在这里烧水的话 , 只要将温度烧到73.5摄氏度 , 水就被烧开了 。
再比如说我们家里所使用的高压锅 , 密封的锅盖导致锅内蒸汽无法排出 , 所以高压锅内的气压就会一直增大 , 这也导致了水的沸点温度提高 。
正常情况下 , 高压锅内的气压能够达到1.3个大气压 , 温度也可以达到125℃ 。
水的沸点会根据气压的大小出现差别 , 而它的结冰点也是如此 。
气压越低 , 水的结冰温度就会随之提高 , 根据测试 , 压强每减少一个大气压 , 结冰温度就会提高0.008℃ 。
压强可以提高水的结冰温度 , 是否可以破解“夏造冰方法”呢?
答案是不可能!
以汉朝时的科技水平来说 , 就算把容器内的气压降到最低 , 水的结冰温度最多只能上升1℃ 。
也就是说 , 即便我们把容器放在温度只有3℃的深井之中 , 然后将瓶子内的气压降到最低 , 依然达不到结冰要求 。
既然不是压强原理 , 那么究竟是什么原因呢?
空调制冷猜想估计很多朋友都曾给自行车的轮胎放过气 , 当我们拔掉气门芯后 , 车胎内的气体会在极短的时间内喷涌而出 , 这个时候车胎气门处就会变得特别特别凉 。
之所以出现这种现象 , 是因为压力突变导致了温度突变 , 而这也是空调可以制冷的原理之一 。
那么汉代的“夏造冰方法”是不是利用了这种原理呢?
为了证明这种猜想 , 物理学家李志超教授指导研究生赵虹君进行了一个模拟造冰试验 。 为了达到最好的实验效果 , 他们找来了一个瓶身大瓶口小的玻璃球瓶代替了瓮 。
像这种容器在汉代时 , 是绝对不可能制造出来的 , 但是想让“压力突变”效果达到最大 , 就必须使用这种形状的容器 。
准备就绪后 , 将玻璃球瓶内注水 , 然后加热使水完全烧开 , 只留下没过玻璃管口的水量 , 然后用夹子夹紧软管 , 将玻璃球瓶迅速放入注满凉水的水桶中 。
玻璃瓶的瓶口是用橡皮塞密封的 , 塞子里有一个放着温度计的玻璃管 , 直达瓶底 。 而在塞子外面则是接着软管 , 在软管上还有一个可以调节松紧的夹子 。