问:前几天我在电视上看到一个物理现象:把一瓶水(或非碳酸饮料)放在-18度的冰箱里3个小时。拿出后还是水,但是猛地一摇晃,水就立刻结成了冰。请问这是怎么回事?
解:水在结冰时,除了水温降到冰点以下,还必须有存在凝結核或者一定外来能量。这是因为水在结冰时虽然放出热量,但在结冰时,必须需要有一定能量才能克服分子间的势能,才能完成相的转换。简单的比喻说,人要从台阶上跳下,首先你必须跳得比台阶稍高,才能跳下去。而存在凝結核(即一些微粒)吸附时,可以减少这一能量的需要。这个在大学物理中会学到的。如果水足够纯净,没有凝結核得存在,那么,水在很低的温度下,还是不会结冰的。这种情况称为过冷。这时候只要你稍微给点能量,让分子克服分子间的势能,水马上会结冰的。
这种过冷现象的一个应用就是云室。就是让一些纯净的气体,让它处于露点以下,这时候它过冷,但是由于没有凝結核,不会马上形成液态。如果有小微粒经过,一路上附近气体凝結,会在云室中留下它们的路径。
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