2013年5月15日

生活科學-物性-冰的形成與消熔

在各個辦公室內,幾乎都有一台小冰箱,讓需要低溫冷藏的食品可以延長保存時間,學生偶爾也會來借用,放一些當天烤肉要用的食材和飲料。如果是以前舊型式的單門小冰箱,裡面冷凍區和冷藏區是相鄰的,往往上面結霜的冰晶越來越大,厚厚的一層冰晶都把金屬製的拖盤包起來了。如果是雙門電冰箱,似乎這個問題就會比較小,除非溫度設定得太低。

把水結冰的時候,水的體積會膨脹,但是一般的水可不完全都是水,或多或少都會有一些意外的溶質在裡面,包括了不溶解的微粒、可溶解的電解質離子或是氣體等等。其中氣體的溶解度會隨著氣溫而升高,所以越是低溫,水裡面的大多數氣體應該是越脫離不了才是。
碗的邊緣有些許針狀的結晶,是由水面附近的氣態水分子凝固而成
當水氣凝固時會層層附著在上面,越長越寬大也越長越長

而結冰的過程是由與冷空氣或器壁接觸面開始發生,也就是從外圍向中央逐漸凝固。一旦表面固化了,未釋出的氣體就更難離開水體,也就是裡面來不及脫離的氣體會被冰凍在裡面,形成許多氣泡。小氣泡一多,冰塊就會變成白茫茫的。如果要製作透明的冰塊,首先要將水煮沸,讓原先溶解在裡頭的氣體有足夠的能量脫離,降低氣體溶解量之後再讓水凝固,就能製作出較為透明的冰塊。
這裡所使用的是沒有經過煮沸的自來水,所以有很多不速之客在裡面
由眾多氣體分子集結而成的氣泡來不及離開,就這樣被冰封在內

不過在水體溫度下降的過程中,或多或少還是會有周圍的氣體再次溶入,很難完全把氣體趕出去。製作的冰塊越大以及表面的冰蓋形成時,這些氣泡越容易集中在中央。專門製造透明冰塊的工廠所使用的方式就是把水箱放在凝固點遠低於攝氏零度的液體內,邊攪拌邊讓水慢慢地由四周向中央凝固,這樣的製程大概要一至兩天的時間,就可以形成周邊透明而中央雪白的大冰磚,再使用電鋸之類的機械,沿著方形大冰磚中央的白色氣泡區切割,被裁切下來的冰塊繼續做後續處理成需要的大小,最後再配送到客戶的冰櫃裡。
放在冷凍庫一段時間後,只來得及讓表層結冰,中央還是接近零度的水
把底面翻過來敲掉那層薄冰,就是一個透明的冰塊容器

一般冰箱的冷凍庫比較無法讓水慢慢的結凍,所以難以完全透明
之所以會形成白色霧茫茫的一片,是因為光線散射的緣故

冰是物質,而火是劇烈氧化反應發生的區域,在這區域內的物質分子與氧結合而轉化成另外一種性質截然不同的新分子,屬於不可逆的化學變化,然而冰的形成是由相同的水分子結合而成的固體,也就是由井然有序的液體分子排列變化成多方向性的冰晶固體,是種可逆的物理變化。冰與火都是自然界的現象之一,是否可以相提並論是需要先做辨同別異的。
我喜歡這一張無風狀態下的蠟燭圓潤火焰,明顯可以看出內焰與外焰的差異
冰塊應該不會喜歡火焰靠這麼近,冰與火只能二擇一

2 則留言:

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    1. 有心得再討論吧,接下來的社團要以科展為主了。

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