零下40℃不断搅拌一盆水会结冰吗？看完我整个人都是“冰冰”的！
艾伯史密斯2021-01-18 00:20
我们知道，常压下水放置在低于零摄氏度的环境中会结冰；如果我们一直搅拌一盆水，会影响水的结冰速度，此时水是否还能完全结冰将取决于搅动的力度和环境温度。
在标准大气压下，水的冰点为零摄氏度，如果一盆水放在低于零摄氏度的环境中，水的热能会逐渐散失，然后水的内部开始形成凝结核，凝结核周围的水分子聚集到凝结核上，使得凝结核逐渐长大并扩散，最终导致整盆水都是“冰冰”的。
从水的结冰原理上我们会发现，水中形成凝结核并扩散是水结冰的关键，如果把纯水缓慢降至0℃以下，虽然整盆水的温度都低于了0℃，但是由于水中不含杂质，导致凝结核难以形成，从而得到了不稳定的过冷水，一旦有轻微震动就会形成凝结核，导致过冷水瞬间凝结。
如果我们把水放在零下40℃的环境中并搅拌，水的热能会快速散失，凝结核在水中形成，但是搅拌会影响凝结核的扩散速度，从而影响水的结冰速度，此时有两个影响因素；
1、凝结核在水中不断生长和扩散，环境温度越低，凝结核的生长速度越快；
2、搅动会破坏凝结核的生长和扩散，搅动力度（或者速度）越大，对凝结核的破坏越严重；
情况一：如果凝结核的生长速度大于搅拌对凝结核的破坏速度，那么水中的冰会越来越多，搅拌阻力会越来越大，最终完全搅拌不动，整盆水成了“冰冰”。
情况二：搅拌对凝结核的破坏速度大于生长速度，那么凝结核无法继续长大，整盆水以冰水混合物的形式存在，如果搅拌力度足够大，我们甚至看不到宏观状态下的冰。
有人可能有疑问了，水在不断地向环境散失热能，那么温度低于零度后怎么办？
温度的本质是微观粒子（这里是水分子）的热运动，我们搅拌液态水是需要消耗能量的，因为水本身存在粘滞力，搅拌过程克服粘滞力做功，这部分能量最终都会转化为水的内能，所以上面两种情况还可以理解为：
情况一：水的热量散失功率大于搅拌做功的功率，水温持续降低，最终导致整盆水结冰。
情况二：水的热量散失功率小于或等于搅拌做功的功率，水温不变或者升高，此时水温不会低于冰点太多，整盆水不会完全结冰。
比如在寒冷的冬天，室外温度低于零摄氏度，没有流动的水塘很容易在表面结冰，而流动性很强的溪水虽然是“冰冰”的，但是不会完全冻结。
其实关于水结冰的微观机制，在科学上还是一个悬而未决的问题，物理学家奥斯特瓦尔德在1897年提出相变机制。
水和硅有着类似的配位机制，硅结晶时会由四面体配位的液态，逐渐转化为四面体配位的结晶态，但是水拥有至少18种晶体结构，结晶过程非常复杂，关于水结晶的微观细节还有待研究。
我的内容就到这里，喜欢我们文章的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！
举报/反馈
0
0
收藏
分享
