2000年前中国古人用热水成功造冰,是什么原理?曾困扰过物理学家

适宜人类生存的环境温度虽然说有一定的范围 , 但过高或者过低的温度 , 都会影响人的生活质量 。 如今人们已能够借助空调这样的电器 , 在炎热的夏天也能享受清凉的室内环境 。
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古人挖冰窖保存冰块
而在空调和冰箱这样的制冷机器出现之前 , 人们想要在夏天喝冰饮和吃到冷制品 , 是很困难的一件事 。 尤其是居住在靠近热带地区的古人 , 在夏天能够获取冰块 , 成了一种奢望 。
古人的智慧还是不容忽视的 , 很早之前人们就发现 , 地下较深的地方温度较低 。 低温环境能够保持冰块不化 , 于是就有人开凿冰窖保存冰块 。
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冬季将大量冰块存入冰窖 , 到了夏天还能剩下一些冰块 , 但这种保存冰块的方法 , 更多是达官贵人才有能力做到 。 一般人就难以享受夏天获得冰块的条件了 。 不过劳动人民在长期实践中总结了很多经验 , 古人还确实发现了夏天制冰的方法 。
热水制冰的方法是否可行
2000年前西汉著作《淮南子》中就记载了一种制冰方法 , 原文记载“取沸汤置瓮中,密以新缣,沈(井)中三日成冰 。 ”用一个瓮盛放沸水 , 将其用布料密封起来 , 然后沉进井中 , 过三天就能制出冰块 。
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热水造冰听起来匪夷所思 , 井水温度虽然很低 , 但也没到冰点 。 用热水来实现降温 , 确实速度相比用冷水更快 , 但要达到比周围环境温度还低的程度 , 显然是违背常理的 。
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对于《淮南子》中记载的这种制冰方法 , 很多人都持怀疑态度 。 但也有一些学者觉得其中可能包含了一定的物理原理 , 只不过平常情况下不容易显现出来 。 井底气压更低 , 在低气压的环境中 , 水的冰点会升高 , 这是否意味着就能实现热水制冰呢?现代制冷方法较多 , 而冰箱空调这样的电器 , 制冷一般都是基于“焦汤效应” 。
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即气体经过绝热膨胀 , 温度会降低 , 如果能够持续将这一效应进行下去 , 就能实现温度不断降低 , 能够将空气液化 。 但这个过程是需要额外动力供应的 , 显然井水中的瓮只有一次绝热膨胀过程 , 难以实现将瓮中的热水降低到冰点 。 有人就尝试过重现这种热水制冰的方法 , 结果发现一开始温度下降确实很显著 。
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但随着容器内的水和周围环境的温度差距越来越小 , 温度下降速度越发缓慢 , 最后达到热交换平衡后 , 容器中的水还是没有结冰 。 或许有人觉得古人打得井很深 , 井水温度能达到冰点附近 。
热水制冰也有一定的可行性
但在古代那种条件下 , 想要打出几百米的深井 , 难度十分巨大 , 所以井水的温度不会比空气中温度降低太多 。 这不得不让人怀疑古人是否真的制出了冰块 。
有人认为编纂这本著作的文人 , 并没有亲自验证过方法的可行性 , 只是听说了这种热水制冰的方法 , 将其写进了书中 。 具体怎么操作没有讲述清楚 , 虽然古人利用热水造冰成功可能性很小 , 但除了这种方法 , 古人还可以用硝石来制冰 。
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2000年前中国古人用热水成功造冰,是什么原理?曾困扰过物理学家】硝石溶解后会吸热 , 或许沸水制冰的瓮中就掺入了大量硝石 , 这样瓮中的热水降低到冰点也不是没有可能 。 至于古人究竟是如何操作的 , 已无从考证了 。
仅从留存下来的资料来看 , 难以还原古人的实际操作流程 。 但基本的物理原理是不可能违背的 , 古人制冰的方法不会违背已经发现的物理原理 。