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零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

2017-03-13 06:30:24来源:知乎精选

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【莉莉丝的回答(1505票)】:

就是个噱头。

杯子里的水是基本上没什么杂质的,也就是所谓的缺少凝结核,所以才能一直保持液态。这种水叫过冷水。这个时候只要给它一个较强的振动,或者用手指稍微沾一下,就能迅速结冰的。微博上很多“一秒结冰”的动图小魔术也是基于这个原理。

只要水是一样的,环境够干净,你用什么冰箱冻出来的水都是这样的,跟格力不格力半毛钱关系都没有(´๑•_•๑)

【韩迪的回答(934票)】:

这期节目明显就是偏硬的软广,不仅仅展示了格力的冰箱,还展示了洗衣机等电器,主持人也是竭尽溢美之词,高呼太神奇了。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

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零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

小时候看过动画片《海尔兄弟》的朋友,可能还有些模糊印象,在第33集中:

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

一行人在极地被湖水拦住去路,克鲁德提议游泳渡河,但被海尔哥否决。一行人在极地被湖水拦住去路,克鲁德提议游泳渡河,但被海尔哥否决。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

聪明的海尔哥发现,原来湖水是过冷水聪明的海尔哥发现,原来湖水是过冷水

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

于是一行人奋力往湖水中扔掷石块于是一行人奋力往湖水中扔掷石块

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于是湖面很快结了一层薄冰,一行人顺利滑行过去。于是湖面很快结了一层薄冰,一行人顺利滑行过去。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

脱险后,克鲁德以为海尔哥扔的是“魔石”,让水结冰,但海尔哥解释道:脱险后,克鲁德以为海尔哥扔的是“魔石”,让水结冰,但海尔哥解释道:

水到了零度以下还不结冰,就叫做过冷水,这时候你扔进几块石头,就会立刻结冰。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

再解释一下,因为纯水中没有杂质,缺少凝结核,因此在0℃以下仍会保持脆弱的平衡,保持液态。而加入凝结核或者进行扰动,便会打破这种脆弱平衡,使得水变冰。有些魔术师利用这一点,达到了可乐或矿泉水瞬间冷冻的效果。再解释一下,因为纯水中没有杂质,缺少凝结核,因此在0℃以下仍会保持脆弱的平衡,保持液态。而加入凝结核或者进行扰动,便会打破这种脆弱平衡,使得水变冰。有些魔术师利用这一点,达到了可乐或矿泉水瞬间冷冻的效果。

所以真的没什么神奇的,随便一台冰箱都能办到,大家也可以拿家里冰箱试一试。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

所以这个广告,还是让友商海尔来作比较合适

【HentaiYaroSama的回答(237票)】:

2011年冬天,我和朋友自驾游去了魁北克,汽车停在露天停车场。

第二天一早乘车出门的时候,朋友上车后拿起副驾上的纯净水只喝了一口,就看到水迅速结冰,再也不能喝了。

请问,我的车,是什么牌子的?

PS :那个家伙后来又开了一瓶,又是刚喝一口就冻上了,被我嘲笑了一年嘴脏。(过冷水遇杂质结冰)(再给大家提供一个玩法,抓住过冷水的塑料瓶,用力一捏,就可以表演寒冰绵掌了,那天我们把车上的十几瓶水都用来练这功夫了)

【胡子昂的回答(417票)】:

目前最高票提到了过冷水这个现象,但是却没有说是什么原理。既然问题是什么原理,那我就来回答一下什么原理。

从水->冰,本质上来说是一种相变。相变有很多种,包括连续的二级相变(也就是landau相变和那个非常著名的自发性对称破缺,以及水变成冰的一级相变。

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

从图上可以看出来,这两种相变最主要的区别就是一级相变的不对称性。在这种不对称性下面,自然而然的就会出现一个凸出的能垒,只有越过这个能垒才能完成相变。

就具体的来说,对于水结冰而言,这个能垒就是小块的结晶过程。

这样的“初始”能量对应地,往往就是一个“结晶核”。因 此,一级相变的一个理论就叫“成核”(Nucleation)理论。

如果没有“成核”所需的能量,系统可以处在一个亚稳态 (metastable state)。一个的典型例子就是过冷液体。比如 说,水在大气压下的冰点是0度。但是,如果是非常纯净的 水,没有任何杂质,通过缓慢降温,我们可以在零度以下, 仍然得到液态的水。这种水,严格讲不处在热力学的平衡态。 但是,只要没有外界的扰动,过冷水可以稳定存在。

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上图就是水结冰时候原子的自由能图。注意横坐标的单位是每原子的自由能,就结晶而言,刚开始结晶的过程中每个原子的自由能上升,这个过程被我们称之为是接近过程,而过了临届半径

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

之后,被称是成长阶段,这个时候结晶核越大自然自由能越低,因此体系会迅速的结冰。

可以想象这是一个小球,从原点出发,我们要给他一个初始的动力,才能让小球越过能垒然后迅速下落,下落就是结冰的过程。 如果小球没有这个动力,那么就不能结冰,这也就是为什么董阿姨冰箱里的水安静的时候不会结冰,而一旦收到扰动就会迅速的结冰,这个扰动比方说轻微的晃一下,就相当于给了这杯水一定的能量让它能够越过这个能垒结冰。

更专业的表述下,出现这种情况是由于结晶体的表面能和溶质的化学势共同的作用下完成的,如图上的红线和蓝线所示。结晶核体积越大,表面积越大,自然表面能越大,自由能与表面积

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

成正比。而体积的变大,却会让溶液的化学势减少,在溶液中就是自由能的减少,表现在自由能与

零下五度不结冰的冰箱是什么原理?

成负相关。因此溶液整体的自由能就可以表达为

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,存在一个局部极大值的能垒也就不奇怪了。

过冷水以及其背后所代表的玻璃态相变的研究,是二十一世纪初的时候统计物理的一个研究热点,不只是水,很多东西都会出现类似于水一样的过冷态。比方说冷却中的玻璃,而这种性质也被广泛运用于玻璃的吹制过程。这也是这个名字的由来

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不要小看眼前的水,这背后所隐藏的物理都有巨大的玄机。

参考文献:

吴建澜.热力学讲义

【蜂鸟的回答(59票)】:

泻药……

这就是热力学常识,在一定压力下,低于冰点不结冰的,叫过冷水,高于沸点不沸腾的,叫过热水。在水极为纯净下,没有结冰元凶之一晶核,也就是凝结核,就能继续保持不结冰的脆弱状态。

过热水高中化学应该是要提及的,试卷中实验题里的填空,比如做实验时丢进去几个破瓷片,是干嘛的?答就是害怕过热水突然间暴沸。过冷水危害也是常说的,云层中有过冷水,当飞机这个大凝结核经过时,瞬间结冰,严重危及航空安全。

水越纯净,能保持不结冰的温度越低。

【IMIYIN的回答(46票)】:

我为在场观众的智商受到侮辱表示非常愤怒!

一个过冷水就可以忽悠人,海尔兄弟完全可以做个零下二十度不结冰的冰箱,然后忽悠董阿姨。

【三燕居士的回答(27票)】:

看了一下各位的答案,基本上是一面倒,说得也都很有道理。非常纯的水不易发生非均质成核,故而可以得到很高的过冷度。

不过大家似乎都忽略了另外一个物理量,那就是冷却速率!其实这个物理量可以是用来给冰箱做广告的。

算是给格力洗地了,请董大姐让公关部私下联系支付我洗地费。

【周巍的回答(2票)】:

这和冰箱关系不大,液相变成固相要有形核,震荡,打开可乐的一瞬间压力变化,灰尘落在杯子里都行。如果纯净度比较高静置的话你家冰箱也可以,我数次图快直接冰冻水,打开瓶子一瞬间结冰了。

原文地址:知乎

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