潑水成冰要用熱水,是什麼原理?其實並非真正結冰!

2020-12-22 艾伯史密斯

這幾天,「潑水成冰」玩法火熱了整個網絡,各地有條件的小夥伴,都玩出了新花樣,南方小夥伴只有羨慕的份呢!

就讓我們一起來了解,潑水成冰的物理原理吧!

1、有實驗人員,做過這樣的實驗,在零下36℃的黑龍江,把一杯10℃的水潑向天空,水在半空沒有結冰,也沒有經驗的視覺效果。

2、然後實驗者把37℃的水,潑向空中,此時出現一些水汽,但是沒那種驚豔的「潑水成冰」效果。

3、最後實驗者,使用90℃的熱水潑向空中,奇蹟出現了,熱水劃成弧線,形成完美的「潑水成冰」效果。

實驗人員檢查落到地面,發現「潑水成冰」效果落到地面的,其實是水,並不是冰,但是由於地面溫度低,這些落到地面的水很快結成了冰。

所以:大家看到的大多數「潑水成冰」效果,實際上並不是熱水瞬間結冰,圖片中白茫茫的一片,是水霧的效果,和我們冬天哈氣產生的白霧是一樣的。

可是為什麼要用熱水,用冷水就沒這樣的效果呢?

網上有很多解釋,都片面地談到「熱水更容易結冰」的說法,甚至還搬出「姆佩巴效應」,其實是誤解,「姆佩巴效應」說的是——「在同等容器、同等質量、同等冷卻環境下,溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰的現象」。注意是「略高」,和這裡的「潑水成冰」一點關係沒有!

真正的原理是:

解釋一:熱水蒸發快且更容易形成細小的液滴,蒸發出去的熱水遇冷,也更容易變成水霧,所以熱水的「潑水成冰」效果更明顯。

解釋二:真正想要「潑水成冰」,更準確叫做「過水成冰」的話,按照中國氣象科學研究院的雲霧物理專家張紀淮,在一篇文章中的解釋比較有說服力:

說在環境溫度達-40℃以下,是過冷水滴瞬間成冰的臨界溫度,高於-30℃時,就很難實現瞬間成冰了。其中說的水滴直徑要在幾微米到200微米間,差不多等同於我們平時見的毛毛雨大小。

然後水滴瞬間結冰的基礎條件是氣溫在-40℃以下。

在這一條件下實現水滴成冰,水要發生兩個物理變化,首先水滴在低溫條件下凍結後體積變大,同時釋放潛熱;然後水滴釋放潛熱是由外向內的,水滴外層先結冰,逐漸向內凍結。所以氣溫越低,水滴結冰速度越快;水滴越小,凍結越快。

當氣溫低於-40℃時,還不足以實現「過水成冰」,潑出去的無數個水滴外層能迅速結冰,但內部仍是水,水滴完全凍結需要一定時間,還有一種特殊情況,就是冷空氣翻過雪山攜帶大量冰核,有可能會出現潑水成冰。

要達到真正的「潑水成冰」太難,但是那種假的「潑水成冰」效果,已經非常驚豔啦!

有條件的讀者朋友,可以去室外試一試!不過要提醒大家注意安全,要是潑水方式不對,很容易燙傷自己的,小朋友們一定要在家長監視下,才能玩這個遊戲呢!

潑水成冰效果條件:環境溫度至少零下30℃,越低效果越好;水溫高於90℃(注意安全)。

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