正经玩每期会推送一个好玩的科学实验,希望能给您带来乐趣,知识与陪伴。向我们分享你的实验视频,还有机会领取小礼品哦!大家好,我是冰块我有个好朋友叫可乐柯南熟悉柯南的朋友们应该知道我的作用不亚于正经玩里的所标杯比如《无人能破的冰之陷阱》中俺就发挥了巨大作用今天就给大家重现一下”案发现场“也许下一个名侦探就是你哦~实验器材所标杯、剪刀、胶布、纸杯、尼龙绳(或其他抗拉能力强的细绳)、重物实验过程先用剪刀将两个纸杯剪开再用胶布粘接牢固形成一个半圆柱形的容器在容器内加入水进入冰箱冷冻一段时间待水凝固成冰后取出将冰柱放在两个板凳之间然后在尼龙绳的两端绑在重物上整体挂在冰柱上整体结构下面就静静地等待吧~一段时间后尼龙绳已经嵌入冰柱内部约2小时后尼龙绳完整地穿过了冰柱但神奇的是冰柱并没有被割断尼龙绳穿过后的冰块如图可以看到冰柱表面虽然有尼龙绳“割过”的痕迹但整体并没有断成两半原理解说这次的实验现象被称为复冰现象。通常的解释为,由于细线上悬挂着重物,所以,细线会对冰柱产生很大的压强,从而使冰的熔点下降,进而使冰柱与细线接触的部分发生融化。这时,细线会因为其下方的冰柱融化,逐渐向下移动,而其上方融化的部分,会因为压强消失,熔点提高,重新结冰,即复冰。因此,细线会慢慢地穿过冰柱,但是冰柱不会被切断。装置示意图说到这,有一个更为深入的问题,为什么压强增大,熔点降低?水的三相图[2]在热力学中,冰融化涉及两相平衡的问题。冰水两相共存时,他们的温度、压强以及化学势是相等的。由这些条件,可以推出克拉珀龙(Clapeyron)方程:克拉珀龙方程的左边描述了两相平衡时,压强变化与温度变化之间的关系,也就是三相图中曲线的斜率。方程的右边,分子上的L表示冰转变为水时需要吸收的热量,常识告诉我们,冰融化时需要吸热,所以L是正的。而分母中的T表示融化时的绝对温度,也是正的。分母中剩下的部分表示冰融化时的体积变化,从冰块浮在可乐中可以知道,水变成冰时体积是膨胀的,因此这里的体积变化是负的。综合三项的正负可以知道,方程的右边是负的。这就意味着,冰水两相平衡时,压强增加,温度会降低。也就是压强越大,熔点越低。可乐中的冰块小编还查阅了相关的资料,发现了一些更有意思的事情。小编查到,在一个标准大气压下,冰的熔点随压强的变化关系是:压强每增加一个标准大气压,熔点降低约0.K[1]。实验中,重物的质量为3.5kg,冰柱直径6cm,细线直径约为0.5mm。可以估算出,细线对冰柱的压强约为:这样一来,熔点只降低了0.K。从结果上看,小编产生了很多疑惑,熔点的变化这么小真的就能使冰发生融化吗?在东北零下20度的环境中这个实验还能做成功吗?滑冰用冰刀也是因为复冰现象吗?这都有待进一步地研究探讨~滑冰[3]分析完实验原理,小编突然想到,如果以后有人提出要和小编分冰棍,小编就跟实验中的操作一样,拿根细线,下面挂个重物,细线切下多少,小编就分给她多少。嗯,这么巧妙的方法,用起来还有些小骄傲呢~参考资料[1]热力学.统计物理汪志诚[2]三相图[3]滑冰上期回顾NO.读书破万卷,外太空相见
正经玩由于上期实验投稿过多,这里只精选了20个向左滑动查看投稿投票时间于3月12日零点截止票数前两名将获得所标杯一个分享赢得纪念品对于本期实验的投稿我们将在下期进行投票我们将为票数最高的两位同学送去大师扑克一份投稿方式投稿时间截止到每周五晚十点。48小时没有和我们互动的用户,我们无法给您发送消息。为了防止联系不到获奖用户的现象发生,请投票最高获奖后及时联系我们。
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