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关于水结冰体积膨胀问题

王朝知道·作者佚名  2009-11-21
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分類: 教育/科學 >> 科學技術
 
參考答案:

这是分子力与分子运动的问题。水是能“屈服”容器而成冰的。

水冻结过程实际上是由于热传递而使水的分子运动减弱的过程。水分子的运动减弱最后结成冰。由于冰的分子空间比水的体积大,所以冰的体积比水的大。通常情况下,在0~-4度的区间内,冰的体积随温度的下降而膨胀. 这是讨论的前提。

水分子在冻结的过程中,只要热传递过程不断,水分子的运动就会不断的减弱。因此,即使装水的容器空间有限,以致使水不能得到通常成为冰的体积,也不能阻止水分子运动的减弱。即水在降温的过程中如果仅仅只有体积的限制,仍然能成为冰。

成为冰的过程中,如果体积受到限制,就会有冰的分子力与容器承受力的矛盾。冰的应该体积与实际体积的差额决定冰分子被压缩的多少,也决定分子力的多少。冰的分子力遵守分子力变化规律(参见高中物理书本),是十分惊人的,但并不是什么都能克服的。只要有足够坚固的容器,容器是不会被撑破的。

可见,冰形成的过程是分子运动减弱的过程,容器坚硬与否不能阻止;冰体积的压缩是相对的,容器可以阻止。

需要指出的是,在这种情况下,水形成冰需要的能量用于两方面:(1)水通常情况下形成冰的能量(2)冰被压缩所需要的能量。后者需要的能量是相当惊人的,以致会让人误认为“那如果把水放在很坚固而有限的容器里然后降温是不能形成冰的”。其实是可以形成冰的,但在形成冰的过程同时也是对水(或冰)压缩的过程,只是后一个过程需要的能量相当大而矣。

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