冰块外面裹棉被?会融化得更快or更慢?

2016-11-01 18:30:00 作者:采采(网友上传) 分类 : 科普

  一、棉被裹冰块,黄磊做对了吗?

  在9月6日的《极限挑战》节目中,有一项运送冰块的任务。明星黄磊为了避免冰块在途中融化,从棉袄上撕下一大块放进了装冰块的包里。这让站在旁边的罗志祥无法淡定了。“不会更快融化吗?”他忍不住问。

  然后,童年时家里没有冰箱的黄渤和王迅,和罗志祥“分享”了自己在棉被里存放冰淇淋的经验,并试图从科学的角度让罗志祥明白棉被不会把冰块“闷”融化。然而罗志祥却更加迷惑……

  其实,节目里黄渤和王迅已经解释得很好了,只是不够详细。这里,我们就来完成他们没有完成的任务——向“罗志祥们”解释明白。

  首先,我们要清楚,物体温度的变化源于物体之间的热传递。根据热力学第二定律,热量会自发地从高温物体传向低温物体,直到二者温度相等。其次,棉被、羽绒服和暖壶之类的保暖品,它们本身不发热,能保暖是因为它们能减少内部物体与外界的热传递,使内部物体自身的温度不会很快改变。

  也就是说,如果是热水等高温物品,放入这些保暖品中,会长时间保持较高温度;如果是冰块、冰淇淋等低温物品,放入这些保暖品中,会比放在常温下融化得慢。用黄渤的话说就是既能保温又能保冷。

  最后,热传递有三种方式——传导、对流和辐射。

  棉被、羽绒服和保温杯等通过导热性差的材料(如棉花、羽毛、玻璃)或真空来隔绝物体与外界空气,减少了二者之间的热传导和热对流,从而达到保温效果;暖壶则在此基础上,通过在内胆镀银,能够将容器内物体向外的热辐射反射回去,也可以防止外部的热辐射进入瓶内,减少热辐射形式的热传递。

  二、液氮、超导与玫瑰花

  聊完保温,咱们再来聊聊制冷。保温的目的是维持物体原本的温度,制冷则更多的是要将物体的温度降低到环境温度以下并保持在规定低温状态,简单地说,就是要将物体冷却或冷冻。

  前者是要隔绝物体与外界的热传递,后者是利用物体之间的热传递,将被冷却物体的热量传递给制冷剂实现降温。制冷效果的一个关键在于制冷剂,常用的制冷剂有水、氨、氢气、氦气、氟利昂等。

  液氮由于其易制备、无毒、化学性质不活泼、沸点低(-196℃)等特点,成为一种常用的深度制冷剂。液氮可以用来迅速冷冻食品和制作冰品,为高温超导体显示超导性提供所需的温度,冷冻生物组织、精子、胚胎等,以及冷冻保存植物种子、花粉、器官等。

  除了我们日常接触比较多的食品、运输、仓储等行业,保冷、制冷与冻土区的铁路工程也有密切关系。

  我们知道,建设铁路需要铺设铁轨,铁轨的稳定性对铁路运营安全至关重要。在多年冻土区,冻土对温度变化敏感。在寒冷的冬季,冻土冻结,体积会发生膨胀,其上铺设的路基和铁轨会被“冻胀”的冻土顶得凸起;在炎热的夏季,冻土部分融化,体积缩小,路基和铁轨随之下沉。冻土的冻胀和融化下沉反复交替出现,就会影响路基稳定性,导致铁轨出现波浪状得高低起伏,对铁路安全造成威胁。

  青藏铁路是世界上海拔最高、穿越多年冻土地段最长(约550千米)的铁路,为了解决高原冻土问题,采取了多种创新性的技术措施对冻土路基进行主动冷却。这些措施包括铺设片石层通风路基和U形块碎石路基、修建碎石(片石)护坡或护道、设置热棒以及保温材料等。

  青藏铁路沙盘,位于中国科技馆三层科技与生活D展厅。在沙盘上,能看到部分铁轨两侧竖立着高高的细棒,代表的就是实际中冻土区的热棒。

  乘客在乘坐青藏铁路时,可能会看到路基两旁插有一排排直径约15厘米、高约2米的细棒,这就是给路基制冷的热棒。它是一种高效导热装置,具有独特的单项传热性能:热量只能从地面下端向上端传输,反向不传热,像是一种不需动力的天然制冷机。

  热棒是如何实现单向传热的呢?热棒的结构是一根密闭的钢管,里面装有液氨(沸点-33.4℃),露出地面的上部(放热段)装有散热片,下部(吸热段)直接埋入多年冻土中。

  在青藏铁路所处的多年冻土区,环境温度长时间低于热棒下部所在冻土层的温度,热棒下部的液氨吸收冻土的热量,汽化上升;到热棒上部,接触到较冷的管壁后放热,重新冷凝成液体,在重力作用下沿管壁流回热棒下部,然后吸热再蒸发。如此循环往复,就起到了对冻土的冷却作用。

  在夏季,热棒中的液氨全部变成气体,气体对流少,热量向下部传递很慢。故热棒具有单向传热的特点。

芥末视频

相关推荐

最近更新
科普

科普图集

邮件订阅

软件信息化周刊
比特软件信息化周刊提供以数据库、操作系统和管理软件为重点的全面软件信息化产业热点、应用方案推荐、实用技巧分享等。以最新的软件资讯,最新的软件技巧,最新的软件与服务业内动态来为IT用户找到软捷径。
商务办公周刊
比特商务周刊是一个及行业资讯、深度分析、企业导购等为一体的综合性周刊。其中,与中国计量科学研究院合力打造的比特实验室可以为商业用户提供最权威的采购指南。是企业用户不可缺少的智选周刊!
网络周刊
比特网络周刊向企业网管员以及网络技术和产品使用者提供关于网络产业动态、技术热点、组网、建网、网络管理、网络运维等最新技术和实用技巧,帮助网管答疑解惑,成为网管好帮手。
服务器周刊
比特服务器周刊作为比特网的重点频道之一,主要关注x86服务器,RISC架构服务器以及高性能计算机行业的产品及发展动态。通过最独到的编辑观点和业界动态分析,让您第一时间了解服务器行业的趋势。
存储周刊
比特存储周刊长期以来,为读者提供企业存储领域高质量的原创内容,及时、全面的资讯、技术、方案以及案例文章,力求成为业界领先的存储媒体。比特存储周刊始终致力于用户的企业信息化建设、存储业务、数据保护与容灾构建以及数据管理部署等方面服务。
安全周刊
比特安全周刊通过专业的信息安全内容建设,为企业级用户打造最具商业价值的信息沟通平台,并为安全厂商提供多层面、多维度的媒体宣传手段。与其他同类网站信息安全内容相比,比特安全周刊运作模式更加独立,对信息安全界的动态新闻更新更快。
新闻中心热点推荐
新闻中心以独特视角精选一周内最具影响力的行业重大事件或圈内精彩故事,为企业级用户打造重点突出,可读性强,商业价值高的信息共享平台;同时为互联网、IT业界及通信厂商提供一条精准快捷,渗透力强,覆盖面广的媒体传播途径。
云计算周刊
比特云计算周刊关注云计算产业热点技术应用与趋势发展,全方位报道云计算领域最新动态。为用户与企业架设起沟通交流平台。包括IaaS、PaaS、SaaS各种不同的服务类型以及相关的安全与管理内容介绍。
CIO俱乐部周刊
比特CIO俱乐部周刊以大量高端CIO沙龙或专题研讨会以及对明星CIO的深入采访为依托,汇聚中国500强CIO的集体智慧。旨为中国杰出的CIO提供一个良好的互融互通 、促进交流的平台,并持续提供丰富的资讯和服务,探讨信息化建设,推动中国信息化发展引领CIO未来职业发展。
IT专家网
IT专家新闻邮件长期以来,以定向、分众、整合的商业模式,为企业IT专业人士以及IT系统采购决策者提供高质量的原创内容,包括IT新闻、评论、专家答疑、技巧和白皮书。此外,IT专家网还为读者提供包括咨询、社区、论坛、线下会议、读者沙龙等多种服务。
X周刊
X周刊是一份IT人的技术娱乐周刊,给用户实时传递I最新T资讯、IT段子、技术技巧、畅销书籍,同时用户还能参与我们推荐的互动游戏,给广大的IT技术人士忙碌工作之余带来轻松休闲一刻。