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看上去很难,其实一点也不简单,为什么凝固过程温度不变呢? 水的凝固过程实验采集及图像
#抖音知识年终大赏
水凝固为什么温度不变内能发生变化
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发布时间:2025-11-30 13:46
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重磅发现:物理学家首次确认冰在弯曲时竟然能产生电,这或许是近年来关于水最令人震惊的发现之一,它不仅大幅扩展了水的应用范围,还解答了困扰人类数千年的闪电起源之谜。
水是地球上最常见的物质之一,它覆盖了71%的地球表面,占据了人体重量的60%。而这看似平平无奇的水实则并不简单,比如水凝固成冰后密度反而变小,这能使其浮在水面隔绝外部冷气,避免所有海洋生物全部冻僵。再比如它的高比热容特性,能吸收存储大量热量而不显著升温,堪称全球温度调节器。除此之外,它的表面张力能让昆虫在水面行走,它的极性分子结构使其成为万能溶剂,甚至连冰的形态都高达19种。
2025年8月,一项发表于《自然物理》的研究为水又新添了一个神奇特性:冰的挠曲电性。研究人员通过实验测量了冰的挠曲电性和表面铁电性,发现冰的挠曲电性和表面铁电性与基准电陶瓷材料相当,比如二氧化钛和钛酸锶。此外,通过测量表面边界条件,研究人员还揭示了在160K左右的温度下,冰的表面会形成一层特殊的铁电层,此时即便没有任何外力作用也能产生电极化。
这一发现不仅让冰拥有了类似二氧化钛等昂贵电陶瓷材料的应用前景,也让我们对闪电的起源有了新的理解。闪电是自然界最壮观的现象之一,它本质上就是一种大规模放电现象。传统理论认为,在云层上下对流和湍流的作用下,冰晶之间相互碰撞产生电荷,较轻的带正电的冰晶上升,较重的带负电的冰晶下沉,形成雷暴云典型的电荷分离结构,产生强大电场。
但问题是,冰本身并不具有压电性,理论上只通过碰撞过程中的挤压无法产生电荷。因此过去对于云层带电机制的解释其实并不清晰,我们只知道电荷源于碰撞,却不知具体为何。而此次研究在测量冰弯曲时产生的电势后发现,这和此前雷暴天气中观测到的电荷密度高度相符,这意味着冰的挠曲电性或许才是闪电的真正起源。
不过话说回来,虽然纯冰拥有发电能力,但其微弱的电量仍不足以实际应用。真正的突破来自于对盐冰的研究。事实上,自然界的冰大都并非完全纯净。2025年9月,该团队进一步研究表明,当冰中加入一定量的氯化钠时,其发电能力直接暴增。比如当含盐量为25%时,冰的挠曲电系数高达每米1-10微库伦,比纯冰高出整整1000倍,这一增幅远超所有研究人员预期。
而盐冰发电激增的关键在于其微观结构。在多晶盐冰中,盐离子因难以进入冰晶而被排挤到冰晶格之间的边界区域,形成纳米级的准液体层。当冰体弯曲时,这些纳米通道内带正电的
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