〖初二物理〗干冰致冷的具体作用!

〖初二物理〗干冰致冷的具体作用!
〖初二物理〗干冰致冷的具体作用!

〖初二物理〗干冰致冷的具体作用!
1．什么是干冰
二氧化碳气体若被加压、降温到一定程度,就会形成白色的、像雪一样的固体．这种固体不经熔化就可直接变成气体．所以叫”干冰”．
干冰具有很好的致冷作用,如制造冰淇淋．“干冰”还是良好的保鲜剂．鱼、肉和其他易腐烂的食物装船运送几千里远,可用“干冰”保鲜这些食品．鸡蛋用“干冰”冷冻保鲜几乎是无限期的．把玫瑰花放在二氧化碳气体中,花蕾可保持三天不开花．
“干冰”可用于人工降雨．闷热的夏天迟迟不下雨,就可将装有“干冰”的炮弹射到乌云密布的天空．不一会儿,瓢泼大雨倾盆而下．这足由于“干冰”气化吸热,促使水蒸气凝结成水滴,造成了人工降雨．
2．升华和凝华
物态的变化并不总是按照固态、液态、气态或者气态、液态、固态的顺序进行,有的时候,有些物体的物态变化也可以在固态和气态之间直接进行．在热学上,物体由固态直接转化为气态,叫做升华；物体由气态直接转化为固态,叫做凝华．
升华或凝华现象,在我们的日常生活中常常可以看到．在严寒的冬天,洗后的衣服挂在室外,由于气温在O℃以下．湿衣服上的水很快就结为冰．尽管这些冰不会熔化,但时间长了,衣服还是会干的,这就是因为冰升华为水气跑掉了．放置在衣箱里的卫生球或樟脑块,会逐渐变小,最后完全消失,只剩下一些黑色粉末状杂质,这也是升华现象．春天和秋冬早晨出现的霜,这是在温度下降到O℃以下时,由水蒸气直接凝固而成的,是一种凝华现象．
大多数固体物质的升华现象很不明显．只有部分固体物质容易升华．在生产中,人们常常用升华的方法来提纯一些容易升华的物质．例如,在化工生产中,就是利用升华的方法来提纯樟脑、碘、硫等物质．早在两千多年前,我国古代的一些人就会利用升华和凝华的方法．来提纯一些化学药品．所谓的“炼丹”就是一个例子,具体方法是：
把天然的红色硫化汞放进炼丹鼎里煅烧,硫被氧化成二氧化硫,分离出金属汞；汞又和硫黄化合,生成黑色硫化汞．黑色硫化汞受热后升华,把它的蒸气收入一个容器中冷却凝华,就形成了结晶的红色硫化汞．
结晶的红色硫化汞可以说是人类最早通过化学方法制成的产品之一,也是我国古代“炼丹”活动中的一项重要成果．虽然炼丹家在炼丹活动中渗进了一些迷信色彩．如把红色硫化汞叫做还丹,反复加热和凝华后,又叫做九转还丹,还说人吃了它会长生不老,这是错误的．骗人的,应该摒弃．但是占代的“炼丹”活动,还是为人类积累了不少有用的知识,提供了一些化学药物．
3．玻璃窗上结的冰,为什么会有各种各样的花纹?
数九寒天,早晨起床一看玻璃窗．呀!上面净是白花花；有的像兰花,有的像马尾松,也有的像一朵朵的花．
是谁在一夜之间,在玻璃上描绘了这么美丽的图画呢?
除了大自然,还有谁呢?这是严寒用冰描绘出来的．
冰吗,我们谁都看到过,要不是结在水里一块一块的．就是像雪花那样六角形的,可谁看到还像兰花,马尾松……那样的冰呢?
是的,结在水里的冰是一块一块的,那是因为水分子比较密,大量的水在结冰的时候,冰晶都互相缠结起来了；雪花是六角形,主要是水蒸气分子比较疏,在凝结时,又没有受到外界不均衡的压力,冰晶以它自有的角度构成它的外形．其实,大块的冰,它的冰晶也是六角形的,因为彼此纠缠着．我们看不出罢了；就像小粒的盐,我们可以看出它是呈六面形的结晶体,而大块的盐,看不出它的本来面目一样．
玻璃窗上的冰花,原来也是六角形,当最初的冰晶形成之后,就逐渐向四周发展,这时候的情况就复杂起来丁；有的时候风力大,有的时候风力小；而且玻璃有的光滑,有的毛糙,有的玻璃上积有微垢,有的一尘不染．这样水蒸气蒙上去的时候．就不均匀了；有的地方水蒸气积得多些,有的地方少些．也有的地方十分少．当冰晶向四周延伸的时候,遇到水蒸气积聚多的地方,水就结得厚些．少的地方就薄些,十分少的地方就结不起来,或者是结了,遇到一点点热或压力,又融化了．因此形成了各种各样的花纹．这就跟我们画画一样,颜料用的多些,画上的颜色就浓些,少些就淡蝗,不着颜料的地方．就只剩画纸的原来颜色．
4．冬季话雪
我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的．那么雪是怎么形成的呢?
在水云中,云滴都是小水滴．它们主要是靠继续凝结和互相碰撞合并而增大成为雨滴的．
冰云是由微小的冰品组成的．这些小冰晶在互相碰撞时,冰晶表面会增热而有些融化,并且会相互沾合而重新冻结起来．这样重复多次,冰晶便增大了．另外在云内也有水汽,所以冰晶也能靠凝华继续增长．但是,冰云一般都很高,而且也不厚．在那里水汽多,凝华增长很慢,相互碰撞的机会也不多,所以不能增长到很大而形成降水．即使引起降水,也往往在下降途中被蒸发掉,很少能落到地面．
最有利于云滴增长的足混合云．混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的．当一团空气对于冰晶来说已经达到饱和的时候,对于水滴来说却还没有达到饱和．这时云中的水汽向冰晶表面上凝华.而过冷却水滴在蒸发．这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象．在这种情况下,冰晶增长的很快．另外,过冷却水是很不稳定的,一碰它,它就要冻结起来．所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结附在冰晶表面上,使它迅速增长．当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时,便落到地面上,这就是雪花．
在初春和秋末,靠近地面的空气在O℃以上,但是这层空气不厚,温度也不高,会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面,这叫做降“湿雪”或“雨雪并降”．这种现象在气象学里叫做“雨夹雪”．
同样,雪的大小也按降水量分类．雪可分为小雪、中雪和大雪三类,24小时降水量小雪2.5以下,中雪2.6～5.O,大雪5.0以上；几小时降水量小雪1.O以下．中雪1.1～3.O,大雪大于3.O．
那为什么雪花的基本形态是六角形的柱状或片状呢?
这和水汽凝华结晶时的晶体习性有关．水汽凝华结晶成雪花和天然水冻结的冰都属于六方晶系．我们在博物馆里很容易被那纯洁透明的水晶所吸引．水晶和冰晶一样,都是六方晶系,不过水晶是二氧化硅的结晶,冰晶是水的结晶罢了．
六方晶系具有4个结晶轴.其中3个辅轴在一个基面上,互相以60度的角度相交,第4轴(主晶轴)与3个辅轴形成的基面垂直．六方晶系最典型的代表就是几何学上的一个正六面柱体．当水汽凝华结晶的时候,如果主晶轴在其他3个辅晶轴发育的慢,并且很短,那么晶体就形成片状；倘若主晶轴发育很快,延伸很长,那么晶体就形成柱状．雪花之所以一般是六角形的,是因为沿主晶轴方向晶体生长的速度要比沿3个辅晶轴方向慢的多的缘故．
对于一片六角形的雪片来说,由于它表面曲率不等(有凸面、平面和凹面),各面上的饱和水汽压力也不同,因此产生了相互间的水汽密度梯度,使水汽产生定向转移．水汽产生转移的方向是凸面→平面→凹面．也就是从曲率大的表面、移向曲率小的表面．六角形雪片六个棱角上的曲率最大,边棱部分的平面次之,中央部分曲率最小．这样就使六角形雪花一直处在定向的水汽迁移过程中．由于棱角上的水汽向边棱及中央输送,棱角附近的水汽饱和程度下降．因而产生升华现象．中央部分由于得到源源不断的水汽而达到饱和,产生凝华作用．这种凝华结晶的过程不断进行,六角形雪片逐渐演变成为六棱柱状雪晶．
这是假定外部不输送水汽的理想状况．事实上,事物与周围环境保持着密切的联系,空气中总是或多或少存在着水汽的．如果周围空气输入水汽较少,少到不够雪片的棱角向中央输送 水汽的数量,那么雪片向柱状雪晶的发展过程继续进行．在温度很低和水汽很少的极地地区和高纬地区,便因为这种原因经常降落柱状雪晶．
空气里水汽饱和程度较高的时候,出现另外一种情况．这时周围空气不断地向雪片输送水汽．使雪片快速地发生凝华作用．凝华降低了雪片周围空气层中的水汽密度,反过来又促进外层水汽向内部输送．这样,雪片便很快地生长起来．当水汽快速向雪片输送的时候,六个顶角首当其冲,水汽密度梯度最大．来不及向雪片内部输送的水汽．便在顶角上凝华结晶；这时．顶角上会出现一些突出物和枝权．这些枝权增长到一定程度．不会分杈．次级分杈与母枝均保持60度的角度,这样就形成了一朵六角形星形的雪花．
在高山或极地的晴朗天气里,还可看到一种冰针,像宝石一样闪烁着瑰丽的光彩,人们把它叫做钻石尘．冰针的生长有两种情况：一种是在严寒下(-30℃以下)湿度很小时水汽自发结晶的结果,另一种是在温度较高(-5℃左右)湿度较大时沿着雪片某一条辅轴所在的顶角特别迅速生长的产物,是雪花的畸形发展．
形形色色的雪花晶体在天空形成的,当它们的直径达到50微米时,便能克服空气的浮力而开始做明显的下降运动,一边飘逸下降一边继续生长变化．这样一来,便产生了形式纷纭繁多的雪花．我们只要把它们接纳在黑呢子或黑天鹅绒上,就能用肉眼初步辨别出它们的形态来．
5．云雾产生诺贝尔奖
1894年秋天,英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假．山顶上经常云雾缠绕．变幻万千,游客们都被这迷人的景色所陶醉,威尔逊却突发奇想,要在实验室里制造云雾．
回到实验室·威尔逊研究归纳了产生云雾的条件：一个是空气中的水蒸气必须处于饱和状态,否则水蒸气不会凝结成小水珠；另一个条件是空气中要有一些“凝结核心”,通常．空气中的尘埃起凝结核心的作用,这些微小颗粒上面经常聚集了一些电荷,这些电荷会将过饱和水蒸气凝结成小水珠,无数直径很小的小水珠悬浮在空气中,构成了云雾的雾滴．
作为物理学家的威尔逊,除了弄清楚云雾的生成条件外,还想能否利用这个发现来研究物理现象呢?威尔逊在一个干净的瓶子里(即里面没有任何凝结核心)形成过饱和蒸气．这时如果有一个带电的微观粒子闯了进去,那么在其周围会凝结成一个雾滴、随着粒子的运动,在其运动轨迹上,就有一连串雾滴组成为一条径迹,这样,就把人们闭眼看不见的做观粒子的运动轨迹,变成了人眼能看见的由一连串雾滴组成的径迹．威尔逊发明的这个装置叫“云室”,他因这项发明而荣获1927年的诺贝尔物理学奖．