原創 Shiny & Tom 中科院物理所
正經玩每期會推送一個好玩的科學實驗，希望能給您帶來樂趣，知識與陪伴。向我們分享你的實驗視頻，還有機會領取小禮品哦！
大家好，我是冰塊
我有個好朋友叫可樂柯南
熟悉柯南的朋友們應該知道
我的作用不亞於正經玩裡的所標杯
比如《無人能破的冰之陷阱》中
俺就發揮了巨大作用
今天就給大家重現一下”案發現場“
也許下一個名偵探
就是你哦~
實驗器材
所標杯、剪刀、膠布、紙杯、
尼龍繩（或其他抗拉能力強的細繩）、重物
實驗過程
先用剪刀將兩個紙杯剪開
再用膠布粘接牢固
形成一個半圓柱形的容器
在容器內加入水
進入冰箱冷凍一段時間
待水凝固成冰後取出
將冰柱放在兩個板凳之間
然後在尼龍繩的兩端綁在重物上
整體掛在冰柱上
整體結構
下面就靜靜地等待吧~
一段時間後
尼龍繩已經嵌入冰柱內部
約2小時後
尼龍繩完整地穿過了冰柱
但神奇的是冰柱並沒有被割斷
尼龍繩穿過後的冰塊如圖
可以看到冰柱表面雖然有
尼龍繩“割過”的痕跡
但整體並沒有斷成兩半
原理解說
這次的實驗現象被稱為復冰現象。通常的解釋為，由於細線上懸掛著重物，所以，細線會對冰柱產生很大的壓強，從而使冰的熔點下降，進而使冰柱與細線接觸的部分發生融化。這時，細線會因為其下方的冰柱融化，逐漸向下移動，而其上方融化的部分，會因為壓強消失，熔點提高，重新結冰，即復冰。因此，細線會慢慢地穿過冰柱，但是冰柱不會被切斷。
裝置示意圖
說到這，有一個更為深入的問題，為什麼壓強增大，熔點降低？
水的三相圖[2]
在熱力學中，冰融化涉及兩相平衡的問題。冰水兩相共存時，他們的溫度、壓強以及化學勢是相等的。由這些條件，可以推出克拉珀龍(Clapeyron)方程：
克拉珀龍方程的
左邊描述了兩相平衡時，壓強變化與溫度變化之間的關係，也就是三相圖中曲線的斜率。方程的右邊，分子上的L表示冰轉變為水時需要吸收的熱量，常識告訴我們，冰融化時需要吸熱，所以L是正的。而分母中的T表示融化時的絕對溫度，也是正的。分母中剩下的部分表示冰融化時的體積變化，從冰塊浮在可樂中可以知道，水變成冰時體積是膨脹的，因此這裡的體積變化是負的。綜合三項的正負可以知道，方程的右邊是負的。這就意味著，冰水兩相平衡時，壓強增加，溫度會降低。也就是壓強越大，熔點越低。
可樂中的冰塊
小編還查閱了相關的資料，發現了一些更有意思的事情。小編查到，在一個標準大氣壓下，冰的熔點隨壓強的變化關係是：壓強每增加一個標準大氣壓，熔點降低約0.0075K[1]。實驗中，重物的質量為3.5kg，冰柱直徑6cm，細線直徑約為0.5mm。可以估算出，細線對冰柱的壓強約為：
這樣一來，熔點只降低了0.075K。從結果上看，小編產生了很多疑惑，熔點的變化這麼小真的就能使冰發生融化嗎？在東北零下20度的環境中這個實驗還能做成功嗎？滑冰用冰刀也是因為復冰現象嗎？這都有待進一步地研究探討~
滑冰[3]
分析完實驗原理，小編突然想到，如果以後有人提出要和小編分冰棍，小編就跟實驗中的操作一樣，拿根細線，下面掛個重物，細線切下多少，小編就分給她多少。嗯，這麼巧妙的方法，用起來還有些小驕傲呢~
[1]熱力學.統計物理 汪志誠
[2]三相圖
[3]滑冰
閱讀更多 十六之家 的文章
