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困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

導語

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

控制溫度是人類為了獲得舒适的生活環境,以及儲存食物、藥材等物品的必經之路,然而古代的人們并沒有現代這麼多辦法,隻能通過減少或增加熱量來控制溫度。

古代的人們主要是通過生火來取暖,通過灑水來降溫,甚至有人在古代就已經發現了放置水壺中的水會結冰這一現象,但是怎麼樣才能讓冰更快的形成呢?

這就是古代的實體學家在當時的水準下,對熱的實體規律探索的一種産物,那麼古人是怎麼通過熱水來制冰的呢?

這種方法有沒有道理呢?

古代的這種探索又給當代的實體學界帶來了怎樣的啟示呢?

一、古人如何控溫。

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

控制溫度這件事,其實和我們的生活息息相關,隻要是需要進行某些實體化學反應的地方,都會有這種需求存在,比如冶煉鐵器,用于制作各種冶煉原料的煉爐,制作化工原料的反應釜,甚至是用于制作陶器的窯爐等等。

而在生活中,就更不用說了,不管是炊事用火做飯,還是取暖防寒,或者是用于鞋子和衣物的熨燙,都會用到各式各樣的熱源。

古代中國的人們當然也不例外,對于如何控制溫度,古代的人們就進行了各種探索,将這種探索的結果用于各種場合和日常生活中,進而使古人的生活得到了極大的改善。

在古代,人們主要是通過生火來獲得熱源,因為熱源和光源是可以一起獲得的,是以古代的人們也會在生火的時候,同時用于照明,這樣的話就可以在晚上進行一些活動,比如學習、交流等等。

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

古人在控制溫度上,還有另外一個小竅門,那就是用于降溫,因為在古代,沒有空調等高科技産品,是以古人在夏天的時候就會将房間内外的地面灑上一層水,等到風吹過的時候,水分就會蒸發,蒸發過程中會吸收周圍的熱量,這樣就可以起到降溫的效果。

而控制溫度的方法,随着科技的進步,也發生了很大的變化,在現代,為了控制溫度,我們可以使用各種高科技産品,比如空調、冰箱等等,在某些場合,我們還可以使用液氮等極冷的物質。

這些高科技産品的出現,大大的提升了人們對于溫度的操控能力,使人類的生活品質得到了極大的提高,同時也節省了大量的時間,使人類可以用這些時間去進行更有意義的事情。

二、古人如何制冰。

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

在古代,生火是非常容易的,隻需要一些燃料,就可以獲得火焰,不過這些燃料主要都是木柴等幹燥的材料,是以古人隻能利用這種材料來獲得熱源,而且由于這種燃料燃燒出來的火焰溫度也并不是特别高,是以想要通過這種方法來制冰,就顯得十分困難。

不過古代的中國實體學家們還是進行了嘗試,想要通過熱水來制冰,雖然這種方法看似不合邏輯,但是其中蘊含着豐富的實體理論。

在古代的《淮南萬畢術》就記載了使用熱水來制冰的方法,這種制冰方法叫做“夏造冰”,在這本書中詳細的描述了這種制冰的過程和方法,想要制冰首先需要一些陶器,然後需要一些水,将水倒入陶器中,放火進行燒沸,等到水燒開之後,就可以進行密封了。

将絹布用于對陶器進行封口,封口之後就可以将陶器放入深井中進行沉浸,但是在放入深井之前,需要等待一段時間,大概是三天左右,等到絹布上沒有水分殘留,就可以進行放入深井的操作了。

三天之後,就會在陶器中發現冰塊的存在,而且這種冰塊是非常的厚實,可以達到七八寸的厚度,可以說是非常的神奇,利用的也是水的蒸發帶走熱量的原理,隻不過是用的範圍比較大,是以造出來的冰塊比較大而已。

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

在現代的實體學上,對于夏造冰的原理是非常清楚的,因為在深井中,由于水深,是以在這種環境下,水的蒸發速度會非常的慢,但是當水蒸發的時候,就會帶走水的部分熱量。

這個過程其實是液體變成氣體的過程,在液體變成氣體的過程中,會吸收熱量,這個過程叫做“吸熱”,那麼相反的,如果是氣體變成液體的過程,就會釋放熱量,這個過程叫做“放熱”。

是以水蒸發的時候,就會從水中吸收熱量,進而使溫度降低,這樣底部的沸水就可以更快的蒸發,最終會将水蒸氣帶到比較高的位置,使得水蒸氣變成冰,這就是夏造冰的原理。

困擾實體學家的難題:2000年前中國古人是怎麼用熱水制造冰的?

三、現代實體學對夏造冰的解釋。

但是對于這種方法,現代的實體學家并不認為古人能夠成功,因為在古代的時候,燃燒物料所産生的熱量,是遠遠不夠讓水蒸發的,古人盡管在進行了大量的實驗,但是并沒有什麼好的結果。

如果燃燒的物料産生的熱量足夠,那麼就會造成水的溫度迅速上升,當水的溫度迅速上升的時候,就會非常的容易蒸發,甚至在水快要沸騰的時候,就會開始有水蒸氣産生。

但是古人對于這種方法進行了嘗試,卻沒有什麼結果,是以現代的實體學家就認為,古人是沒有成功的。

而另一位實體學家洪震寰也對夏造冰進行了研究,他認為夏造冰不可能成功,因為在古代沒有什麼辦法能夠讓水在普通的溫度下進行蒸發。

在水蒸發的過程中,會吸收熱量,如果在古代,沒有外力進行介入,那麼水蒸發的過程,就會很快結束,當水蒸發完之後,就會進行凝結,最終形成水滴,也就是沒有水蒸氣産生。

而現在的實體學家趙虹君則對夏造冰進行了進一步的研究,他對于夏造冰和“焦湯效應”進行了聯系,認為夏造冰的産物并非是冰塊,而是一種能夠吸熱蒸發的溶液。

當時古代的人們在進行醋等酸性物質熬制的時候,就會将醋放入爐子中進行煮沸,這樣可以加快水的蒸發,提高爐子的效率。

而這個過程也就是“焦湯效應”,在爐子中,由于蒸汽的壓強比較大,是以可以很快的将水蒸發,但是在深井中,蒸汽的壓強比較小,是以蒸發的速度非常的慢。

結語

在當代的實體學家對夏造冰進行了實驗驗證,也就是将沸水放入陶瓶中密封,然後将其放入深井中進行浸泡,等到三天之後,發現陶瓶中确實有一些水滴産生,但是并沒有形成冰塊,是以他認為古人是沒有成功的。

古代的中國學者在嘗試夏造冰的時候,雖然未取得成功,但是對于熱力學規律的探索,為後續的科學發展打下了基礎,也展現了古代中國實體學的探索精神。

我們對于古代的學者,特别是古代的實體學家,應該給予尊重和肯定,因為他們雖然在當時沒有什麼成就,但是他們為科學發展積累了寶貴的經驗和知識,這是我們不能忽視的。

夏造冰雖然最終沒有成功,但是這種探索精神,卻激勵着人們不斷的挑戰正常,尋求更好的科學解決方案,這種精神也是我們應該學習的。

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