作者youbet (1217(五)化学之夜)
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标题Re: [请问]为什麽二冰块会融在一起
时间Wed Mar 5 02:46:46 2008
※ 引述《Man (The last man)》之铭言:
: ※ 引述《chekhov99 (海鸥)》之铭言:
: : 因为交接处的水分子无法区分是来自哪一个冰块..
: : 如果把2块很纯很平的铜块叠在一起,也会黏在一起...
: 应该是冰跟水的界面有比较高的G ,所以当放两块冰在水中时,
: 系统会朝尽量缩小冰跟水的界面方向移动,就像是滴两滴油在水
: 中时,油滴到最後也会融成一滴。
我推这个答案
事实上常压下水的 固/液 表面能比 固/气 表面能高
当冰块浮在水中,接近液面的地方会有一点点液面被 "劈开" 的小缝
也就是定冰块横面为座标零点,水面的高度离横面的距离是一个
蛮不 "阶梯" 的曲线,在无限远处回到原来液面高
当两块冰块足够靠近地浮在水上
因为这个曲线对表面张力线积分要越小越好
两个冰块最终会吸在一起
接下来就跟原 po 说的一样黏住了~
(以下借题发挥)
之前有人提到加压会让冰熔点下降
用此来解释溜冰的低摩擦力
这个说法早在 1861 年 Lord Kelvin 的兄弟 James Thomson 就提出来了
也一直在通俗科学中流传
但 1992 有位米国人写了篇翻案文章
(The Physics Teacher,30,495, 台大 ip 可看)
http://scitation.aip.org/dbt/dbt.jsp?KEY=PHTEAH&Volume=30&Issue=8
他实际计算了冰面因压力而下降的熔点
事实上并不足以形成所谓的"水层",以降低冰刀跟冰面之间的摩擦力
而且也不能解释为什麽曲棍球的"球"在冰上滑也这麽没阻力(接触面大而轻)
然而科学界神奇的地方就在这里
更早在 1842 年 Michael Faraday 就提出一个比较被近代科学家认同的机制
(可至八卦版搜寻作者 jfsu 大大)
他认为这是因为就算在远低於熔点时,固体表面还是会有一层薄薄的液态层
一般称为 "surface-melting"
当然当时他并不知道原子说,所以不清楚这个所谓的薄层究竟是如何薄法
但是这个现象已经被很多表面科学的人研究过
这边我就不甚清楚了,或许做材料的板友会比较了解
(然而这个液态层也不是真的液态,他还是保留了一点固态的方向性...)
重点是,虽然每一种化合物固体表面的 surface-melting 厚度不一
但是这个厚度在多数固体都约略比例於 ( T0/(T-T0) )^(1/3)
其中 T0 是 bulk freezing temperature
对於溜冰而言,0~-10度C是较佳的温度范围
之前有位板友说把铜块放在一起会黏住
真实性我不知道
不过此文的参考文献有 cite 一篇 Contemp. Phys., 30, 89 (1989)
http://0rz.tw/af3JE
里面提到铜表面的 melting 有方向性
也就是说某个截面的表面容易 melt, 有些较不易
我看了他的 fig 10, 是一张 x-ray 绕射角对熔掉的原子比例的图
比例的数量级是 个数/cm^2 *e-15
温度则在 580 K 到 600 K 之间
低於 580 K 几乎没有 surface-melting
我想铜块会在常温下黏住应该不是因为 surface-melting 就是了
此文後面还有一段讲把重物绑在金属线两端放在冰块上
冰块会被切过而仍是一体的示范实验
同样的,压力不足以让冰块熔点上升足够多
以及金属线导热快
有人做过把整个系统放在 0度C 环境下
(见 ref. 3 的 ref., 作者叫 Gilpin)
并且把重物减轻到很轻的情况
线仍然可以切穿冰块
作者说这再度证明 surface-melting
可我看不懂,欢迎大家讨论~
参考文献:
0. 敝系金老师口述
1. <The Role of Surface Melting in Ice Skating>; J. D. White; Phys. Teac.
Vol. 30; 495 (1992).
2. <Back-of-the-Envelope Physics>; C. Swartz; Johns Hopkins University Press
(2003)
3. <Surface Melting>; J. G. Dash; Contemp. Phys.; Vol. 30, 89, (1989)
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◆ From: 140.112.54.153
1F:推 rebredoxin:专业文,大推!! 03/05 10:27
2F:推 tapipi:推专业文!! 但是台联大的考生谁会写......好难...... 03/05 10:46
3F:推 joety1103:推金老大! 唉 不过我大概没机会给他教了 03/05 18:53
4F:→ sisay:金老师不知道平常都听啥音乐 刚看到他戴了一个全罩耳机 03/05 19:11
5F:→ sisay:感觉好专业的耳机玩家 XD 03/05 19:11