夏季天气炎热,人们喜欢在饮料中加冰降温,你有没有注意到,刚从冰箱里取出的冰块扔到常温的水或是饮料里的时候会碎裂,如果仔细听会有嘎嘣的声音。
这其实是一种不均匀膨胀/局部膨胀(differential expansion)现象。我们拿实例来说明一下,当冰块(-20℃)被丢进一杯水(12℃)中时,由于水的温度较冰块温度高出很多,冰块的外层温度会急速升高(-10℃),发生膨胀,而冰块内部未受影响依然保持原样(-20℃),一部分冰块试图扩张,另一部分保持不变,所以就会破裂。
不过,如果你将冰块从冰箱取出后,放置在空气中十几分钟,然后再丢进水中,冰块是不会破碎的。因为此时冰块的温度已经升高不少,例如0℃,与水温相差并不是特别大,不足以导致上述情况发生,而只是会慢慢融化在水里。
同理,如果你将冰块丢进温度超低的液氮(-196℃)中,它也会碎裂。此时,冰块外部温度急剧下降,体积缩小,而内部保持不变,冰块外层挤压内核导致碎裂。