西汉时期,古人如何用热水制作“夏造冰”是困扰科学家的巨大难题

冰块在现代已经是一种特别常见且常用的东西,其制作也特别简单,可以说只要有冰箱,就能很随意的制作出晶莹剔透的冰块来。尤其在炎炎夏日,只有清爽的冰块能解我们心头之烦热。很多人可能也想到过古代的大夏天没有冰是怎么过来的。

西汉时期,古人如何用热水制作“夏造冰”是困扰科学家的巨大难题

当然,古代也有冰,虽然没有现在这种科技感慢慢的方法,但是古人的智慧确实不容小觑。早在春秋战国时期,古人就会制冰而且制作专门冷藏的冰窖,冰可以在冰窖里面从冬天一直储存到夏天使用,他们还有专门制冰的方法,后来又被称为“夏造冰”。

西汉时期,古人如何用热水制作“夏造冰”是困扰科学家的巨大难题

古代的“夏造冰”是如何制作的?

“夏造冰”顾名思义是夏天制造的冰块,实际上,“夏造冰”的真正含义是使用热水来制冰的技术。这时候有人就会问了,现在科技这么发达,我们都得用冷水放冰箱冷却才制得冰块,古代竟然用热水造冰?听上去确实有点不可思议。

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确实,热水造冰,放到现在都是一个很大的难题,因为我们对古时候的制作方法、气温、气压和环境等问题都不知道,热水造冰对各方面的要求一定都是特别严格的,很多科学家像洪震寰、雷志华等著名教授、科学家都为此做过很多次实验,结果也总是一次次让人失望。

翻阅古籍,可以找到很多地方都记录了古代“夏造冰”的制作方法,像最早记载“夏造冰”的是西汉时期淮南学派撰写的《淮南完毕术》,这是以淮南王刘安为首而编写的,书中就说到:“取沸汤置瓮中,密以新缣沈 (井)中三日成冰。”

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中国科学技术大学李志超对古时“夏造冰”研究分析后认为:“这其中有气体绝热膨胀降温过程,也可以说是焦耳-汤姆孙效应在起作用。”通俗的解释就是说,在一个口小肚大的瓶子中,将其中的水煮沸,直至其中的水蒸气将瓶中大部分空气都排出去。

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当瓶中水量快沸腾蒸发完时,马上用细密的丝织物浸水将口堵住,并立即沉入深井,瓶子中的气温急剧下降,会导致水汽凝结,再加上瓶子内部的气压骤降,可以说近似于真空状态,然后继续放至瓶温与外界差不多,这样的话就基本可以制造出一定量的冰。

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其主要原理就是低压下的热水快速蒸发后会有吸收热量且快速制冷的效果,但是条件是必须各方面都有较好的控制,只要控制得当,还是可以实现热水造冰的,虽然这种“夏造冰”的方法繁琐,耗时耗力,制造出的冰还有限,但是在封建社会的统治力量下,人力资源的增多会导致冰产量积少成多,从而也会达到想要的效果。

对于“夏造冰”的争论

对于“夏造冰”,现在还是有诸多争论的,李志超先生的解释和我国古籍《淮南完毕术》描述的几乎是如出一辙的。当时著名的物理学家洪震寰先生在多次试验后最终得出的结论是,“夏造冰”在没有高科技的帮助下是无法制造出来的,因为有个很现实的问题摆在这,就是气压每减少一个点,水的冰点只会提高0.008℃,这样看来,洪震寰先生说的确实很有道理。

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后来,在李志超的指导下,硕士生赵虹君做了一个这样的“造冰实验”,他用装有少量水的球形玻璃瓶,用带有温度计的橡皮塞在水沸腾后密封,软胶管上还有一个可以调松紧的夹子,实验几次后确实证明了沸水密封冷却后可以得到低温的水。

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后来李志超也解释到,这个实验必须要把握得十分精准才能制得少量的冰。赵虹君这次试验值得注意的是,实验温度为7.5摄氏度,这就意味着瓶中被压入的空气也是7.5摄氏度,要知道古代夏季的地温至少也在25摄氏度左右,这就意味着被压入瓶中的气温也是25摄氏度左右,那问题就来了,温度这么高的水能从3、4℃的井水中吸热吗?显然这是违背热力学第二定律的,那这个实验的成功率可以说是微乎其微了。

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这个实验经过多个科学家之手,最终还是没有达成共识,古人到底是在怎样一个严密的环境下,投入多大的人力资源,才能制作出大量“夏造冰”的,可以说这个实验非常困难了,也充分体现出了古人的智慧。

通过实验确实证实了古人“夏造冰”的可行性,但这个实验还并未完全取得成功,而古人们的“夏造冰”实验也在物理界产生了较大的影响,毕竟谁也想不到的是,在科技发展的今天,一直困扰物理学家的难题竟然早在落后的古代就已经出现了答案,说到这里我们也不得不得不佩服古人们的智慧。

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