迷思4. 保持水面不結冰

水凍結成冰的過程：

• 室溫下的水置入冷凍室後開始降溫，在水溫高於 4℃時，水會熱脹冷縮，冷水下沉熱水上升形成對流，一直到全部的水都達到 4℃的同溫狀態。
• 4 ℃的水密度最大。低於此溫度，水的物理性質變為熱縮冷脹。低溫膨脹後不再下沉對流，而維持在表面繼續降溫，然後開始結冰。
• 底部的水維持在4 ℃，直到由上而下逐漸凍結。冰的體積跟水比較約增加 9%。
• 一旦表面結冰，則冰面下的空氣沒有逸出的管道，會逐漸集中在最後凍結的部份，形成白冰。

 

我的實驗：

原理：維持持續滴水的方式，使下層的水面受到擾動不結冰，由接觸容器表面的部份開始凍結(底部與側邊)。由於條件設定在僅利用家用冰箱冷凍庫，沒有電源或其他動力擾動水面，所以採用自然滴水的方式擾動。

器材：

• 有蓋的保麗龍容器，底部可以鑽孔。用於盛裝水，並防止水凍結。
• 塑膠盒，用於承裝滴下的水。

步驟：

1. 準備適當的盒子。

2. 在保麗龍盒的底部以針鑽孔；孔徑：約Φ0.94 mm；估計水珠滴下的流速約 250 cc/hr

3. 將保麗龍盒與塑膠盒如下圖堆疊。

4. 將整組器材置入冰箱冷凍庫，充分冷凍 24 小時。

冷凍過程中水面因水珠滴下而未凍結的狀態

  

冰面因滴水而呈現中央的突起，氣泡則以凸起為圓心做環狀分佈。

 

結果：

可以達成水面不會先凍結的效果。

但冰塊的效果更差，白冰的部份會散佈在整個冰體。

探索頻道『Mythbusters』在 "Fire from ice" 一集中，使用振動器振動冷凍室內的冰盒，得到相同的白冰結果。

 

結論：

是所有實驗中最差的方法，得到的冰塊白色分布最廣，透明度最差。

 

原因：

雖然水面保持不凍結，理論上空氣應有逃逸的管道。

但是因為空氣被打散難以聚集成較大的氣泡，所以沒有足夠的力量浮起。

微小的氣泡附著於冰晶邊緣一起凍結，所以整個冰體呈現渾濁白色。