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《原来如此》预告:冬日寒冰(2017年12月29日)

CCTV节目官网-CCTV-10 原来如此 来源:央视网2017年12月28日 10:11 A-A+

寒冷的冬季,阳光照射在海洋和地面上,水分受热蒸发形成了水蒸气,伴随着温度的降低,聚集在一起的水蒸气遇冷,形成了雪花。随着雪花的到来,道路开始结冰,湖泊、河流逐渐封冻。冬天的来临,给我们带来了很多欢乐,但同时也为我们的日常生活带来不小的麻烦。这些冰雪是如何形成的?我们该怎样解除冰雪带来的困扰呢?


       本期节目,我们将探知自然界的现象,一起探究水与冰的奥秘,掌握冰点的规律,可以通过调整冰点来解决冰雪在生活中造成的困扰。

 

 

死亡冰柱:
       在地球的南北两极终年寒冷,冬季的时候,气温甚至达到零下三十到四十摄氏度,如果遇上暴风雪,更是奇冷异常。恶劣环境下的极地海洋中,有时会出现一种使海洋生物恐惧的罕见自然现象,低温使海水冻结呈柱状向海底延伸,所到之处海洋生物无一幸免,这种现象被称为死亡冰柱。
       原理:
       当海面气温过低就会发生结冰的现象,因为水结冰会排出自身的杂质,所以海水中的盐份被析出,导致冰块周围的海水盐度增加。这些高盐度的海水,因自身的冰点降低,同时又因密度增大而下沉,使得下方密度低的海水达到冰点,不断凝固结冰。这一过程持续发生,形成了快速向下生长的冰柱。
       冰柱不断地吸取海面上的低温,一边散发热量,一边向海下延伸结冰。冰柱延伸的长度和直径,完全取决于海面温度。海面温度越低,冰柱越大。当海面回暖后,冰柱也逐渐被海水融化直到消失。
       湖底不结冰:

 
       淡水湖泊在水温下降至冰点时,水面就会开始结冰,当冰层达到一定厚度,冰钓爱好者们会根据鱼类习性选择凿洞的位置,享受冰钓的乐趣。虽然湖面已经形成冰层,但鱼可以生存在冰面下的水中,那么湖底为什么没有结冰呢?
       原理:
       在日常生活中,当水温达到零摄氏度,水就会结冰,我们把零摄氏度称为冰点。冬天气温下降,上层湖水的温度随着降低,而湖底的水温度较高。湖面上温度低的水密度较大,要下沉,湖底温度高的水密度较小,要上升,因而形成对流,使全部湖水不断冷却。上层湖水的温度降到4℃以下时,体积膨胀,密度减小,不再下沉,不能形成对流,湖底水的温度能长时间保持在4℃。
       当上层湖水温度降到0℃,湖面开始结了层薄冰。由于冰的密度比水小,所以冰会浮在水面上。这也给湖水形成了一层保温层,使得湖底的生物得到了一丝生机。
       雪屋可保暖:

 

爱斯基摩人生活在终年寒冷的北极地区,他们通过狩猎获取食物,为躲避风雪保持体温,在狩猎时会搭建起一种完全由雪块堆砌而成的小屋,据说可以抵抗住极地的超级严寒。为什么可以用雪来搭建房屋?而它的保温能力到底有多强呢?
       原理:
       雪是唯一的建筑材料,新下的雪比较松软,用手捏成团都非常难。开阔的地方,风力强劲,阳光能融化松软的雪,而在冷空气的作用下,微微融化的表面会被再次冻结,反复冻结后就形成了硬雪。这种雪容易成型,非常适合做雪房子的建筑材料。
       雪屋的搭建的材料,完全采用天然的冰雪。在雪屋中加入了热源,刚开始,会使雪屋的内壁受热并出现融化迹象,但由于室外温度过低,在热的传导过程中遇冷,迅速就形成坚硬的冰壳,减少了冷空气的流通,因此雪屋不会因融化而坍塌。
       冰溜子:

我国南方的一些地方,冬天会出现冻雨。它常发生在初冬或冬末,是一种灾害性天气。冻雨的出现,会在屋檐、空调周围、电线杆上逐渐形成冰溜子。在北方,屋檐上的冰溜子也很常见,大多是由于积雪反复融化冰冻形成。
       原理:
       冻雨是冰水混合物组成的,由于天气温度在零摄氏度上下徘徊,水滴遇到温度低于零摄氏度以下的物体时,会立刻凝结成光滑的冰层,雨滴的不断堆积,就会在物体上逐渐形成冰溜子。而北方的冰溜子,大多是由于积雪反复融化冰冻形成。房顶白天阳光照射充足,积雪融化,随着温度降低,到了晚上,屋檐上的残留雪水,遇冷结冰。这个过程不断重复,由于受到重力的作用,水在顺着冰柱流下来的过程中,就会逐渐被冻住,一直持续向下延伸。形成上大下小的锥形冰溜子。
       车窗除冰:

 

在东北地区,司机们下雪天都会习惯性地在停下车以后,把雨刷器支起来,否则雨刷器就会被冻在车辆的前挡风玻璃上,而此时的车窗上,也容易形成一层凝冰,都会对下一次的出行造成影响。什么是除去车窗凝冰的最佳方法呢?
       原理:
       由于车辆刚刚停下,车内的温度比室外高,雪花飘落到车窗玻璃上,受到从车内传递来的热量,融化成水珠并附着在玻璃上。当车内温度持续下降,达到零摄氏度时,车窗外面的小水珠达到冰点在车窗玻璃上凝固,结成一层薄冰,冰层不断凝结遮挡住驾驶员的视线。
       此时最好的除冰方式,就是将车内的暖风打开,热风不断朝着车窗玻璃吹,使温度逐渐提高,车窗温度提高到零摄氏度以上,这时紧贴着玻璃的凝冰就会受热开始融化成水。水在零摄氏度以下,到达冰点,就会结冰;温度提升到零摄氏度以上,就可以除去车窗上的冰。
       道路除冰:

下完雪以后,松软的积雪覆盖在道路上。如果没有被及时清理,过往的车辆会将道路上的积雪不断碾压,当温度下降到零摄氏度以下,挤压后的雪变成硬雪路面,甚至是冰面,雪地行车,轮胎的摩擦力减小,大大降低了汽车的操控性能,驾驶车辆就和平时大不一样了。为什么撒了融雪剂,就不会很快结冰了呢?
       原理:
       我们发现,环卫部门总是在刚刚开始下雪的时候就要上路作业,在路面上泼洒融雪剂,融雪剂的主要成分是盐,盐与雪水的混合物,形成冰盐水不至于路面结冰。
       要想将室外环境下的冰清除干净,首先要将大块的冰面破坏成小冰块,尽可能地将小冰块移除,再将除冰盐撒到地上,把剩余在路面上的冰渣融化形成冰盐水,使冰点下降至零下六摄氏度,但室外温度低于零下六摄氏度时,盐水也会结冰。所以要在下雪后,尽快清扫,防止凝冰的出现。
       飞机除冰:

 

到了冬天,经常乘坐飞机的人们会发现,早上的航班延误概率会大一些。很多时候,已经登机了还要在座舱里等候。
       飞机在停机坪上停留一个晚上,机翼上就会因为降雪而凝结一层薄冰。这层冰附着在机翼上会改变机翼的形状,存在安全隐患影响飞行安全,所以在飞机起飞前,机长会要求对机身进行除冰作业。
       原理:
       为了确保安全,在飞机起飞前的五分钟内要完成除冰作业。飞机除冰作业使用的是加热过的除冰液,这种除冰液的主要成分是乙二醇。原来,一般浓度的乙二醇在零下十三摄氏度才会结冰,通过降低溶液的冰点,可以防止飞机表面结冰。要在如此短暂的时间内为飞机喷洒除冰液非常不容易,既要冒着严寒工作,又要确保除冰液均匀的喷洒到机翼的每一处,确保迅速有效,才能保证飞机安全起航。
       总结:
       本期节目,我们了解了自然界中水和冰的状态转化,通过提高车内温度,可以使车窗上的结冰到达冰点以上,慢慢融化;在冰雪道路上泼洒除雪剂,可以使冰雪变成盐水,降低冰点到零下六摄氏度,从而推迟结冰时间,及时清除道路上的积雪;还可以利用冰点在零下十三摄氏度的乙二醇溶液暂时除去飞机表面结冰,确保航班安全;掌握冰点的规律就能更好解决生活中的难题。


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