“制冷26℃”和“制热26℃”有什么区别？｜No.243
Q1
冰山海面下的冰为什么不会融化？
答：
极地积年雨雪结成的冰川由于自身重力的原因往四周扩展，达到海平面附近时，受海水浮力的影响发生局部断裂，形成漂浮在海面上的冰山，冰山是淡水。
极地附近的冰山难以融化主要包括以下几个方面的原因。首先冰山的熔点是0℃，而周围的海水由于含盐所以冰点低于0℃。极地附近的海水温度会随着季节变化，一年中大部分时间里海水温度是0℃以下，而高温时也不过2~3℃，极地很多地方年平均海上温度低于0℃，因此冰山除了本身就难以融化以外，也会交替经历融化和凝固过程；其次冰山往往很大，比表面积小，热交换作用很小，大部分还都在海平面以下，在海平面1km以下的海水温度变化是很小的，基本上就0℃附近，因此海平面以下的冰山就更难以融化了。
参考资料：
孙洪亮.南极长城湾底层海水温度季节变化特征分析[J].南极研究,1992(04):109-113.
by Alan
初中上物理课时老师说满满一碗水上漂着一块冰，冰化了水是不会溢出的。根据这条原理，冰山融化还是海平面上升的原因吗？
by 微风
答：
题目说明的是阿基米德原理，但要注意，碗里的水和冰融化后的水是一样的。海水和冰山可不是这样，海水是盐水，冰山是淡水，海平面上漂浮的冰山融化时，水平面实际会上升。可以这样思考，冰山在海平面下的体积为
，所以体积为
的海水质量=冰山的质量=冰山融化得到的淡水的质量，因为淡水密度小于海水密度，所以融化得到的淡水体积大于
，这些淡水除了填补冰山在海平面以下的
，多出来的部分导致海平面上升。
当然要说明的是，这种漂浮冰山导致的海平面上升微乎其微，真正会使海平面上升的是格陵兰岛和南极大陆上的冰川，它们没有漂浮在海平面上而是在陆地上，融化后全部用来增加海平面。这两个地方的陆地面积占地球总面积的1/30还多，冰川平均高度2000m左右，显然，全部融化以后可以使海平面上升60m以上。
顺便一提的是，全球变暖导致冰川融化以外，也会导致海水膨胀，这也是海平面升高的原因之一。
参考资料：
[1] Peter D. Noerdlinger, Kay R. Brower, The melting of floating ice raises the ocean level, Geophysical Journal International, Volume 170, Issue 1, July 2007, Pages 145–150
[2]海平面
by Alan
空调上的温度是什么意思？冬天开26℃怎么不暖？
答：
空调上显示的温度一般指的是设定的目标温度，即希望室内达到的温度，并不是当前室内的温度。冬天开26°C时，室内的温度并没有达到26°C，空调在制热模式下，加热室内温度到设定温度时才会停止加热；如果当前室内温度高于设定的目标温度，空调同样也会停止加热。凡事总有例外，有的老式空调只有在自动模式下，自动调整加热或制冷使室内温度趋向于目标温度，而在制冷模式下却一直最大功率制冷，在制热模式下一直最大功率制热，这时设定的目标温度无效（小编家里曾经就有一台这样的空调，汗）。空调的制冷是利用制冷剂气体和液相的强制转换和相变的循环，实现热量从室内到室外的“搬运”，而制热模式一般是反转这个循环（要比单纯的电阻加热能量效率高得多），实现冬天室内的加热。
来源：参考文献1
室内所能够到达的温度，与室外温度、房间大小、房间密封性、保温性、空调的质量、空调的大小、人员的流动情况等有关。冬天空调开26°C，对北方的寒冬来说，室内室外温差有些过大了。假设其他条件不变，室内室外的温差越大，单位时间通过墙壁窗户门等从室内流向室外的热量越大，要维持住温度，空调产热的效率要提高，但是空调的制热效率是有极限的，温差过大，空调难以将室内实际温度维持在目标温度，经过一段时间后，热量的散失和空调的制热达到平衡，这时室内实际温度将会在目标温度之下，这就是为什么有时冬天开26°C时却感觉不暖的原因。当然，在健康和节能方面考虑，冬天室内室外温差不要过大。
参考文献：
空调
空调最高制热多少度？
by jita
Q4
碘遇淀粉变蓝，变蓝的到底是碘还是淀粉？
答：
淀粉遇碘变蓝是因为淀粉可以与碘分子形成络合物，而不是单独的碘分子或是淀粉变蓝。
淀粉是一种常见的碳水化合物，由成百上千的葡萄糖分子聚合而成。根据葡萄糖单元连接方式的不同可以将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉并不是一根长链，而是约六个葡萄糖单元盘旋一圈，形成一个螺旋。碘分子恰好可以被束缚在这个螺旋内，从而形成如下图所示的络合物
淀粉与碘形成络合物示意图[1]
直链淀粉和碘形成的络合物后可以选择性吸收特定波长的可见光，未被吸收的光组合后呈现蓝色，就是我们观察到加入淀粉后碘溶液的颜色。
参考文献：
[1]. 邢其毅, 徐瑞秋. 基础有机化学(第二版) (上册)[M]. 高等教育出版社, 1983，998-999.
by 观山不易
Q5
我们知道，如果在易拉罐中加入冰块后加入盐，不久后易拉罐底会有白霜；那如果不加盐只加冰块，易拉罐底只可能是水珠而不是白霜吗？
答：
先说结论，只加冰块从理论上是可以产生白霜的，但实践起来难度要比加盐更大。
我们首先需要知道，为什么易拉罐底会产生白霜，为此我们需要一张水的三相图。
图中红色的曲线叫做升华线，如果水的状态从红线的右下方到左上方，则会发生凝华现象，也就可以形成白霜了。
想要空气中的水蒸气结成霜，则需要将易拉罐的温度降到273.16K（0.01℃）以下，那么罐中冰的温度则需要比0.01℃更低。我们知道，如果冰融化形成冰水混合物，其温度在0℃左右，这样的温度是达不到要求的。
所以，为了降温，我们有两种办法。
第一种，降低冰水混合物的温度，即加入盐。因为罐中只会有少量融化的水，一勺盐就足以使其达到饱和状态，而饱和食盐水的凝固点大约在-20℃左右，高于该温度的冰会融化，使得易拉罐的温度降到0℃以下，也就可以达到要求了。
第二种，降低冰的温度，使得其在融化之前就完成降温。但冰的比热容只有2.1kJ/(kg·℃)，而冰的熔化热为334kJ/kg，所以冰依靠升温吸收的热量要远远小于依靠熔化收的热量，即为了达到和加盐同样的效果，所需冰块的温度会更低。
其次，能否发生凝华现象还和蒸气压有关。从红色的曲线可以看出，蒸气压越小，所需温度也更低。所以如果环境过于干燥，不光凭借上述两种办法都不能看到白霜，而且连水珠也看不见。（空气如果干燥成这样，你也不会拿仅有的水冻成冰来进行这个实验了吧）
by whyerror
Q6
植物细胞为什么有的怕冻，有的在零下几十度的东北却不怕冻，细胞内有防冻液吗？
答：
通常低温对植物的伤害可以分为冷害和冻害，冷害发生在冰点以上，此时植物在低温环境中，细胞中含有的各种酶的活性降低，植物无法进行正常的生理活动；而冻害则发生在冰点以下，当细胞内的水结冰后，无数小冰晶就像小刀子一样会把细胞的细胞膜细胞器破坏得一塌糊涂，给植物造成严重伤害。生活在低温环境中的植物经过漫长自然选择，几乎每种植物都有自己独特的抗寒绝活，这里只能简单介绍几种常见的方式。
（1）几乎所有植物都会在冬天进入潜伏期，主要是降低自己体内自由水的含量，降低代谢，此时植物细胞体内的渗透压上升，“溶液”的浓度上升，冰点下降，从这个角度看，可以说细胞内是有防冻液的。
（2）一些植物中含有一种神奇的蛋白质，植物抗冻蛋白，这种蛋白可以通过一些特殊的方式抑制细胞内冰晶的形成，降低植物细胞内液体的冰点，同时并不影响液体的熔点。从这点看，植物细胞内不仅有防冻液，还很高级。
（3）同样一些植物冬天会自动落叶，减少水分蒸发；或者演化出易于抗寒的结构，如植物长成垫子状，长出保温的绒毛等，不过这些就跟防冻液关系不大了。
参考资料：
[1]植物是如何被冻死的？
[2]植物是如何抗寒的？
[3]黄福贞, 韩花翠, 曾晓林. 植物抗冻蛋白及其应用[J]. 生物学教学, 2000, 000(012):P.
by 前进四
Q7
绝缘体能否有金属光泽？
答：
在尝试解答这个问题之前我们需要捋一下为啥金属会有所谓的金属光泽？首先，金属中的电子以自由电子气的方式存在，这时频率
的电磁波均无法在金属介质中传播，于是金属对这样的电磁波有较高的反射率。当电磁波的频率高于
时，金属则变得透明起来，形象地理解就是电磁波的频率太高，以至于电子的振荡完全跟不上电磁波的振荡，在电磁波“看来”，电子仿佛静止一般，因而无法对电磁波产生有效阻拦，电磁波也因此可以“畅通无阻”地通过金属。一般而言，这个截止频率
位于紫外波段，所以通常金属都可以反射可见光。其次，金属的表面经过抛光后可以变得非常平整，故而在表面处能够发生镜面反射，可以集中反射大量的光，从而产生“金属光泽”。
一般而言，含有大量自由电子的材料都可能具有金属光泽，绝缘体属于非常缺乏自由电子的材料，但这并不意味着绝缘体就没法有“金属光泽”。另一方面，从能带的角度考虑的话，金属属于无带隙材料，其价带电子可以通过吸收各种频率的光子跃迁到导带并退激辐射出光子，形成反射光。对于带隙较大的绝缘体材料，其可能无法吸收可见光波段的光子，于是材料看起来就是透明的，自然也没有金属光泽。但是对于带隙较小的绝缘体(半导体)，它们也可以吸收可见光波段的光子并原封不动地释放出来，所以一些表面光滑平整的绝缘体(半导体)看起来也会有金属光泽。
黄铁矿 FeS₂
单晶硅
参考资料：
[1]金属为什么有金属光泽？
[2]为什么很多硫化物的矿石有金属光泽呢？
by John Watson
Q8
可以介绍下油气输送管道中静电产生原理么？
答：
我们都曾听说过，丝绸与玻璃摩擦、毛皮摩擦硬橡胶可以产生大量的静电，不同材料分离时，一种材料获得正电荷，另一种材料获得相等的负电荷，它们的产生是由于摩擦起电效应。生活中我们遇到的大多数静电的产生是由于摩擦起电，所产生电荷的极性和强度根据材料、表面粗糙度、温度、应变等属性而有所不同。
来源：参考文献2
摩擦起电效应广泛地存在于固-固接触和固-液接触两种场景。固-固接触中静电的产生机制存在一定争论，可能的机制有电子转移（电子云的重叠导致能垒降低）、离子转移和物质转移，有研究认为固体和固体接触时，电子转移为主要的摩擦起电机制，摩擦并不是必须的，但摩擦带来的粘附现象，大大加剧了电子或电荷的转移。液固接触时，电子转移和离子转移同时存在于液固界面。
油气输运管道是固液接触产生的静电，特别是低电导率（50 pS/m以下）的流体在流经管道时会产生“充电”，电导率高于50 pS/m的流体可以认为不受到电荷影响；流速越大、管径越大，产生的电荷就越多，限制流体的速度可以控制电荷的产生。防止电荷的积累，可以采用接地，对于电导率低于10 pS/m的流体，可能需要抗静电添加剂。
参考文献：
静电
摩擦电效应
接触带电
by jita
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本期答题团队Alan、jita、观山不易、whyerror、前进四、John Watson
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上期也精彩
编辑：他和猫