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第15章 “似是而非”的干冰

干冰的诞生

在1823年英国的法拉第和笛彼两个人首次液化了二氧化碳,后来1834年德国的奇络列成功地制出了固体二氧化碳(干冰)。但是当时只是限于研究使用,并没有被普遍使用。干冰被成功地工业化大量生产是在1925年的美国设立的干冰股份有限公司。当时将制成的成品命名为“干冰”,现在已经将它视为普通名词,但其正式的名称应该叫固体二氧化碳。

那么,干冰有什么用途吗?

干冰有很多用途,有了干冰,我们可以让天气改变。用飞机从高空撒布“干冰”,它能使空气里的水蒸汽冷凝,变成水滴下降。因此“干冰”可用于人工降雨。用飞机在云中播撒催化剂冰核,使云中产生凝结或凝华的冰水转化过程,再借助水滴的自然碰并过程,就能使降雨产生或使雨量加大。

干冰可以应用在冷藏运输领域中。主要用于低温冷冻医疗以及血浆、疫苗等特殊药品的低温运输。电子低温材料,精密元器件的长短途运输。高档食品的保鲜运输,如高档牛羊肉等。

干冰还广泛用于舞台、剧场、影视、婚庆、庆典、晚会效果等制作烟雾,如国家剧院的部分节目就是用干冰来制作烟雾效果的。

干冰清洗原理,干冰清洗过程是利用压缩空气作为动力,把干冰颗粒以超音速喷射到被清洗对象表面,但并非单依赖干冰颗粒的动能,而是利用干冰的超低温性能达到除污目的。

能量转移:干冰高速撞击到被清洗表面,撞击动能散逸,干冰粒与清洗表面发生极其快速的热转移,二氧化碳瞬间升华。

低温龟裂:不同热膨胀系数的两种不同材料,它们之间的温差会破坏两种材料间的结合。干冰粒冲击处理物体的表面,使污垢冷冻至脆化及爆裂,产生“龟裂”,影响粘附污垢的机械性能。

微爆炸:干冰粒钻进污垢裂缝后,在几千分之一秒内气化,其体积瞬间膨胀600~800倍,将污垢剥离物件表面。

知识链接

1.二氧化碳气体通常混入各种杂质,因此需要通过洗涤塔,脱硫塔,干燥塔,脱臭塔等其他精制装置将不纯的杂质除去,使二氧化碳的纯度达到99.9%以上。

2.这种精加工的气体再经过压缩,在常温和压强为6079.8千帕压力下,把二氧化碳冷凝成无色的液体。

3.冷却制成液体二氧化碳,从喷嘴喷到干冰的制雪槽内。

4.再在低压下迅速蒸发,便凝结成一块块压紧的冰雪状固体物质,其温度是零下78.5度,这便是干冰。干冰蓄冷是水冰的1.5倍以上,吸收热量后升华成二氧化碳气体,无任何残留、无毒性、无异味,有灭菌作用。它受热后不经液化,而直接气化。

使用干冰时注意:

在使用干冰时应该注意:液体二氧化碳的温度是零下40摄氏度,如果处理不当,能使皮肤冻伤,当处理二氧化碳时必须带防护手套。保持室内空气流通,发现漏气时应戴好防毒面具,及时处理,防止因二氧化碳气浓度超标而窒息。

干冰属低温物质,不能接触人体皮肤,更不能直接入口,以免造成冻伤。所以拿取干冰一定要使用厚棉手套、夹子等遮蔽物。

干冰在常温下会慢慢升华,须用保温容器存放,但容器又不能绝对密闭,以免聚集压力发生危险。

云雾产生诺贝尔奖

1894年秋天,英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假。山顶上经常云雾缠绕,变幻万千,游客们都被这迷人的景色所陶醉,威尔逊却突发奇想,要在实验室里制造云雾。

回到实验室,威尔逊研究归纳了产生云雾的条件:一个是空气中的水蒸汽必须处于饱和状态,否则水蒸汽不会凝结成小水珠;另一个条件是空气中要有一些“凝结核心”,通常,空气中的尘埃起凝结核心的作用,这些微小颗粒上面经常聚集了一些电荷,这些电荷会将过饱和水蒸汽凝结成小水珠,无数直径很小的小水珠悬浮在空气中,构成了云雾的雾滴。

作为物理学家的威尔逊,除了弄清楚云雾的生成条件外,还想能否利用这个发现来研究物理现象呢?

威尔逊在一个干净的瓶子里(即里面没有任何凝结核心)形成过饱和蒸汽。这时如果有一个带电的微观粒子闯了进去,那么在其周围会凝结成一个雾滴、随着粒子的运动,在其运动轨迹上,就有一连串雾滴组成为一条径迹,这样,就把人们肉眼看不见的微观粒子的运动轨迹,变成了人眼能看见的由一连串雾滴组成的径迹。威尔逊发明的这个装置叫“云室”,他因这项发明而荣获1927年的诺贝尔物理学奖。

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