如何用物理知識解釋過冷水「急速結冰」現象？

1樓：

冰晶化學成分還是水，無論變成液態、氣態都沒改變其水分子的本質。因此水變成冰晶，變成水蒸氣，都是物理變化。物理知識假名字（賈明子）同學已經說得很清楚了，不再贅述。

2樓：賈明子

水在結冰過程中發生兩件事：

1、液態水變成固態水，這是乙個相變過程，在低於冰點的溫度下是自發的，自由能降低。

2、形成冰-水之間的介面，這是乙個介面過程，由於介面能的存在，產生這個介面是反自發的過程，自由能公升高。

在冰的晶體形成的最初始階段，由於冰核的體積非常小，所以比表面積就非常大，介面過程佔主導，因而結冰過程會導致系統自由能增加，這不是乙個自發過程，不會自動發生。

當冰核體積超過一定尺寸（一般幾十個奈米以上），由於比表面積的下降，介面過程漸漸地不在是主要過程，而相變過程變成主導，此時，結冰將導致自由能下降，自發。

所以說，水在結冰時，在形成晶核的階段，需要克服冰-水介面的「阻力」，是不會自發完成的。只有當晶核增長到一定尺度後，水才會自動變成冰。形成晶核這個階段就是乙個門檻，跨過去，就迅速結冰，跨不過去，就不會結冰。

當溫度剛好等於冰點時，由於跨不過門檻，所以就不會結冰。

當溫度低於冰點時，就會有區域性溫度漲落導致區域性的晶核產生，晶核一旦成長成一定尺寸，剩下的事情就不必操心了：它會自動地迅速成長起來。但是如果漲落產生的晶核過小，沒有跨過門檻，那麼產生的晶核會自動融化，不會形成冰相。

溫度越高，門檻就越高，就不容易產生足以成長起來的晶核，這就是為何會出現過冷水。

溫度越低，門檻就越低，因而就更容易產生有效的晶核。一旦乙個晶核形成了，剩下的水就會依附於這個晶核迅速生長。這就是為何過冷水會突然急速結冰。

由於晶核的形成依賴於漲落，因此，當水的內部存在不均勻流動時，更有利於晶核的成長。這就是為何過冷水晃一晃就急速結冰。

晶核也可以不必完全由水自己形成，也可以依附於一些已有的表面缺陷產生，這樣一來，冰-水介面就大大降低，因而也就大大降低了門檻。這就是為何插入一根玻棒可以迅速引發結冰。

還有什麼現象？總之，都是因為結冰不僅僅是乙個相變過程，而且是乙個介面過程。它需要先克服阻力形成冰-水介面，然後才能繼續成長。

3樓：清風徐徐

我們知道在標準大氣壓下，水在0攝氏度以下的低溫就會凝固結冰。但是水結冰有乙個前提條件，就是其內部必須有供冰晶生長的「凝結核」。如果水太純淨，不存在凝結核，那麼就可能在低於0攝氏度時不結冰。

因為所謂純淨水也不可能是完全純淨的，只是它內部的凝結核非常少，並不是說它始終不會結冰。如果進一步降低溫度，它也會結冰，如果外界給它乙個擾動，例如敲擊，它也會結冰。