从古至今,如何度过炎炎夏日都是令人们烦恼不已的问题,现在科技发达,哪怕外面骄阳似火,我们仍然可以坐在室内享受空调和风扇带来的舒适和惬意。

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那么,在没有空调和电扇的古代,人们又是怎么度过夏天的呢?在电视剧里,我们可以发现,那些富贵人家夏天都会准备一桶冰放在室内,用来降低室温。那么,没有电器,古人又是如何制作冰块的呢?本期,子牙童趣秒看科普就来和您聊聊古人制冰的那些故事。

原来,古人最开始并不是“制冰”,而是“储冰”。早在春秋战国时期,就有人制作了冰窖,将冬天收集起来的冰块储存起来,留到夏天再用。这种冰窖内部十分阴凉,又有开采到的大量冰块堆积,原理就和现代的冰箱差不多。可是,靠储存的冰块,终究不能度过整个夏天,于是他们发明了制冰的方法。没想到这种“沸水制冰”法,竟成了一道至今都未能解开的谜题。

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在淮南王刘安与其门客编写的《淮南完毕术》中,就记录了这种造冰的方法。据书中记载,将刚烧好的开水装到一个大瓶子中,再用一些干净的丝织物,将瓶子密封起来,最后将瓶子放入深井中,三天后取出,就能够制成冰块了。炎炎夏日,将装有沸水的瓶子放入井中就能得到冰块,真有这么神奇的事情吗?沸水的温度那么高,虽然可以放进冰凉的冷水中降温,但是直接用冷水制冰,效果不会更好吗?而井水本身的温度虽然很低,但是也没有达到冰点,为什么反而能够让更热的水结冰?

对于《淮南万毕书》的关于制冰的过程记载,从古至今,都是学者们研究的课题。有些学者怀疑其的真实性,也有人怀疑,这段记录的步骤,十分模糊且简单,这样的记录,可能漏掉了一些关键的东西步骤。而且,为什么一定要用沸水制冰,而不是冷水,冷水的温度更低,不是应该更容易结冰吗?

而温州大学的学者洪震寰认为,沸水制冰或许和气压有着密不可分的关系,因为井的深度一般比较深,井底的气压会比较低。他的理论依据是,气压越低。水结冰的冰点就越高。这样的话,水温不需要降低至零摄氏度,也能够结冰了。如果是很深的井,无论四季变化,井底的温度也能够保持十摄氏度以下,有的甚至能低至三到四摄氏度,从理论上看,让沸水结冰也不是不可能的。可是,冰点受气压的影响其实是非常小的,以目前的考古依据来看,古人并没有如此一口足以让冰点上升这么多的,天坑一般的深井。

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一时间众说纷纭,但这段记录中最令人疑惑的点,则是“沸水”,为何要特意用沸水制冰呢?此时,有人联想到了“焦汤效应”。所谓焦汤效应,就是气体在通过多孔性物质时发生了不可逆的绝热膨胀,最终导致温度的急剧变化。这个原理和空调等现代电器的原理差不多,在这个操作中,封住瓶口的丝织物,就是那个多孔性物质,而水瓶又可以密封其他的部分。那么,这个猜想是不是正确呢?

于是,有人按照书上的记录,模拟古人制冰步骤进行了实验。他们取了一个小瓶子,装上做实验所需的水和温度计,并且加热水至沸腾。然后,他们将瓶子迅速放入装有凉水的桶中,一开始,瓶中水温的下降速度确实很快,可是,当水温降至二十摄氏度时,水温下降的速度明显变慢了,结果发现,虽然水温确实降低了许多,变得十分凉爽,但仍旧没有降到冰点,更别说结冰了。

后来,物理学家李志超对古人“夏造冰”的行为做出了更详细的解释,用一个细口的圆烧瓶,装上少量的水后,煮沸后会产生大量水蒸气,将水蒸气全部排出去,此时,瓶内的空气也近乎于无了,这时再将浸过水的丝织物密封瓶口,然后将瓶子沉入深井,瓶子受到冰凉冷水的影响,温度骤降,水汽凝结而导致气压下降,当瓶身与井水的温度持平时,将瓶子取出,打开瓶口透气,这样试验后确实得到了少量的冰。这个实验也证实了,古代的“沸水制冰”很大可能是真实存在的,但是,究竟要怎么样,才能得到大量的,足以度过炎炎夏日的冰块呢?

关于我国古代用热水造冰的原理,至今都还是一个困扰世界物理学家的难题。一方面,这个方法经过实验,证明确实可以让水温降得非常低,并且得到少量的冰块,另一方面,如此繁琐的步骤却只能制作出少量的冰,并不能满足日常降温的需求。这段模糊而简单的记录,就这样为后来的人们留下了一个难题。难道是储水的罐子有什么特殊吗?又或者制冰的深井有什么玄机?这一切还要等现代的科学家们逐渐验证了。

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