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二、古代制冰源自哪个朝代?

古人夏天也喝冰饮。早在春秋战国时期,古人就专门挖冰窖,在寒冷的冬季取冰,储存起来以备夏季使用。此外,古人其实还自己制作冰块。这项技术被称为“夏季制冰”。


在我国的典籍和文献中,很早就有“夏制冰”的记载。例如,《庄子徐无归》说“……其弟子曰‘我学了师父之道,可以……在夏天制冰。”《观音子七鼎》成书于魏晋时期。《:》中说“人之力,能主天地,如冬雷夏冰”。类似的说法,在汉唐直至明代都有记载。


这些古籍中记载的“夏季制冰”,被普遍称为中国古代最原始的人工制冰技术。


什么是夏季制冰?


所谓“夏季制冰”,就是用热水制冰。热水怎样才能结冰?这是普通人听到这句话后,第一个想到的。这也是困扰物理学家的一个题。古人真的做到了“夏制冰”吗?换句话说,如何才能“夏日制冰”呢?这是科学技术史上一个悬而未决的题。


《淮南万笔书》记载了比较具体的“夏季制冰”:的方法“将沸汤放入瓮中,盖上鲜青,三日后化为冰”。科学家对夏季结冰可能性的研究也是从这一点延伸而来。


早期,中国著名物理史学家洪振焕认为,《淮南万笔术》的制冰方法,唯一可能的物理依据就是随着气压降低,水的冰点升高。他在《淮南万笔书》及其物理知识一文中指出,“开水放在瓶子里,瓶口密封,沉入井水中,瓶内温度急剧下降,液体表面压力大大降低,瓶中水的冰点相应升高……”然而,压力每降低1个大气压,水的冰点仅升高约0-008C。因此,他得出结论“气压对冰点的影响很小,所以根据《万笔书》的记载,无论如何都不可能结冰。”洪振焕否认了依靠水的冰点与气压的关系实现“夏季制冰”的可能性,这彻底否定了《淮南晚笔术》中“夏季制冰”的理论。


夏季制冰可行性示范实验


不过,中国科学技术大学科技史系李志超认为,古人可能通过气体绝热膨胀和冷却认识到了“夏结冰”的原理,并指导硕士生赵鸿俊进行“制冰”实验示意图“取一个容量为1升的玻璃形瓶,内装少量水,用橡皮塞密封——玻璃管穿过塞子,其下端到达瓶底。瓶内放置温度计——玻璃管外端连接橡胶软管,软软管顶部有一个可调节且紧固的卡箍——”,通过模拟实验原理上已经证明,沸水可以通过密封然后缓慢放气来冷却以获得低温。


李志超随后提供了更详细的解释


“窄口大肚的瓶子里装的水并不多,煮一段时间,让整个瓶子和水温度一样。水蒸气充满整个瓶子,把原来的空气大部分都带走了。”挤出来,煮至水全部剩下,如果不多了,立即用浸水的细布封住,沉入深井。在北方或高山区,水深盛夏时井内温度也可低于10,瓶一冷却,水蒸气凝结,瓶内气压急剧下降,接近真空,当瓶内温度与井接近平衡时水,马上拿出来,瓶子就开始呼吸,这是减压膨胀,是一个吸热的过程,瓶子的温度就会下降,掌握好的话,可以得到几缕冰渣,或者至少让瓶子里的水温降到比室温低几度。”


李志超的实验在科学技术史上产生了巨大的影响。例如,《中国科学技术史物理卷》和《中国古代科学技术史纲要物理化学卷》均收录并引用了该研究工作的结论。


后来,中国科学技术大学教授康辉提出,《淮南万笔书》中的“夏季制冰”方案可以解释为在一个大瓮里放一杯开水,重新封好,沉入井中三天。杯子里的水结冰了。通过这种新的解释,将沸水倒入杯子中,而不是直接倒入瓮中。如果在瓮中的杯子下方放置一块不易导热的木块,当瓮中的空气因瓮壁上凝结的蒸汽冰而变得稀薄时,此时根据液体的原理抽水制冷,可以实现“夏季制冰”。


湘潭大学雷志华教授也提出,水在低压下快速蒸发、吸热制冷,就是“夏季制冰”的制冰原理。冰是在瓮口的边缘形成的,而不是传统观点认为的在瓮的底部。他还指出,要实现“夏季制冰”,需要满足三个条件相对湿度低、罐体容积大、空气温度适宜。结合定量理论计算和定性模拟实验,证实了“水快速蒸发吸热”制冰的可行性。但制冰量却很小,投入产出比可以说很低。


综上所述,夏季使用热水时,水在低压下迅速蒸发时会吸热降温。只要空气湿度低,温度合适,瓮的容积大,密封效果好,确实可以制造少量的冰。如果想要获得更多的冰块,就必须增大瓮的体积并降低瓮外空气的相对湿度。大气相对湿度越小,瓮的体积越大,冰量也越大。


由于果岭中空气与水的热交换,实际冰量小于理论冰量。因此,淮南派的“夏季制冰”是在天气干燥时进行的。冬季气温低,空气绝对含水量小,这种“冬季制冰”的方法不会成功。


总结


目前,经过多次具体实验,科学家一致认为古人确实实现了“夏季制冰”。然而,经过近半个世纪的科学论证,科学界对于古人如何实现夏季造冰仍没有达成共识。冰,即使古人的“夏季制冰”原理确实与李志超、雷志华教授等人的原理不谋而合,但这样的制冰技术也不可能大规模批量生产和推广,所以只能服务于时代的需要。为贵族所用。另外,在古代,严格的环境需要对所有数据进行精确控制,并且需要将气压降低到一定程度。这可以说是非常困难的,失败率应该也是非常高的。


其实,除了夏季制冰之外,古人还从道家水法炼丹的修炼中获得了人工制冰的经验。据说西汉淮南子弟子巴公所写的《三十六水法》配方中常用硝石,若溶解吸热的强电解质,如冷水石或凝结水石头,一定能够察觉到冰冻现象。这也充分说明了古人的智慧。


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