小小科学家揭秘水变冰的神奇过程

水是液态的吗？

冰为什么会浮在水上？

冷却是什么原理？

如何快速让水变成冰？

水和冰有哪些不同之处？

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你知道吗，水本身并不是固定的。它可以根据温度变化成为液态、气态或者固态。这三种状态我们称为物质的三个基本形态。一般情况下，我们生活中的水都是液体，因为我们的环境温度适合水保持这种状态。不过，如果把水放到足够低的温度，它就会发生物理变化，转变成固体——这就是大家熟知的“结冰”或“凝华”。

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当我们看到一杯冷却下的开水中开始形成薄薄的一层透明薄膜，这是因为冷却过程中的一个非常有趣现象。在这个过程中，溶解在热开水里的空气泡沫开始凝聚起来，最终形成了表面的薄膜。这一现象被称作“汽化压力”。不过，当这些微小泡沫完全凝结成冰块时，它们会比周围的液体轻得多，因为它们包含了空气，所以自然而然地就浮在了表面。

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冷却是一个热量从一种形式传递到另一种形式的过程。当我们将热开水放在室温下时，热量通过散射作用迅速流失到了周围环境。随着时间推移和散发出的更多热量，开水逐渐降至其饱和蒸汽压以下，那么它就会开始凝华，即从液态转换为固态，同时释放出大量潜能（即所谓的心脏效应）。这种减少总能量（包括内能与外能）的现象正是冷却背后的物理基础。

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要快速让半桶清凉的大碗里半满的小碗里的浓茶变成坚硬的小球，你需要先将整个大碗迅速放入深雪中，然后立即用手指按住茶叶，让其紧紧贴合碗壁。在此同时，用另一只手迅速地摇晃整只大碗，以确保所有茶叶都接触到了最冷的地方，并且尽可能均匀分布于整个底部。此方法利用的是急剧降低环境温度来促进快速结晶，使得原本悬浮在液面上的茶叶很快沉淀下来，从而形成一个坚硬的小球。

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除了颜色、味道和质感以外，还有很多其他方面使得冰和普通的房间温暖时期中的清凉饮用之物——活泼生动的人类社会生活不可或缺的一个元素——截然不同。首先，在物理属性上，尽管两者都是由氢氧分子组成，但由于它们处于不同的状态，因此具有不同的密度。当你把一杯充满融化后的冰块倒入玻璃瓶里，你会注意到它不会完全填满瓶子，而留出一些空间，这是因为融化后形成的一滴滴露珠占据了一定空间。而相反，当你试图倒掉一杯刚刚加进去几颗新鲜切碎出来的小碎冰片的时候，由于每个碎片都像是独立存在，不像融化后的露珠那样互相重叠，所以容器几乎被填满了。但如果你仔细观察，你还会发现另外一个区别：融化后的软糯食材虽然看起来没有那么美观，但它不仅能够提供同等数量的手感，也更加容易混合进各种口味丰富、香料浓郁的情侣派或者果冻一样甜蜜诱人的蛋糕制作材料；而那些未经加工过的大理石般洁白如玉、小巧又坚韧不拔的小碎片则更适合作为装饰品添彩，或许也因此成了许多人心头宝之一，无论是在夏日炎炎还是冬日寒风凛凛，都是一份难以忘怀的心情礼物。