熔化与凝固

• 青铜器与焊锡：合金的熔点比组成它的纯金属低，所以铸造和焊接都用合金而不用纯金属。
• 白炽灯的钨丝：钨的熔点高达 3410 ℃，通电到白热也不会熔断。
• 雪糕能解暑：冰熔化时要从口腔和身体吸走大量热，温度还保持在低位，降温效果比同温度的凉水更强。
• 北方冬天菜窖里放水缸：水凝固成冰时放热，能使窖内温度不至于降到冰点以下，冻不坏蔬菜。

生活应用题 1 · 寒潮天给拱宸桥桥面撒盐

杭州寒潮来袭，气温降到 $-3$ ℃，拱宸桥附近的桥面结了一层薄冰。养护人员撒了工业盐后冰化了。请解释原理，并说明为什么撒盐比铺沙子更能「化」冰。

分步解：

1. 明确熔化条件：冰要熔化，必须温度达到熔点且继续吸热。此时气温 $-3$ ℃，低于纯冰熔点 0 ℃，所以冰不化。
2. 盐的作用：盐溶在冰面的水膜中形成盐水，盐水的凝固点（熔点）低于 0 ℃，可以降到 $-10$ ℃ 以下。
3. 条件被满足：熔点被降到 $-3$ ℃ 以下后，环境温度 $-3$ ℃ 就高于新熔点了，冰从空气和路面吸热即可熔化。
4. 与沙子对比：沙子不改变熔点，只增大摩擦、起防滑作用，冰仍在；盐是真正让冰熔化。
5. 答：撒盐通过降低熔点使冰熔化，撒沙只是防滑。

生活应用题 2 · 冰镇龙井凉茶为什么比冷水更凉爽

小杭有两杯 0 ℃ 的东西：一杯是 100 克 0 ℃ 的水，一杯是 100 克 0 ℃ 的冰。已知冰熔化成同温度的水，每千克需吸收 $3.36 \times 10^{5}$ 焦的热量；水的比热为 $4.2 \times 10^{3}\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$。把它们分别放进凉茶中，哪一杯降温效果更好？请用数据说明。

分步解：

1. 算冰熔化吸的热：$m = 0.1\ \text{kg}$，则 $Q_1 = 3.36 \times 10^{5} \times 0.1 = 3.36 \times 10^{4}\ \text{J}$。这部分热在温度不变的情况下就被吸走了。
2. 换算成等效温升：若让 0 ℃ 的水吸这么多热，依据 $\Delta t = \dfrac{Q}{cm}$，得 $\Delta t = \dfrac{3.36 \times 10^{4}}{4.2 \times 10^{3} \times 0.1} = 80\ ^\circ\text{C}$。
3. 比较：0 ℃ 的水从茶里吸热时，只能一边升温一边吸；0 ℃ 的冰却先在 0 ℃ 吸掉相当于「自身升温 80 ℃」的热量，之后才开始升温。
4. 答：冰的降温效果好得多。原因是熔化过程要吸收大量热，而且这段时间自身温度保持在 0 ℃，与茶水的温差始终最大。
5. 推论：所以冷藏保鲜用冰块而不用冰水，雪糕比冰水更解暑。