古人用热水造冰,中国古人用热水造冰的原理

夏季骄阳似火，在如此酷暑下，我们习惯于各种科技产物下的降温方式，早就无法脱离它们，也无法想象没有度夏神器的一天该如何度过。

2000年前既没有冰箱又没有空调可以消热解暑的古人，又是如何度过暑热的呢？

“玉来盘底碎,雪到口边销。”这是一段古人关于冰制品的描写，那么当时的冰，是从何而来？

事实上，即使冰块在古代的夏季十分珍贵，古人也有着独属于那个时代的降温方式，那便是热水造冰。

与此同时不禁令人更加疑惑，这究竟是如何实现的？热水造冰又是根据什么原理而制成？

热水制冰的原理至今仍困扰着物理学家们，始终无法得到一个确切的解释。

古代制冰的方法

溯流追源，古代的制冰法层出不穷，最通用的是冬季贮藏冰块的方法，虽然只有少部分的皇家贵族能够使用。

古人在冬季提前将冰块放到冰窖中，底下垫着稻草、芦席，又盖上一些类似于树叶之类的来隔离与外界的接触，封存窖口，夏天就可以使用。

此外还有唐朝时发现的硝石制冰方法，这也是古代目前来说最为合理的一种制冰方法。

准备一大一小注满水的容器，在大容器中加入硝石，硝石溶于水，小容器的水便会逐渐变成冰块，硝石也是如今的碳酸钙，碳酸钙吸热，周围的温度便会降低。

《淮南万毕术》中有着可以说是为久远的热水制冰方法，这种方法足以让你大吃一惊。

取用沸水放置在容器中，将容器口紧密封上，然后将之置入水井里，仅用三日就成为冰块。

其中最让人费解的是为什么要用沸水，并且为何要放入井水中，明明想要得到的是冰块，对于物理学家而言，这种“夏造冰”的方法十分值得一探究竟。

按理说应当是将水置于极为寒冷之地才能够变成冰，然后将冰块保存这才是合乎情理的做法。

热水制冰的原理

前两种古代造冰方法的原理不难揣测，最让人感到神奇的仍是热水造冰的方法。

水是如何成为冰的？如今的科学家会说，水是液体，液体在零度时凝固结晶从而形成晶核，晶核最终变成晶粒，宏观上也就成为了冰。

也有当代物理学家说，这是物体从液态转变为固态的过程，温度降低至零度时，根据热胀冷缩，水分子间距缩小，最终变成固态的冰。

而热水造冰有一种说法是利用热胀冷缩的原理，之所以使用沸水是因为气压，越深的井里面的水越冷，通过在井水中不断降温从而改变水的沸点，使得水的分子结构变成冰。

以上仅为一种猜测，我们都知道，水转换成冰这个条件十分苛刻，并且具有偶然性。

古代又无法控制沸点与气压，古代的井也无法挖凿得那么深入，根据记载显示，古代的井一般只有十米左右，最深也不过达到几百米的深度。

倘若通过气压来达到降压的效果，冰点也无法提升到1℃以上。

坦桑尼亚的一位学生发现，提前被加热的水有利于更加快速地结冰，这位学生叫姆潘巴，后人也将这种现象称之为“姆潘巴效应”。

这种效应是说，温度高的液体在温度低的条件下，一旦与极低温度的环境直接接触，那么降温速的度远远快于温度较低的液体，甚至于达到结冰的结果。

由于水蒸气会蒸发消失，温度低的液体质量轻于高温度的液体，在同等的质量与环境下，高温液体削减的热量更多，冷却速度自然而然也更快，因此选择沸水。

这种效应局限在于需要同等的温度与质量，并且水并不能以其他方式蒸发消失，要保证影响因素的单一性。

逼近本源的猜想

紧接着有另外一种假设随着而来，通过沸水产生的高气压流通过缝隙另一端的低气压，冷热相撞，沸水瞬间降温成冰，这也是所谓的“焦汤效应”。

古代虽然无法营造实验室严密的环境，但古人有着生活的经验，他们用丝织品将瓶口密封，这正成为多孔缝隙，意外营造适当的实验场景。

在现代人的缜密下，多次实验最终发现，沸水降温后沸点不再很高，降温速度也随着下降，难以形成大量的冰块，这种方法的漏洞十分明显，需要即为苛求的环境。

另有一学者则更为周密，热水制冰的原理应当是流体通过多孔胀大从而引起温度变化，此过程为不可逆过程，这正是“焦耳汤姆逊效应”。

古人放置沸水的容器瓶口稍小，容肚极大，水蒸气膨胀但无法通过瓶口，只能不断挤满容器中的气压，容器外又有着低温，容器内外的温度逐渐趋于冰的温度。

人们同样进行多次模仿，这个实验虽不需要极度严谨的环境，但实验者发现，这需要容器的体积很大，并且井水达到接近零度，这也已经是较为简单且更易实现的猜想。

科学永无止境，对于古人热水制冰的原理至今物理学家们仍是没有停下探究的步伐。

更有学者通过水与冰的晶体结构去解说，温度降低时水分子的氢键断裂，最终形成冰的形状。

而沸水加剧氢键的断开速度，使得氢键的粘合性较弱，因此沸水比起温水或凉水更快结冰。

实验结果表明，要控制不同冰格的结冰速度一致是困难的，温度越低，差异就更加巨大，所以即使这个假设更加从冰的本质去解释，但意味着变量也更多且实现条件更加困难。

他们众说纷纭，即使至今没有统一的见解，但科学的魅力正在于探究的多样性，终有一天，热水制冰的根源能够被剖析出来。

结论

往往事物的本质总是以最淳朴的方式显现，热水制冰的原理古人并无法知晓，但他们能够将这个方法利用最大化，并且能够不踏上科学巨人的肩膀。

古代“夏造冰”的方法仅有几种，并且其中大多数皆为权贵之士才能使用，平民百姓实属不易。而热水制冰为他们带来少有的清凉来度过夏日炎炎。

对于古人来说，热水制冰能够解决夏天的炎热酷暑，唯一值得遗憾的是，这种方法并未遗留下去，乃至最终失传。

两千年前古人就能用热水制冰，这种现象的原理是什么？

大约2000年前，我国古人甚至还能用热水制冰，这是真的吗？具体是怎么做到的呢？

第一、成熟于公元前二世纪西汉时期的淮南万碧树就有过这样的记载取废汤至瓮中，密以心煎，陈中三日成冰。大概意思就是将开水放到陶器里，用丝制的物品将其密封。然后在井中放置三天后就能结成冰。针对这个记载，很多学者都进行了实验，最终结果就是这种方法确实可以造冰，而且必须用开水，也必须要在夏天制作才行。原理是低压下水快速蒸发时会吸热制冷。

第二、但在实际操作过程中，不管怎么设定条件，所制成的冰都是非常少量的，更何况还要在酒中呆上三天，即使成冰也早化完了。所以古人究竟是如何用热水制冰的，具体并没有定论。并且在这里，我国古人用热水制冰的方法与国外的母潘巴现象也极为相似，它指的是在同等体积、同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。简单来说，就是热水比冷水更容易结冰。它是在1963年有一个学生。姆潘巴发现并命名的。但实际上，早在古希腊时期，哲学家亚里士多德就提出过，在同等低温条件下，温度高的水结冰速度会快于冷水。

第三、既然热水制冰无法证实，那古人没有冰箱，具体又是如何制冰的呢？硝石就是一种最为有效的方法。根据记载，用硝石制冰时，接准备大小两个盆，接着在大盆中注满水，把小盆放到大盆里并成淹没状态，然后在大盆里倒入硝食，同时不断摇晃。由于硝食溶于水时会吸收大量的热能，使周围的水降温直至结冰，所以在消食的作用下，小盆中的水慢慢就能结成冰块了。之后将冰块置于冰窖，待使用时取出即可。除了将冬季的冰块保存到来年夏。

西汉时期，古人如何用热水制作“夏造冰”是困扰科学家的巨大难题

2014年12月22日，英国苏格兰地区的寒风呼啸。当地人民深受低温侵害，可是当地的渔夫在外出时却突然发现河面上漂浮着一系列像圆盘一样的浮冰。这是当地人第1次看到圆形的自然浮冰。消息一经被媒体宣传之后，也引起了很多国外网友的关注。

人们从小到大看到的冰块无数，即便是在饮食文化上，冰块出现的频率也很高。但是在自然现象中，人们却看到了像圆盘一样的冰块，这种案例还是非常少见的。

也就是说，人们对于冰块的了解其实并不是很全面。大家进而可以深入探讨另一个问题：在古代时，人们又是如何在夏天高温时期使用冰块呢？

根据史书记载，西汉时期古人就已经可以用热水去制作冰块了，这是人们在收集冬天的冰块进行储存之后，另一种得到冰块的方式。而关于热水制冰，也许人们第一眼看上去不容易理解。但在现代生活中，热水制冰的方式也非常常见。

一些酒店会专门订购一些用热水制造的冰块，但是这种热水是指用沸腾的环境，把液体里面的杂质清除干净。然后再进行降温，最后冷藏得到冰块。

西汉时期有一个学派叫做淮南学派，他们就留下了一本著作，名字叫《淮南完毕术》。书中就提到了用热水制作冰块的方法：取沸汤置瓮中，密以新缣,沈 （井）中三日成冰。

21世纪初，中国科学技术专家李志超先生就对于西汉人民这种用热水制造冰块的方式进行了实践。他在自己的论文中表示，这种制冰方式主要依赖的原则是通过气体绝对膨胀，然后急速降温，最后再达到焦耳和汤姆逊效应，得到少量冰块。

李志超通过实验认为，西汉人用热水制作冰块的方式符合物理效益。但是在李志超亲自实验了之后，依然也没有成功制成冰块。这也就让人产生疑问，为什么著名物理学士按照古人留下来的方法去如法炮制，效果却不是很理想，这又是为什么呢？

李志超表示，夏造冰的原理说得简单一点，就是先找一个极其讲究的瓶子。这个瓶子的腹部一定要更加庞大，口径和底盘一定要相对而言更小。然后再将煮沸的水赶紧倒入瓶罐中，用热水的高温将瓶子里多余的空气用气体排除法全部排除于体外。再等到液体的温度快下降时，人们用丝织品将瓶子的口部堵住。

最后再进行一次密封，然后将瓶子丢入到深井里面。等到瓶子内的液体全部完成了降温，那么水汽就会凝结，这就会让瓶子里面的水蒸气一时之间受气压的影响处在真空的环境下。在隔一段时间后，人们把瓶子从井里面捞出来，就可以得到少量的冰块。

同时学者李志超还认为，夏造冰的制造过程及其复杂，不仅消耗大量人力和物力，而且制造出来的冰块数量也不容乐观。所以现代人在进行夏造冰实验时，很容易失去耐性，也就无法取得理想的效果。而对于生产力比较落后的古代人而言，夏造冰已经是西汉时期人们眼中的一种高 科技 了。

除了李志超学者之外，国内还有另一位物理学家名字叫做洪震寰。他也对夏造冰实验抱有很大期望，但是在他自己亲自进行了下实验之后，依然是失望而归。

他在论文中提到夏造冰实验时所涉及的气压，最大程度上只是给瓶子里的液体降温0.008 ，那么微小的数据需要反复实验才能够叠加出效果。古代人即便是耐心满满，但也不可能会大费周章的去花很长时间得到少量冰块。也就是说，洪震寰认为古代人在制造夏造冰时，很有可能会额外再运用到一些仪器。比如说球形玻璃瓶，另外再佩戴上可以调松紧的夹子，而这些仪器最常出现在现代人的化学实验室中。

所以，这时人们可能会产生一种新的疑惑：既然夏造冰真实存在于 历史 记录中，进一步证明了古代人可以用热水制造冰块。但是这种原理哪怕被现代科学家验证了可以实施，但其可实施性依然是困扰科学家的巨大难题。

不过这种问题也比较常见。比如说古代人可以手工抽金丝，可是现代人在使用高 科技 仪器的时候，也很难达到古代人手工抽金丝的那种精确水准，这也没办法被人们解释。

还有像金字塔的砖头和万里长城的砖头，是如何帮助人找到或者制作而成？古代人又是如何将这些砖头进行建筑的？这都是现代科学所没办法解释的难题。也许只有等到人类文明更进一步时，才能对这些疑问进一步解答了。