2025年春節(jié),,中國動畫電影《哪吒之魔童鬧海》(簡稱《哪吒2》)登頂中國影史票房榜榜首,。在影片中,,當(dāng)幾位主要角色打斗時,“物理學(xué)知識”——冰不導(dǎo)電幫助一方扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局,。
那么,,冰到底導(dǎo)不導(dǎo)電?
能否導(dǎo)電看純度
從物質(zhì)導(dǎo)電的基本原理來看,,某類物質(zhì)能夠?qū)щ?,主要由于其中存在可自由移動的電子或離子。
南京信息工程大學(xué)教授劉玉柱介紹,,嚴格來說純凈的水幾乎是不導(dǎo)電的,。純凈的水是一種極弱的電解質(zhì),內(nèi)部自由移動的離子數(shù)量極少,,因此導(dǎo)電性極其微弱,,幾乎可以忽略不計。
但在日常生活中,,大多數(shù)水往往含有礦物質(zhì)等雜質(zhì),。以水中含鹽為例,鹽的主要成分是氯化鈉,。在水分子的作用下,,氯化鈉晶體中的鈉離子和氯離子之間的離子鍵被破壞,。兩類離子逐漸脫離晶體表面,分散在水分子之間,。這些離子在水中可以自由移動,,成為傳遞電流的載體。當(dāng)給水溶液兩端施加電壓后,,帶正電的鈉離子會向電源的負極移動,,帶負電的氯離子會向電源的正極移動。離子的這種定向移動就形成了電流,,產(chǎn)生了水能導(dǎo)電的現(xiàn)象,。
冰是由水分子通過氫鍵形成的規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下,,水分子會被牢牢固定住,,無法形成可以自由移動的電子或離子。但由于現(xiàn)實生活中的冰通常含有雜質(zhì),,這些雜質(zhì)會變成離子,,導(dǎo)致冰有微弱的導(dǎo)電性。
例如,,由于海水含大量鹽,,海水結(jié)冰后,海冰通常具有導(dǎo)電性,。不過,,由于冰的晶體結(jié)構(gòu)對離子的自由移動造成了很大阻礙,所以和液態(tài)非純凈的水相比,,即使是含有雜質(zhì)的冰導(dǎo)電性仍然很弱。除此之外,,在環(huán)境溫度接近0攝氏度時,,冰的表面可能會形成一層極薄的水膜。當(dāng)水膜中溶解有電解質(zhì)時,,所含的可自由移動的離子可使冰具有導(dǎo)電性,。
線路覆冰危害大
含雜質(zhì)的冰的導(dǎo)電性是否會對日常生活產(chǎn)生影響?
在電力領(lǐng)域,,冰是電力線路的“勁敵”,。國網(wǎng)甘肅電力公司電力科學(xué)研究院輸電技術(shù)專家王津介紹,輸電線路覆冰會引起過荷載,、冰閃,、覆冰舞動、脫冰跳躍4種災(zāi)害,,進而引發(fā)導(dǎo)線斷裂,、桿塔倒塌,、絕緣子絕緣強度下降、機械損傷等問題,。其中,,含有雜質(zhì)的冰一旦導(dǎo)電,最有可能產(chǎn)生絕緣子冰閃,,對輸電線路造成損害,。
絕緣子是一種特殊的絕緣控件,在架空輸電線路中起重要作用,,通常由玻璃,、陶瓷等絕緣體制成。當(dāng)出現(xiàn)凍雨天氣時,,雨落到傘形絕緣子上會迅速結(jié)冰,。隨著凍雨持續(xù),冰層不斷積累形成線路覆冰,。相鄰絕緣子之間的冰層逐漸連在一起,,使絕緣子間形成導(dǎo)電通道。此時,,帶有絕緣子表面雜質(zhì)的冰體或冰體表面水膜會具有一定導(dǎo)電性,。當(dāng)導(dǎo)電性達到一定程度時,就可能導(dǎo)致絕緣子無法承受電壓而被擊穿,,產(chǎn)生破壞性放電,。這種放電或進一步引發(fā)線路跳閘以及絕緣子冰閃等嚴重影響電力系統(tǒng)運行的事故。
包括高鐵在內(nèi)的電氣化鐵路的接觸網(wǎng)同樣“懼怕”覆冰,。中鐵第四勘察設(shè)計院電化院管理專家李紅梅介紹,,如果接觸網(wǎng)覆冰,由于冰殼導(dǎo)電性較差且表面坑坑洼洼,,受電弓從接觸網(wǎng)上汲取電流時會遇到較大阻礙,,導(dǎo)致電流通路不穩(wěn)定,從而引發(fā)電弧現(xiàn)象,。這種情況較為嚴重時,,電弧產(chǎn)生的高溫會對接觸網(wǎng)線索造成損害,使接觸網(wǎng)線索被燒傷,。
(編輯:映雪)
