1.水冰的性質(zhì)及其凍結(jié)過程

水冰是水的結(jié)晶體，其晶體構(gòu)造屬透明六方晶系，但冰塊系多向結(jié)晶。根據(jù)其形成時(shí)的條件不同，透明度、形狀亦各不相同。

水冰的密度與形成時(shí)的環(huán)境溫度和壓力以及其內(nèi)部的空氣和雜質(zhì)含量等有關(guān)。在常壓下，水冰的密度約為0.917x103 kg/m3，比水的密度小，故水凍結(jié)成冰后，體積大約要增加9%。水冰形成時(shí)的溫度越低，密度越大。

水冰的熔點(diǎn)即水的冰點(diǎn)，也和形成時(shí)的環(huán)境壓力有關(guān)。在大氣壓力狀態(tài)下，其熔點(diǎn)為0℃。在一定的壓力范圍內(nèi)，隨著形成時(shí)的壓力升高，冰的熔點(diǎn)降低。冰的密度和純度決定了其在常溫范圍內(nèi)的融化速率，密度越大，純度越高，融化的時(shí)間就越長;反之，則融化時(shí)間短。

水冰的質(zhì)量比熱容與其溫度有關(guān)，在0℃~-20℃內(nèi)，其平均質(zhì)量比熱容約為2.09 kJ/(kg·K)，其平均融化熱為335 kJ/ kg。

水冰的導(dǎo)熱系數(shù)也與其溫度有關(guān)，溫度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越大。在0℃~-20℃的范圍內(nèi)，其平均導(dǎo)熱系數(shù)為2.326 W/ ( m·K)。水冰的抗壓強(qiáng)度與溫度有關(guān)。在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越低，抗壓強(qiáng)度越強(qiáng)。

水在凍結(jié)過程中，分子間存在兩種相反的作用力:一種是分子聚合力，促使結(jié)晶的形成;另一種是分子熱運(yùn)動力，阻礙結(jié)品的形成。水要凍結(jié)成冰，必須克服后一種作用力。因此，在水的凍結(jié)過程中，要設(shè)法將水的熱量移走，使其溫度降低而減弱分子熱運(yùn)動力。當(dāng)水與低于0℃的冷媒體(如空氣、管道、冰桶等)接觸時(shí)，冷媒體將處于接觸界面處的一層水的熱量取走，使該層水首先凍結(jié)。首先凍結(jié)的薄冰層又成為熱的傳導(dǎo)體，將未凍結(jié)的水的熱量不斷地傳給冷媒體。這樣使水一層一層地凍結(jié)，凍結(jié)的冰量越來越大，冰層越來越厚，直至水全部凍結(jié)或某一冰水界面處的溫度維持在0℃時(shí)凍結(jié)過程終止。

2.干冰的性質(zhì)

干冰具有密度大、升華吸熱壁大、升華溫度低、干凈衛(wèi)生等特點(diǎn)。干冰的密度與制取方法有關(guān)，其平均密度為1.4x 103 kg/m3。在常壓下的升華溫度為-78.5℃，在真空狀態(tài)下的升華溫度為-100℃。在大氣壓力狀態(tài)下，干冰的升華潛熱約為573. 6 kJ/kg，加上升華后的氣體溫度由-78.5℃升至0℃，則總共可吸熱636. 4 kJ/kg，約是水冰融化熱的2倍。由于干冰的密度大，故其單位容積吸熱量也大(891 kJ/m3 )，約為水冰的3倍。