冰塊外面裹棉被，會更快融化嗎？

一、棉被裹冰塊，黃磊做對了嗎？

在9月6日的《極限挑戰》節目中，有一項運送冰塊的任務，明星黃磊為了避免冰塊在途中融化，從棉襖上撕下一大塊放進了裝冰塊的包里。這讓站在旁邊的羅志祥無法淡定了，“不會更快融化嗎”，他忍不住問。

然后，童年時家里沒有冰箱的黃渤和王迅，和羅志祥“分享”了自己在棉被里存放冰淇淋的經驗，并試圖從科學的角度讓羅志祥明白棉被不會把冰塊“悶”融化。然而羅志祥卻更加迷惑……其實，節目里黃渤和王迅已經解釋得很好了，只是不夠詳細。這里，小編就來完成他們沒有完成的任務——向“羅志祥們”解釋明白。

首先，我們要清楚，物體溫度的變化源于物體之間的熱傳遞。根據熱力學第二定律，熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，直到二者溫度相等。其次，棉被、羽絨服和暖壺之類的保暖品，它們本身不發熱，能保暖是因為它們能減少內部物體與外界的熱傳遞，使內部物體自身的溫度不會很快改變。也就是說，如果是熱水等高溫物品，放入這些保暖品中，會長時間保持較高溫度；如果是冰塊、冰淇淋等低溫物品，放入這些保暖品中，會比放在常溫下融化得慢。用黃渤的話說就是既能保溫又能保冷。

最后，熱傳遞有三種方式——傳導、對流和輻射。棉被、羽絨服和保溫杯等通過導熱性差的材料（如棉花、羽毛、玻璃）或真空來隔絕物體與外界空氣，減少了二者之間的熱傳導和熱對流，從而達到保溫效果；暖壺則在此基礎上，通過在內膽鍍銀，能夠將容器內物體向外的熱輻射反射回去，也可以防止外部的熱輻射進入瓶內，減少熱輻射形式的熱傳遞。

二、液氮、超導與玫瑰花

聊完保溫，咱們再來聊聊制冷。保溫的目的是維持物體原本的溫度，制冷則更多的是要將物體的溫度降低到環境溫度以下并保持在規定低溫狀態，簡單地說，就是要將物體冷卻或冷凍。前者是要隔絕物體與外界的熱傳遞，后者是利用物體之間的熱傳遞，將被冷卻物體的熱量傳遞給制冷劑實現降溫。制冷效果的一個關鍵在于制冷劑，常用的制冷劑有水、氨、氫氣、氦氣、氟利昂等。

液氮由于其易制備、無毒、化學性質不活潑、沸點低（-196℃）等特點，成為一種常用的深度制冷劑。液氮可以用來迅速冷凍食品和制作冰品，為高溫超導體顯示超導性提供所需的溫度，冷凍生物組織、精子、胚胎等，以及冷凍保存植物種子、花粉、器官等。

除了我們日常接觸比較多的食品、運輸、倉儲等行業，保冷、制冷與凍土區的鐵路工程也有密切關系。我們知道，建設鐵路需要鋪設鐵軌，鐵軌的穩定性對鐵路運營安全至關重要。在多年凍土區，凍土對溫度變化敏感。在寒冷的冬季，凍土凍結，體積會發生膨脹，其上鋪設的路基和鐵軌會被“凍脹”的凍土頂得凸起；在炎熱的夏季，凍土部分融化，體積縮小，路基和鐵軌隨之下沉。凍土的凍脹和融化下沉反復交替出現，就會影響路基穩定性，導致鐵軌出現波浪狀得高低起伏，對鐵路安全造成威脅。

青藏鐵路是世界上海拔最高、穿越多年凍土地段最長（約550千米）的鐵路，為了解決高原凍土問題，采取了多種創新性的技術措施對凍土路基進行主動冷卻。這些措施包括鋪設片石層通風路基和U形塊碎石路基、修建碎石（片石）護坡或護道、設置熱棒以及保溫材料等。

乘客在乘坐青藏鐵路時，可能會看到路基兩旁插有一排排直徑約15厘米、高約2米的細棒，這就是給路基制冷的熱棒。它是一種高效導熱裝置，具有獨特的單項傳熱性能：熱量只能從地面下端向上端傳輸，反向不傳熱，像是一種不需動力的天然制冷機。

熱棒是如何實現單向傳熱的呢？熱棒的結構是一根密閉的鋼管，里面裝有液氨（沸點-33.4℃），露出地面的上部（放熱段）裝有散熱片，下部（吸熱段）直接埋入多年凍土中。在青藏鐵路所處的多年凍土區，環境溫度長時間低于熱棒下部所在凍土層的溫度，熱棒下部的液氨吸收凍土的熱量，汽化上升；到熱棒上部，接觸到較冷的管壁后放熱，重新冷凝成液體，在重力作用下沿管壁流回熱棒下部，然后吸熱再蒸發。如此循環往復，就起到了對凍土的冷卻作用。在夏季，熱棒中的液氨全部變成氣體，氣體對流少，熱量向下部傳遞很慢。故熱棒具有單向傳熱的特點。

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