生活中的物理現象

Question

最近看一本書，書中描述從冰箱拿出一罐飲料打開之後瞬間結冰，這有可能嗎?原理又是什麼 ?請詳細回答喔.....
因為我的理解是
冰箱分為冷凍級冷藏兩部分，一般來說的話，冷凍是-10至-20度c左右，而冷藏的話，是0到5度c，在餐廳裡，飲料通常放在冷藏，根本未達凝結點，即使打開罐頭的同時，液體失去了二氧化碳氣體，還有開罐降低壓力，在常理上不太可能發生瞬間結冰的情形……，除非室溫低於零度，但這種情況在台灣是不可能發生的。



（摘自作者原文）費小曼臉色大變，嚇得范小愛趕緊從冰箱拿一罐飲料。她打開汽水飲料一瞬間，發現它結冰了。趕緊再回去拿一罐烏龍茶。
費小曼接過烏龍茶，趕緊打開一鼓作氣地全喝完。范小愛看到費小曼被辣嗆到眼淚流，以關心地眼神看著他。
「沒事了。」他豁達地微笑，搖搖頭。范小愛這才鬆了一口氣。
「剛才那結冰的汽水是怎麼一回事呀?」范小愛驚訝著!
「汽水只要還在冰箱裡就不會結冰，因為冰箱裡的溫度高於汽水的凝固點。但是當妳拉開瓶蓋時，就等同於做了兩件事，降低罐裡的壓力，而且釋放一些氣體。這兩個效應各有不同原因有助於液體凍結。」費小曼猜測著。
「每一種液體都有其凍結的溫度，也是它的凝結點。純水的凝結點是攝氏零度。不純的水含有任何溶解物的水凝結點比純水更冷。當水裡溶解的東西愈多時，凝結點就愈低。像妳剛拿的汽水當然有許多東西溶在裡，像是糖、調 味劑，尤其還有二氧化碳氣體。所以它要低於攝氏零度很多才會凝固。」
「但是妳打開罐的時，液體失去了二氧化碳氣體。因為含有較少的溶解物，液體的凝固點高於它在冰箱的溫度，所以才會凝固。」
「還有呢，開罐降低壓力還有另外效應。冰所佔的體積比液態水來得大。所以如果妳降低壓力，液態水得以膨脹成比較大體積的形式，也就是冰。」
范小愛:「好像這還不夠似的，還有第三個效應。是不是打開罐頭的時候，被壓縮的二氧化碳氣體會膨脹。氣體膨脹不是也會降度溫嗎？這個額外的冷卻也有助於凝固。」
.....................

根據作者的描述 ,瞬間結冰的地點是台灣的某餐廳 ......,
應該是不可能發生的

Answer 1

可能，我這邊用熱力學的觀念去做分析：
由敘述得知汽水拿去來到打開時間很短，忽略掉溫度的損失
則此系統為一等溫過程系統
在來，開瓶大量氣體流失，為一個降壓過程
整個系統(指的是汽水罐內的環境)是一個等溫降壓過程
再由拉午耳定律知道，汽水是一個水為溶劑的混和物，
他的凝固點會比純水在一大氣壓的凝固點0度C來的小
但是題目是說他打開瞬間結冰，也就是本來的環境沒有達到他的凝固點

綜合以上的判斷分析，如果是放在冷凍庫裡由你提供的資料10至-20度c左右
也就是說系統內的混合液體尚未達到凝固點，可以推出凝固點在比-20度C還低的地方。

如果要解釋瞬間冰凍的現象，你手邊需要有三相圖
http://www.ldgz.com/images/zg-sxt.jpg
這個三相圖有點小，將就點= =

由圖可知，三相點O在4.55mmHg 0.01度C處
但是我們得知道的環境是一個低於-20度的地方，為了解題方便
我們假設冰箱就是-20度
現在在三相圖上垂直劃一條-20度的等溫線
你會發現他可以跨過水-冰線(正確名稱應該是Fusion line)
但是那個線的斜率很陡，等於說你本來的屏內壓力要很大
注意看圖上有一條線是750mmHg這比大氣壓略小一點點，我們在他上面估計一條760mmHg的線，那個縣代表的是你等溫降壓後的壓力點
因為系統開放後氣壓會降到跟一大氣壓一樣。

當你做好這些圖以後你會發現，屏內的壓力可能出乎意料的大~
雖然有些不可思議，但是如果有這樣的氣水瓶的話，真的會一開就結冰



事實上放在冷藏庫，的確就很不太可能了，應該說的確不可能
要造成這現象，一定要比三相點溫度低，才有可能，你可想想看^ ^

以上，解釋哪裡不通的話可以在提出來討論~

2006-10-23 19:27:00 補充：
即便是在台灣，還是有可能，怎說？還記得我一開始的假設吧?從冰箱拿出來到打開時間很短，我們假設熱傳量很少，所以可以忽略掉溫度下降，也就是就算台灣很熱，他也不可能把一個溫度-20度的東西，瞬間加熱到0度以上，所以冰箱如果能讓汽水在subcool的狀態~也就是下面高手說的過冷狀態，的確是可行的，我解答裡面說的就是在營造這個環境。給你課本來源，你可以查查看^ ^Fundamentals of Thermodynamics 作者Sonntag,Borgnakke,Van Wylen 出版商Wiley

Answer 2

是那罐飲料被冰至過冷狀態,是"過冷水".日本廠商有特別製造這樣的冰箱.造價蠻貴的.過冷水罐裝飲料,在冰凍時有維持一個穩定狀態(所以冰箱造價蠻貴的).在開罐後穩定狀態被破壞,其溫度是在冰點以下,所以會瞬間結冰.