2025蛇年新春,國產動畫電影《哪吒之魔童鬧海》(簡稱《哪吒2》)一騎絕塵,強勢登頂中國影史票房榜首。

影片中有這樣一幕關鍵打斗戲,幾位主角激戰正酣,“冰不導電”這一物理學知識,竟成了扭轉戰局的勝負手。這就不禁讓人好奇,冰,它到底導不導電呢?

能否導電,看純度從物質導電的基本原理來講,某類物質能夠導電,關鍵在于其中存在可自由移動的電子或離子

南京信息工程大學教授劉玉柱表示,嚴格意義上,純凈的水幾乎不導電。純凈的水是極弱的電解質,內部自由移動的離子數量微乎其微,導電性極其微弱,幾乎可以忽略不計。

然而在日常生活里,多數水都含有礦物質等雜質。以水中含鹽為例,鹽的主要成分是氯化鈉。在水分子作用下,氯化鈉晶體中鈉離子和氯離子間的離子鍵被破壞,兩類離子逐漸脫離晶體表面,分散于水分子之間。這些離子在水中能夠自由移動,成為傳遞電流的載體。當給水溶液兩端施加電壓,帶正電的鈉離子會向電源負極移動,帶負電的氯離子會向電源正極移動。離子的這種定向移動便形成了電流,產生了水能導電的現象。

冰是由水分子通過氫鍵形成的規則晶體結構。在這種結構下,水分子被牢牢固定,無法形成可自由移動的電子或離子。但現實生活中的冰通常含有雜質,這些雜質會變成離子,致使冰有微弱的導電性

比如,海水因含大量鹽,海水結冰后,海冰通常具有導電性。不過,由于冰的晶體結構極大地阻礙了離子的自由移動,所以與液態非純凈的水相比,即便含有雜質,冰的導電性依然很弱。此外,當環境溫度接近 0 攝氏度時,冰的表面可能形成一層極薄的水膜。當水膜中溶解有電解質,所含的可自由移動離子就能讓冰具有導電性。

線路覆冰危害大在電力領域,冰堪稱電力線路的 “大敵”。國網甘肅電力公司電力科學研究院輸電技術專家王津指出,輸電線路覆冰會引發過荷載、冰閃、覆冰舞動、脫冰跳躍這 4 種災害,進而造成導線斷裂、桿塔倒塌、絕緣子絕緣強度降低、機械損傷等一系列問題。其中,含有雜質的冰一旦具備導電性,極有可能引發絕緣子冰閃,對輸電線路造成嚴重損害。

絕緣子是一種特殊的絕緣控件,在架空輸電線路中發揮著關鍵作用,一般由玻璃、陶瓷等絕緣材料制成。在凍雨天氣下,雨滴落在傘形絕緣子上會迅速結冰。隨著凍雨持續,冰層不斷堆積,最終形成線路覆冰。相鄰絕緣子之間的冰層逐漸相連,從而形成導電通道。

此時,帶有絕緣子表面雜質的冰體或冰體表面水膜便具備了一定的導電性。當導電性達到一定程度,絕緣子就可能無法承受電壓而被擊穿,產生破壞性放電。這種放電還可能進一步引發線路跳閘以及絕緣子冰閃等嚴重影響電力系統正常運行的事故,而電力系統一旦出現故障,將直接影響人們日常生活的用電需求。

不僅如此,包括高鐵在內的電氣化鐵路的接觸網也同樣 “畏懼” 覆冰。中鐵第四勘察設計院電化院管理專家李紅梅介紹,倘若接觸網覆冰,由于冰殼導電性較差且表面凹凸不平,受電弓從接觸網上獲取電流時會遭遇較大阻礙,致使電流通路不穩定,進而引發電弧現象。當情況較為嚴重時,電弧產生的高溫會燒傷接觸網線索,這不僅會影響列車的正常運行,還可能導致鐵路運輸延誤,給人們的出行帶來極大不便 ,對日常生活產生負面影響。

來源: 科技日報