高壓下水會結冰嗎？

01-13

由常識可知水結冰後體積會膨脹。如果將水密閉在一個剛性容器里，水還會結冰嗎？那麼在這個過程中，會產生多大的力（壓強）？如果外界提供的力（壓強）超過這個值又會有什麼現象發生？有利用這個原理而產生的發明嗎？

可以，請參考水的相圖

題主問題表述不嚴謹，我試著就我的理解寫一點。

1、「如果將水密閉在一個剛性容器里，水還會結冰嗎？」

這個相變過程受兩個物理因素影響——壓強（P）、溫度（T）。題主設定的條件只限定了P增大，那是否默認T下降？如果是，那答案是會結冰，不過要在更低的溫度進行。這個可以從相圖上看出。（目前高贊答案貼的水的相圖「特徵」不夠明顯，我另找一張）

注意固-液相線（CO），斜率是負的，這是水和其他很多物質的不同。

想要用數學形式表示的話，看克－克方程

式中L是相變焓（潛熱，Latent heat）。水凝固是放熱過程，焓變取負。

Δv是相變過程的體積變。因為水的特殊性，凝固反而膨脹，因此Δv在這裡取正。

解這個微分方程。。。。。。好吧，我數死早，過程結果就不提了。。。。。。你會得到P越高，T則越低。

總之，水還是會結冰的，只要溫度降得夠低。

2、「那麼在這個過程中，會產生多大的力（壓強）？」

解這個問題應該不難，只要找到水的一些物性數據，如凝固過程的線膨脹係數、冰的彈性模量等等。好吧，計算方法我又不提了，有興趣的可以找來三維的胡克定律算算，反正剛性容器的設定就是說凝固過程體積不變就是了。另，如果壓強太大，冰發生塑性變形了的話，就要用到屈服理論了，那就複雜咯。。。。。。。

3、「如果外界提供的力（壓強）超過這個值又會有什麼現象發生？」

好吧，我又要擅自給題主這個問題擴充一下。

首先，水在剛性容器的壓迫下還是頑強地結成了冰，（此時溫度低於常壓下的冰點）；

其次，由於冰被限制了膨脹，此時容器內壓強升高到一定值；

再次，接下來的操作要在恆溫下進行，或者溫度變極小，小到可以忽略，因為溫度要變的話，這麼複雜還怎麼討論啊，摔(╯‵□′)╯︵┻━┻；

最後，題主用某不知名的神秘力量，突破剛性容器的防線，硬是給容器內的冰提供額外的壓力，使P再升高，那麼，會怎樣？

當然是冰融化了啊。再看看上面的相圖，不過癮的話解解微分方程。

4「有利用這個原理而產生的發明嗎？」

溜冰鞋算一個。沒錯，就是底下帶白花花刀片的那種。

關於溜冰鞋的原理

好，最後用一個字答大問題「高壓下水會結冰嗎？」

會啊。

會結冰，但不是常壓下的冰，常壓下的固態冰稱為冰Ⅰ-h，h代表六角形。在每平方米146噸的重壓下，冰Ⅰ-h轉換為冰Ⅱ,3400噸轉換為冰Ⅶ，壓力的原因，溫度高達150~200℃，溫度達到-165℃時，就形成了冰Ⅺ。人類已經能夠在實驗室里製造出八種冰的晶體。