冰不導(dǎo)電？《哪吒2》里面的物理知識(shí)你注意到了嗎？

審核專家：周洪直 北京工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 碩士生導(dǎo)師

看完熱映電影《哪吒之魔童鬧?！罚闶欠窳粢獾揭粋€(gè)“物理修仙定律”？在“敖丙餡哪吒”與申正道打得膠著時(shí)，物理知識(shí)派上用場(chǎng)——“閃電在水里導(dǎo)電！但敖丙的冰是絕緣體！”

冰的結(jié)構(gòu)

冰是水在低溫下形成的固態(tài)物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)具有一定的特殊性。水分子（H?O）由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成。氧原子帶有部分負(fù)電荷，氫原子帶有部分正電荷，它們通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合在一起，因缺少自由電子而形成高電阻物質(zhì)。

冰為什么不導(dǎo)電？

任何物質(zhì)的導(dǎo)電與否表現(xiàn)在它的體電阻，即內(nèi)在自由電子或離子的多少。自由電子越多，導(dǎo)電越好，反之越差。這就是平常所說(shuō)的導(dǎo)電電流的大小取決于電壓、電阻的大小。

在純凈的液態(tài)水中，水分子之間存在著較強(qiáng)的氫鍵作用，可以形成自由電子的數(shù)量極少。而在固態(tài)冰中，水分子又通過(guò)氫鍵形成了規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。可以用來(lái)導(dǎo)電的自由電子更少，體電阻更高，自然導(dǎo)電性就很差了。

水為什么導(dǎo)電？

生活中之所以水能導(dǎo)電，主要因?yàn)樗軌蛉芙馄渌镔|(zhì)，特別是電解質(zhì)。

電解質(zhì)在水中溶解時(shí)，會(huì)分解成正負(fù)離子。例如，食鹽（氯化鈉，NaCl）在水中溶解后會(huì)變成鈉離子（Na?）和氯離子（Cl?），這些離子在水中自由移動(dòng)，從而大大降低水體的體電阻。

當(dāng)有電壓施加在水的兩端時(shí)，使得離子移動(dòng)而形成電流。這就是水能夠?qū)щ姷脑?。?dǎo)電性能的好壞，取決于電解質(zhì)所含自由離子的數(shù)量。自由離子數(shù)量越多，體電阻越低，導(dǎo)電性越好。

自然環(huán)境中的水通常含有各種礦物質(zhì)和雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)顯著提高水的導(dǎo)電性。因此，我們通常說(shuō)的“水能導(dǎo)電”，其實(shí)是指含有雜質(zhì)的水。

注意，冰的導(dǎo)電性會(huì)因以下條件發(fā)生變化：

01雜質(zhì)的存在

如果冰中含有溶解的鹽類（如NaCl）或其他電解質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)解離出自由離子（如Na?和Cl?），從而使冰具有一定的導(dǎo)電性。例如，海水結(jié)冰后，由于含有鹽分，冰會(huì)表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。

02溫度變化

在接近冰點(diǎn)（0°C）時(shí)，冰的表面可能會(huì)形成一層極薄的水膜。這層水膜接觸空氣，融入電解質(zhì)，使得液態(tài)水中存在自由移動(dòng)的離子因而可以導(dǎo)電。但在極低溫度下（如-50℃以下），電解質(zhì)會(huì)被析出，使得冰的導(dǎo)電性會(huì)進(jìn)一步降低。

03高壓環(huán)境

在高壓條件下，冰的晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，形成不同形態(tài)的冰。這些高壓冰的導(dǎo)電性可能與普通冰不同，相關(guān)研究仍在進(jìn)行中。

了解了水和冰導(dǎo)電的原理后，我們更容易理解如何保證用電安全。水和電的相遇往往伴隨著危險(xiǎn)，因此，掌握一些基本的用電安全知識(shí)至關(guān)重要。

在使用電器時(shí)，一定要確保手和身體是干燥的。不要在接觸水的情況下操作任何電器設(shè)備，尤其是那些沒(méi)有防水設(shè)計(jì)的電器。

在家庭環(huán)境中，確保所有的電線和插座遠(yuǎn)離水源，定期檢查電線是否有磨損或損壞。使用電器時(shí)，遵循制造商的指導(dǎo)，不要讓電器過(guò)載。

這些火災(zāi)千萬(wàn)不能用水撲滅！

發(fā)生火災(zāi)后，很多人第一反應(yīng)就是用水滅火，其實(shí)，這種想法是錯(cuò)誤的！面對(duì)突發(fā)火災(zāi)，應(yīng)沉著冷靜分析火災(zāi)類型對(duì)癥滅火。以下這些火災(zāi)千萬(wàn)不能用水撲滅。

電器火災(zāi)

電器火災(zāi)在無(wú)法斷電的情況下千萬(wàn)不能用水或泡沫撲救，因?yàn)樗团菽寄軐?dǎo)電。

應(yīng)該用二氧化碳、干粉滅火器或者干沙土進(jìn)行撲救，而且要與電器設(shè)備和電線保持2米以上的距離。

高壓電氣裝置火災(zāi)

在沒(méi)有良好的接地設(shè)備或沒(méi)有切斷電源的情況下，不能用水撲救。一是因?yàn)樗袑?dǎo)電性，易造成設(shè)備短路燒毀；二是因?yàn)橛盟畵渚?，容易?dǎo)致高壓電流沿水柱傳導(dǎo)到消防器械上，造成人員觸電傷亡。

這類火災(zāi)需要專業(yè)消防人員在切斷電源后，穿著相關(guān)防護(hù)設(shè)備進(jìn)行撲救。