冰究竟導(dǎo)不導(dǎo)電呢？從《哪吒2》引出的物理知識

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

影片中有這樣一幕關(guān)鍵打斗戲，幾位主角激戰(zhàn)正酣，“冰不導(dǎo)電”這一物理學(xué)知識，竟成了扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局的勝負(fù)手。這就不禁讓人好奇，冰，它到底導(dǎo)不導(dǎo)電呢？

能否導(dǎo)電，看純度從物質(zhì)導(dǎo)電的基本原理來講，某類物質(zhì)能夠?qū)щ?，關(guān)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(xué)教授劉玉柱表示，嚴(yán)格意義上，純凈的水幾乎不導(dǎo)電。純凈的水是極弱的電解質(zhì)，內(nèi)部自由移動的離子數(shù)量微乎其微，導(dǎo)電性極其微弱，幾乎可以忽略不計。

然而在日常生活里，多數(shù)水都含有礦物質(zhì)等雜質(zhì)。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(dāng)給水溶液兩端施加電壓，帶正電的鈉離子會向電源負(fù)極移動，帶負(fù)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(chǎn)生了水能導(dǎo)電的現(xiàn)象。

冰是由水分子通過氫鍵形成的規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)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(xiàn)實生活中的冰通常含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會變成離子，致使冰有微弱的導(dǎo)電性。

比如，海水因含大量鹽，海水結(jié)冰后，海冰通常具有導(dǎo)電性。不過，由于冰的晶體結(jié)構(gòu)極大地阻礙了離子的自由移動，所以與液態(tài)非純凈的水相比，即便含有雜質(zhì)，冰的導(dǎo)電性依然很弱。此外，當(dāng)環(huán)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(dāng)水膜中溶解有電解質(zhì)，所含的可自由移動離子就能讓冰具有導(dǎo)電性。

線路覆冰危害大在電力領(lǐng)域，冰堪稱電力線路的 “大敵”。國網(wǎng)甘肅電力公司電力科學(xué)研究院輸電技術(shù)專家王津指出，輸電線路覆冰會引發(fā)過荷載、冰閃、覆冰舞動、脫冰跳躍這 4 種災(zāi)害，進(jìn)而造成導(dǎo)線斷裂、桿塔倒塌、絕緣子絕緣強(qiáng)度降低、機(jī)械損傷等一系列問題。其中，含有雜質(zhì)的冰一旦具備導(dǎo)電性，極有可能引發(fā)絕緣子冰閃，對輸電線路造成嚴(yán)重?fù)p害。

絕緣子是一種特殊的絕緣控件，在架空輸電線路中發(fā)揮著關(guān)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(jié)冰。隨著凍雨持續(xù)，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(dǎo)電通道。

此時，帶有絕緣子表面雜質(zhì)的冰體或冰體表面水膜便具備了一定的導(dǎo)電性。當(dāng)導(dǎo)電性達(dá)到一定程度，絕緣子就可能無法承受電壓而被擊穿，產(chǎn)生破壞性放電。這種放電還可能進(jìn)一步引發(fā)線路跳閘以及絕緣子冰閃等嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)正常運行的事故，而電力系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將直接影響人們?nèi)粘Ｉ畹挠秒娦枨蟆?/p>

不僅如此，包括高鐵在內(nèi)的電氣化鐵路的接觸網(wǎng)也同樣 “畏懼” 覆冰。中鐵第四勘察設(shè)計院電化院管理專家李紅梅介紹，倘若接觸網(wǎng)覆冰，由于冰殼導(dǎo)電性較差且表面凹凸不平，受電弓從接觸網(wǎng)上獲取電流時會遭遇較大阻礙，致使電流通路不穩(wěn)定，進(jìn)而引發(fā)電弧現(xiàn)象。當(dāng)情況較為嚴(yán)重時，電弧產(chǎn)生的高溫會燒傷接觸網(wǎng)線索，這不僅會影響列車的正常運行，還可能導(dǎo)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(chǎn)生負(fù)面影響。