Những sự thật thú vị về băng đá

Trong một mùa hè oi bức nóng nực như thế này, nhu cầu uống nước, ăn những thứ mát lạnh trở nên cao hơn bình thường rất nhiều. Và một trong những thứ được dùng nhiều nhất chính là băng đá lạnh. Về cơ bản, đây là một hình thức biến đổi của nước từ lỏng sang rắn khi ở điều kiện nhiệt độ dưới 0 độ C. Các phương pháp làm lạnh nhân tạo đã xuất hiện trong khoảng 1 thế kỉ nay và nó đã trở nên rất đỗi bình thường trong cuộc sống. Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu về một vài những kiến thức thú vị và cơ bản về băng đá.

Khai thác băng đá 

 

Trước khi có sự ra đời của phương pháp làm lạnh nhân tạo vào những năm 1900, nước đá là phương thức duy nhất để giữ mát mọi thứ từ bảo quản thực phẩm đến chườm mát cho người ốm. Thực ra máy làm đá đã được manh nha sử dụng và giữa và cuối thập niên thế kỉ 19 tuy nhiên chủ yếu với mục đích thương mại với nhiều hóa chất nguy hiểm như ammoniac và ether được sử dụng.Công nghệ đã dần phát triển theo thời gian để đáp ứng nhu cầu một cách đảm bảo hơn.

Trong cuộc sống của những gia đình bình thường, băng ngày càng cần thiết hơn và chính nhu cầu mạnh mẽ đã thôi thúc sự chuyển giao từ công nghệ làm băng công nghiệp sang đại trà. Quá trình này trong quá khứ là một trong những công việc mệt mỏi và vất vả nhất. Thời xa xưa họ phải dùng đến rất nhiều lao động nhân công, những chiếc cưa lớn và những chiếc xe ngựa sẽ được triệu tập để thực hiện quá trình này. Vấn đề lớn hơn sự vất vả chính là khâu bảo quản cũng như việc băng tự nhiên chỉ có theo mùa, không đảm bảo vệ sinh.

Về vấn đề kho lưu trữ băng, thời điểm trước tại Mỹ, đã có hàng ngàn ngôi nhà băng mọc lên rải rác. Chúng được xây dựng với cấu trúc hai lớp cách nhiệt chặt chẽ, vật liệu thường là gỗ ép hoặc các vật liệu cách nhiệt khác. Những nhà băng này sẽ giúp bảo quản băng qua mùa nóng. Một trong những nhà chứa băng lớn nhất nằm ở vùng hồ Bantam Connecticut với chiều dài bằng một sân bóng đá, có thể lưu trữ số lượng băng có giá trị lên tới 112 triệu bảng Anh. Hàng ngày có rất nhiều chuyến xe vận chuyển băng từ đây đến những thành phố lớn như New York.

Thùng vận chuyển và bảo quản băng đá

 

New England là một trong những khu vực đi đầu trong công nghiệp băng. Hàng năm nơi đây đều rất nhộn nhịp trong công cuộc khai thác nguồn tài nguyên này. Federick Tudor, cha đẻ của ngành thương mại băng tại New England là người đã tìm được phương pháp giữ đá chuyên dụng linh hoạt vào thế kỉ 19, giúp giảm thiểu rất nhiều tổn thất do trái cây hay nhiều đồ khác hư hỏng do không được bảo quản kịp thời. Thứ đồ này đã được nhiều gia đình sử dụng phổ phiến trước khi tủ lạnh hiện đại được chế tạo ra.

Hộp đựng băng như có thể thấy trên hình có ngoại hình khá giống với tủ lạnh ngày nay. Nó được làm bằng gỗ, được chia làm một số khoang. Băng sẽ được đặt ở khoang đầu, không khí trong tủ sẽ được làm mát bởi nó và giúp bảo quản đồ ăn. Tất nhiên là băng sẽ tan và chảy xuống một khoang khác. Mỗi ngày người ta sẽ đều phải thay những đợt băng mới. Tùy thuộc vào khu vực giá băng để cho vào tủ bảo quản thời đá vào khoảng 4 cent mỗi pound. Nhiều người sẽ thắc mắc là với kết cấu đơn giản như vậy thì không cần đến một chiếc hộp to và cầu kì thế kia, một thùng đá cũng đủ dùng rồi. Tuy nhiên điểm mạnh của nó là kín, cách nhiệt tốt và có ngoại hình phù hợp để trang trí phòng khách.

Mật độ

 

Nếu bạn thắc mắc rằng vì sao băng luôn nổi lên trên bề mặt các hồ thì có lẽ đây đúng là nơi bạn nên tìm đến để giải đáp thắc mắc của mình. Một hiểu lầm khoa học thông thường của chúng ta đó là mật độ phân tử của băng lớn hơn nhiều so với nước thường. Nhưng sự thật lại ngược lại. Mật độ của nước đá là khoảng 899 kg/m³ và nước bình thường ở khoảng 4 độ C là 999.9750 kg/m³.

Nước ở thể lỏng liên kết hydro giữa các phân tử nước rất linh động, liên tục bẻ gãy rồi tái lập nên các phân tử nước chuyển động liên tục, đứng gần nhau. Khi đông đặc các liên kết hydro giữa các phân tử nước cố định, các phân tử nước cách xa nhau và cố định thành tinh thể nên thể tích tăng lên so với ở thể lỏng. Cũng chính vì lý do này mà đôi khi ở những vùng lạnh, nước đọng sẽ làm nổ tung đường ống nếu nó đóng băng. Và chính đặc tính này cũng làm cho nước khi đóng thành băng đá có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước bình thường, vì vậy mà gây nên hiện tượng băng kết trên mặt hồ.

Kiến thức vật lý cơ bản này là một cơ chế quan trọng đối với sự sống trên trái đất và cũng là lời lý giải cho các hiện tượng như chai soda sẽ nổi khi để trong điều kiện lạnh quá lâu, ổ gà tự nhiên xuất hiện trên đường ở những vùng lạnh.

Những loại đá khác nhau

 

Hầu như chúng ta chỉ tiếp xúc với đá ăn bình thường nhưng theo phân loại khoa học chúng ta có tới khoảng 15 loại băng đá khác nhau. Những đặc tính khác nhau của chúng thể hiện ở nhiệt độ khác nhau, áp suất khí quyển khác nhau. Đá trong tủ lạnh hay lưu trữ là loại đá mang số hiệu IV.

Để phân biệt các loại băng đá cơ bản nhất, các nhà khoa học đã đánh số chúng từ I đến XV (15), sự khác biệt lớn nhất của các loại này nằm ở phần cấu trúc tinh thể. Với một số loại thì có những đặc tính kì lạ có thể xuất hiện trong điều kiện nhất định. Ví dụ như băng đá loại VI có tính chất thể hiện được sự phân cực điện, băng đá loại V có cấu trúc tinh thể rất phức tạp và băng đá loại III có khối lượng riêng nặng hơn nước. Có thể bạn sẽ thắc mắc xem loại còn lại không được đánh số có đặc tính gì để không được liệt theo số giống như những loại kia.

Loại cuối cùng này cũng là loại đặc biệt nhất, được gọi là băng vô định hình. Nó không có cấu trúc tinh thể và thường được tìm thấy trong không gian. Trong đó lại được chia ra làm ba loại nhỏ khác nhau tùy thuộc vào mật độ. Hình thức của nó giống như nước nhưng trong khoa học thì thường được quy vào như một loại khoáng sản.

Tính trơn trượt

 

Ở Việt nam rất hiếm khi băng tuyết xuất hiện nên phần lớn chúng ta chưa trải qua điều này. Tuy nhiên, ở một số nước có mùa đông lạnh giá, vấn đề trơn trượt do băng tuyết đã gây ra khá nhiều hậu quả về tai nạn giao thông và đây cũng là lý do chúng ta có thể trượt được trên băng. Nguyên nhân cho việc băng trơn từ lâu đã như một điều hiển nhiên, tuy nhiên để lý giải một cách rõ ràng thì đến nay khoa học vẫn phải chịu thua. Về cơ bản, chúng ta vẫn biết rằng lớp nước mỏng trên bề mặt băng gây ra sự trơn trượt này, sự lưu động của nước khiến việc đi lại trên đó rất khó khăn, cho dù lớp nước này rất mỏng.. Nhưng vấn đề là tại sao băng - không giống như hầu hết các chất rắn khác - lại có lớp bề mặt đó ?

Từ lâu các nhà khoa học vẫn lý luận rằng do nước có đặc tính bất thường là ở trạng thái rắn, nó có mật độ nhỏ hơn so với khi là chất lỏng (ít đặc hơn), nên khi tăng áp suất, điểm tan chảy của nó sẽ giảm xuống (tức là băng sẽ dễ tan trong thời tiết lạnh, mà không cần đến nhiệt độ cao). Tuy nhiên, ngay cả khi điều này đúng, thì kể cả đầu nhọn nhất của mũi giày trượt băng, với áp suất rất mạnh, cũng chưa khiến băng quanh nó tan chảy được. Giả thuyết về áp suất vẫn không thuyết phục trừ phi tảng băng đã nóng sẵn.

Còn có một nguyên do khác ở đây. Một số nghiên cứu thì cho rằng sự ma sát giữa đôi giày trượt, hay lốp xe tạo nên sức nóng cần thiết để làm tan chảy băng ở bên dưới. Nhưng nếu đôi giày không hề chuyển động tí nào? Một giả thuyết thứ hai được đưa ra là băng vốn đã có một lớp chất lỏng, bắt nguồn từ sự chuyển động của các phân tử trên bề mặt do không có gì bấu víu nên phải di chuyển lung tung để tìm kiếm sự ổn định. Đặc tính trơn trượt có thể là kết hợp của cả 2 giả thuyết trên.