防凍液知識:水為何會具備「熱脹冷縮&冷脹熱縮」兩種特點

2020年12月06日21:12:05 汽車 1117

問題:

汽車防凍冷卻液冬季是否需要更換,跨區域自駕是否需要調整呢?

2020年的冬天可能會比往年更冷一些,汽車的防凍也就成為了重要的話題;內燃機使用的冷卻液同時具備防凍的功能,所以統稱為「防凍冷卻液」(下文簡稱防凍液)。

家用汽車使用的防凍液大多為EG-乙二醇水基型,主要成分是乙二醇和水;原因是這種化學原料的製造成本最低,同時流動性相比丙二醇和丙三醇(甘油)都要理想一些。同時以6:4的比例與水調和,可以實現的最低凝固點為﹣48.3℃,這就基本可以保證還能開車的區域的防凍液不會結凍,但是不同區域使用的防凍液標準是有區別的哦。

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檢查方式

防凍液主要使用蒸餾水或去離子水,然而不論哪種水,成本都要比EG低得多;而不同地區的冬季最低溫又有很大的差值,比如在閩粵瓊感受不到冰點,但是在黑吉遼卻能低至零下二三十度。

所以在南方地區使用的防凍冷卻液的EG佔比就會很低,混合溶液的冰點能達到﹣10/20℃區間也就足夠了;而北方地區使用的防凍液就會有更高的EG佔比,那麼自駕跨度過大的話,按照目標地最低溫的標準調整也就很有必要了。比如某些車輛在南方長期使用,但是冬季返程會開到北方,不調整的話則必然結凍。

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重點:防凍液如果長期用蒸餾水補充,冬季最好混合一次同類型防凍液;內燃機在運行中會造成防凍液的正常蒸發,蒸發損耗的主要成分是水分子,但是EG雖然揮發性能差但也不是不會減少。所以一般都會建議加註三次蒸餾水之後,按照消耗量再補充一次防凍液;否則比例降低也會造成冰點溫度的升高。

而反之如高頻率的補充了冷卻而不是用蒸餾水的話,再補充一次水也很重要;因為損耗的主要是水,補充防凍液會讓蒸餾水比例降低。但是EG佔比只要超過60%,冰點溫度同樣會升高哦。

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問題:汽車防凍液真的怕結凍嗎?答案顯然是肯定的,因為結凍之後啟動發動機時,防凍液沒法正常的在缸蓋流動,也就是無法為缸蓋進行散熱降溫;做功溫度是超千度的,不通過防凍液進行規律的循環,機體材料必然會受損。

同時防凍液一旦結冰的話,貯存防凍液的散熱水箱與管道很有可能被漲破——因為水結冰後會膨脹!

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趣味知識

水在4℃以上的環境中符合「熱脹冷縮」的規律,但在低於該標準並結冰後,體積不僅不會縮小,反而還會膨脹變大。

熱脹的原理很好理解,熱能會加大分子的運動強度與頻率;也就是水分子會高頻率的振動與碰撞,且碰撞程度加大後水分子運動的距離也會加大,可以理解為每個水分子都需要更大的空間來“不規則搖擺”。所以加熱後的水蒸氣的體積會很大,在高溫環境中水是符合“熱脹”原理的。

而在四度以上的冷縮也很容易理解,熱能減少後空氣運動頻率與程度下降,水分子不是那麼的“互斥”;而是水分子以更“密實”的狀態抱在一起,間隙的縮小當然會讓水的體積縮小一些。

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問題:水分子包括兩個氫原子和一個氧原子,氫原子帶正電荷,而氧原子帶負電荷,所以H20才能牢牢的形成水分子。但是這些水分子並不會完全單獨的分離,因為水分子的氫原子與另一個水分子的氧原子會“相吸”,吸引後會成為氫鍵-締合水分子。

在水還是液態的狀態中,水分子會像蛛網一樣連接,但是結構仍然是不規則的,畢竟水分子的狀態還是不夠穩定的,但是在結冰後是會發生變化的哦。

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溫度的下降會讓水分子變得更加“怠惰”,也就是進入了非常穩定的狀態;此時又大量氫鍵組成的締合水分子也會趨於達到穩定的結構,也就是六方晶系晶格。這種排列方式擴大分子之間的間隙,具體到水變成冰則是體積的擴大;所以汽車水箱里的防凍液如果結冰,主要成分的水的膨脹就有可能撐破水箱了,這就是建議檢查防凍液的原因。

(下圖為結凍的防凍液)

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本文來源於汽車之家車家號作者,不代表汽車之家的觀點立場。

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