神秘的“铁棒”

青藏铁路是目前世界上海拔最高、里程最长的高原铁路。当你来到青藏高原时，一定会在铁路旁发现一个特别的现象，那就是路基两旁时不时会闪过一排排齐刷刷插入地底的“铁棒”。

这些“铁棒”的名字叫做热棒，它是用来给冻土降温的。所谓冻土，就是指温度低于0℃时水分冻结的土壤或疏松岩石。一碗水全成了冰，这些冰的体积要大于原来液态时的水，青藏高原的冻土在夏季会松动而冬季又重新冻成固态变得坚硬，体积也膨胀起来，这冬夏之间的变化对于铁路来说是致命的，反复冻融容易造成土层结构破坏、地基承载力降低、边坡失稳等不良结果。

一根热棒的长度有7m，我们在可可西里路段看到的热棒有5m都插在冻土里，露出地面的两米热棒上面焊接着一层层散热片，热棒的中心是空的，里面有大量的氨气，氨这种物质极易汽化、液化。冬天，地下温度高于空气温度，热棒底端的液态氨汽化成为气体，从地下吸收大量的热。汽化生成的氨气上升到热棒的顶端，因为空气温度低，这些氨气液化成为液态，同时向空气中放热。在重力的作用下，液态氨又流回到热棒底端，再次吸热汽化，这样循环往复，就把热从地下传输到空气中。到了夏天，空气温度高，地下温度低，热棒下端的液态氨不会汽化，热棒停止工作。热棒具有单向导热性，将热从地下传输到地上，保持了冻土层的低温状态，从而确保地基的稳定性。

“天路”上的热棒技术

被称为“天路”的青藏铁路，在修建时遇到的最大问题就是多年冻土对路基的影响，青藏高原多年冻土的年平均气温约为-3.5℃～-2℃．夏天气温上升，冻土层中的冰就要熔化，使路基硬度减弱，火车的重压会使路基及铁轨严重变形，而冬天温度降低，冻土层的水结冰，上面的路基和钢轨就会鼓起来，冻土层反复冻融及冬季不完全冻结，严重危及铁路路基，火车极易脱轨．因此，为了使冻土层保持稳定，工程建设者们有许多发明创造，其中有项技术叫“热棒”．

在冻土区，路基两旁插有一排排碗口粗细、看上去像护栏的金属棒，如图甲所示，这就是“热棒”．它们的间隔为2m，高出路面2m，插入路基下5m．热棒由密闭真空腔体注入低沸点物质（如氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等）而构成．图乙是热棒的工作原理图．热棒置于冻土中的部分称之为蒸发器，暴露在地面且安装有散热片的部分称之为冷凝器．在寒冷季节，由于空气温度低于多年冻土的温度，蒸发器中的液体物质吸收周围土体中的热量，蒸发形成汽体物质，在管内压力差的作用下，蒸汽上升至冷凝段，与较冷的冷凝器管壁接触，放出热量，再通过冷凝器的散热片将热量传递到空气中．同时蒸汽物质遇冷冷凝成液体，在重力的作用下，液体沿管壁回流至蒸发段，再蒸发．如此循环往复，将土体中的热量传递至空气中．在温暖季节，由于空气温度高于冻土体温度，热棒中的液体物质蒸发后形成的蒸汽到达冷凝器后不能冷凝，液体停止蒸发，热棒停止工作，因此天气中的热量不能通过热棒传至冻土中，从而可保持冻土良好的冻结状态．

汽车防冻液

汽车在行驶时，发动机的温度会升得很高。为了确保安全，可用水循环进行冷却。实际上，水中往往还要加入不易挥发的防冻液（原液），加入防冻液后的混合液冬天不容易凝固，长时间开车也不容易沸腾。有关资料表明，防冻液与水按不同的比例混合，混合液的凝固点、沸点不同，具体数值参见下表（表中防冻液含量是指防冻液在混合液中所占体积的百分比）。

在给汽车水箱中加防冻液时，宜使混合液的凝固点比本地常年最低气温低10~15^oC。考虑到混合液比热容的减小会影响散热效果，因此，混合液中防冻液的含量不宜过高。