罐裝可樂(lè)安全問(wèn)題研究

岳柯宇

（沈陽(yáng)市第三十一中學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

罐裝可樂(lè)安全問(wèn)題研究

岳柯宇

（沈陽(yáng)市第三十一中學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

夏天大家都愛(ài)喝一聽(tīng)冰涼的可樂(lè)，這其中也蘊(yùn)含了許多物理學(xué)原理，如果不了解其中的原理，而隨心所欲地喝冰凍罐裝可樂(lè)，就很有可能造成嚴(yán)重的安全隱患。通過(guò)建立模型，對(duì)罐裝可樂(lè)安全存放的條件進(jìn)行了研究，以此保障喝可樂(lè)時(shí)安全。

罐裝可樂(lè)；溫度；壓強(qiáng)；安全問(wèn)題

1 提出問(wèn)題

冰凍可樂(lè)是一種非常受歡迎的飲料，尤其是在夏天，人們對(duì)它愛(ài)之更甚，但如何才能喝得放心呢？2013-05-20，“罐裝碳酸飲料爆炸致一孩子左眼受傷”這樣一條微博在網(wǎng)上被大量轉(zhuǎn)發(fā)，引起了廣大網(wǎng)民的關(guān)注。人們對(duì)于易拉罐類飲料的安全隱患有沒(méi)有深刻的認(rèn)識(shí)？為什么冷凍的碳酸飲料能夠爆炸，其中的物理學(xué)原理是怎樣的?事實(shí)上，如果可樂(lè)易拉罐上沒(méi)有耐低溫的標(biāo)志，是不允許進(jìn)行冷凍的。這是因?yàn)椴还苁强蓸?lè)，還是其他碳酸類的飲料及啤酒等，其中所含水分的比例是很大的。眾所周知，水在4℃時(shí)密度最大。如果存放可樂(lè)的冰箱的冷凍室溫度低于4℃，就會(huì)出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象。此時(shí)的水遵循熱縮冷脹的原理，進(jìn)而導(dǎo)致易拉罐的形狀發(fā)生改變。因此，我們應(yīng)該明白，飲料最好不放在冷凍室冷凍。另外，如果飲料是塑料瓶包裝，我們一定要對(duì)塑料瓶的材料和標(biāo)識(shí)有充分的了解。事實(shí)上，對(duì)于大部分塑料而言，在溫度低于0℃時(shí)，其脆性也會(huì)變大，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生不利。所以，只有當(dāng)塑料瓶有耐低溫標(biāo)識(shí)，我們才能在0℃以下冷凍。綜上所述，罐裝可樂(lè)安全問(wèn)題值得我們予以重視。

2 分析問(wèn)題

可樂(lè)在冷凍時(shí)，液體會(huì)凝固成固體而造成體積變大，雖然二氧化碳的溶解度隨溫度降低而升高，但是在液體凝固后，二氧化碳又會(huì)析出，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)氣壓更高。

2.1 為什么易拉罐飲料越做越薄

在我國(guó)，目前已經(jīng)針對(duì)易拉罐制定了一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，比如《包裝容器鋁易開(kāi)蓋鋁兩片罐》（GB/T 9106.1—2009）和《鋁易開(kāi)蓋三片罐》（GB/T 17590—2008），以及2012-10正式實(shí)施的《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)易拉罐內(nèi)壁水基改性環(huán)氧樹(shù)脂涂料》（GB 11677—2012）。通過(guò)查閱這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可發(fā)現(xiàn)其中存在一個(gè)漏洞，即沒(méi)有規(guī)定易拉罐的厚度。在很多可樂(lè)易拉罐生產(chǎn)企業(yè)中，為了提升利潤(rùn)空間，不斷地降低生產(chǎn)成本，當(dāng)然包裝成本也在他們降低的范圍之內(nèi)，如此就導(dǎo)致易拉罐越做越薄，越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家通過(guò)生產(chǎn)薄壁的易拉罐來(lái)降低成本，使自身在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)地位。

2.2 易拉罐爆炸過(guò)程中的物理學(xué)原理

通過(guò)上述分析可知，易拉罐越做越薄成為了一種事實(shí)。當(dāng)易拉罐的壁較薄時(shí)，生產(chǎn)廠家就會(huì)比原來(lái)厚度的易拉罐注入更多的CO2。這時(shí)候，我們觀察可樂(lè)易拉罐，它只是表面看起來(lái)很結(jié)實(shí)，然而其實(shí)際上跟充氣炸彈差不多。當(dāng)可樂(lè)易拉罐放置到冷凍室內(nèi)一段時(shí)間之后，一旦發(fā)生爆炸，那么其中的原因可能是這2個(gè)：①可樂(lè)中的液體發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，其體積持續(xù)膨脹，當(dāng)膨脹到一定程度時(shí)，就會(huì)使可樂(lè)易拉罐的外形發(fā)生改變，最終使可樂(lè)易拉罐發(fā)生爆炸。②可樂(lè)中的液體結(jié)冰，就會(huì)使氣體溶解度有所改變，此時(shí)CO2會(huì)有一定的釋放量。當(dāng)CO2的釋放量越來(lái)越大時(shí)，可樂(lè)易拉罐內(nèi)部的氣體壓力就會(huì)逐步增大，從而導(dǎo)致易拉罐內(nèi)部壓強(qiáng)逐漸增加，最終導(dǎo)致罐裝可樂(lè)爆炸的悲劇發(fā)生。如何對(duì)罐裝可樂(lè)安全問(wèn)題予以防范，這是我們下面需要解決的問(wèn)題。以下將建立模型，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后進(jìn)行誤差分析，以發(fā)現(xiàn)模型建立中存在的不足，從而找到完善模型的更好方法。

3 建立模型

假設(shè)：①罐裝可樂(lè)可承受壓強(qiáng)上限；②罐內(nèi)液體一定；③可樂(lè)水溶液物理性質(zhì)近似于水。

由于冰的密度是0.917 g/cm3（0℃，1個(gè)大氣壓下），水的密度是1 g/cm3，所以結(jié)冰后體積膨脹約9%.又因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)與體積成反比，罐內(nèi)體積一定時(shí)，液體體積變大，氣體體積變小，所以造成罐內(nèi)壓強(qiáng)變大。設(shè)罐容積為350 mL，液體體積為300 mL，則冷凍后固體體積為300×（1＋9%）＝327 mL，所以估算氣體體積為350 mL－327 mL＝23 mL。罐裝可樂(lè)中一般溶解有2倍體積左右的二氧化碳，也就是說(shuō)，這些二氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積在0.5 L左右，相當(dāng)于1 L二氧化碳?jí)嚎s到23 mL，所以估算出罐內(nèi)壓強(qiáng)為20個(gè)大氣壓左右。在網(wǎng)上查找資料可知，可樂(lè)罐被設(shè)計(jì)為可以承受100 PSI（689.5 kPa，接近于7個(gè)大氣壓）的壓強(qiáng)。正常情況下保存的可樂(lè)，內(nèi)部通常只有兩三個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)，因此這個(gè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度正常使用已經(jīng)足夠。但在極端冷凍情況下，顯然非常容易發(fā)生爆裂。

4 誤差分析

因?yàn)槲覀冊(cè)趯?shí)驗(yàn)估計(jì)時(shí)并未考慮許多不可避免的因素，比如罐子的形變并未考慮壓強(qiáng)估值偏高，部分?jǐn)?shù)據(jù)因無(wú)法考究而為估計(jì)值，不同的飲料其充氣量和罐強(qiáng)度不同。

5 總結(jié)

現(xiàn)實(shí)生活中，許多人并不在意身邊的一些危險(xiǎn)，本實(shí)驗(yàn)也分析了罐裝可樂(lè)的一些安全存放問(wèn)題，希望大家在享受清涼的同時(shí)也能注意可樂(lè)上標(biāo)注的一些貯藏規(guī)則，以免帶來(lái)不必要的人身或財(cái)產(chǎn)損失。

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［3］郭寶峰.探究幾個(gè)與氣體壓強(qiáng)有關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法［J］.承德民族師專學(xué)報(bào)，2003（06）：15.

［4］林楚濤，朱小蔓，陳偉成.基于霍爾效應(yīng)的液體壓強(qiáng)與密度測(cè)量［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（08）：20.

［5］沈劍.論易拉罐外形設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)［J］.雪蓮，2015（36）.

〔編輯：劉曉芳〕

TS205.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.070

2095－6835（2017）23－0070－02