罐裝可樂安全問題研究

岳柯宇

（沈陽市第三十一中學，遼寧 沈陽 110000）

罐裝可樂安全問題研究

岳柯宇

（沈陽市第三十一中學，遼寧 沈陽 110000）

夏天大家都愛喝一聽冰涼的可樂，這其中也蘊含了許多物理學原理，如果不了解其中的原理，而隨心所欲地喝冰凍罐裝可樂，就很有可能造成嚴重的安全隱患。通過建立模型，對罐裝可樂安全存放的條件進行了研究，以此保障喝可樂時安全。

罐裝可樂；溫度；壓強；安全問題

1 提出問題

冰凍可樂是一種非常受歡迎的飲料，尤其是在夏天，人們對它愛之更甚，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”這樣一條微博在網上被大量轉發，引起了廣大網民的關注。人們對于易拉罐類飲料的安全隱患有沒有深刻的認識？為什么冷凍的碳酸飲料能夠爆炸，其中的物理學原理是怎樣的?事實上，如果可樂易拉罐上沒有耐低溫的標志，是不允許進行冷凍的。這是因為不管是可樂，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℃時密度最大。如果存放可樂的冰箱的冷凍室溫度低于4℃，就會出現體積膨脹的現象。此時的水遵循熱縮冷脹的原理，進而導致易拉罐的形狀發生改變。因此，我們應該明白，飲料最好不放在冷凍室冷凍。另外，如果飲料是塑料瓶包裝，我們一定要對塑料瓶的材料和標識有充分的了解。事實上，對于大部分塑料而言，在溫度低于0℃時，其脆性也會變大，從而對人體健康產生不利。所以，只有當塑料瓶有耐低溫標識，我們才能在0℃以下冷凍。綜上所述，罐裝可樂安全問題值得我們予以重視。

2 分析問題

可樂在冷凍時，液體會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，二氧化碳又會析出，導致瓶內氣壓更高。

2.1 為什么易拉罐飲料越做越薄

在我國，目前已經針對易拉罐制定了一些國家標準，比如《包裝容器鋁易開蓋鋁兩片罐》（GB/T 9106.1—2009）和《鋁易開蓋三片罐》（GB/T 17590—2008），以及2012-10正式實施的《食品安全國家標準易拉罐內壁水基改性環氧樹脂涂料》（GB 11677—2012）。通過查閱這些國家標準，可發現其中存在一個漏洞，即沒有規定易拉罐的厚度。在很多可樂易拉罐生產企業中，為了提升利潤空間，不斷地降低生產成本，當然包裝成本也在他們降低的范圍之內，如此就導致易拉罐越做越薄，越來越多的生產廠家通過生產薄壁的易拉罐來降低成本，使自身在市場競爭中占據競爭地位。

2.2 易拉罐爆炸過程中的物理學原理

通過上述分析可知，易拉罐越做越薄成為了一種事實。當易拉罐的壁較薄時，生產廠家就會比原來厚度的易拉罐注入更多的CO2。這時候，我們觀察可樂易拉罐，它只是表面看起來很結實，然而其實際上跟充氣炸彈差不多。當可樂易拉罐放置到冷凍室內一段時間之后，一旦發生爆炸，那么其中的原因可能是這2個：①可樂中的液體發生結冰現象，其體積持續膨脹，當膨脹到一定程度時，就會使可樂易拉罐的外形發生改變，最終使可樂易拉罐發生爆炸。②可樂中的液體結冰，就會使氣體溶解度有所改變，此時CO2會有一定的釋放量。當CO2的釋放量越來越大時，可樂易拉罐內部的氣體壓力就會逐步增大，從而導致易拉罐內部壓強逐漸增加，最終導致罐裝可樂爆炸的悲劇發生。如何對罐裝可樂安全問題予以防范，這是我們下面需要解決的問題。以下將建立模型，并對數據進行分析，然后進行誤差分析，以發現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：①罐裝可樂可承受壓強上限；②罐內液體一定；③可樂水溶液物理性質近似于水。

由于冰的密度是0.917 g/cm3（0℃，1個大氣壓下），水的密度是1 g/cm3，所以結冰后體積膨脹約9%.又因為氣體壓強與體積成反比，罐內體積一定時，液體體積變大，氣體體積變小，所以造成罐內壓強變大。設罐容積為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。罐裝可樂中一般溶解有2倍體積左右的二氧化碳，也就是說，這些二氧化碳在標準大氣壓下的體積在0.5 L左右，相當于1 L二氧化碳壓縮到23 mL，所以估算出罐內壓強為20個大氣壓左右。在網上查找資料可知，可樂罐被設計為可以承受100 PSI（689.5 kPa，接近于7個大氣壓）的壓強。正常情況下保存的可樂，內部通常只有兩三個大氣壓的壓強，因此這個設計強度正常使用已經足夠。但在極端冷凍情況下，顯然非常容易發生爆裂。

4 誤差分析

因為我們在實驗估計時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估值偏高，部分數據因無法考究而為估計值，不同的飲料其充氣量和罐強度不同。

5 總結

現實生活中，許多人并不在意身邊的一些危險，本實驗也分析了罐裝可樂的一些安全存放問題，希望大家在享受清涼的同時也能注意可樂上標注的一些貯藏規則，以免帶來不必要的人身或財產損失。

［1］付興福.壓強、浮力和密度綜合問題的解析［J］.科教文匯（上旬刊），2008（10）：10.

［2］楊合成.范德瓦耳斯氣體的壓強問題［J］.興義民族師范學院學報，2010（08）：25.

［3］郭寶峰.探究幾個與氣體壓強有關的化學實驗方法［J］.承德民族師專學報，2003（06）：15.

［4］林楚濤，朱小蔓，陳偉成.基于霍爾效應的液體壓強與密度測量［J］.實驗技術與管理，2014（08）：20.

［5］沈劍.論易拉罐外形設計的優缺點［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