问答文章1 问答文章501 问答文章1001 问答文章1501 问答文章2001 问答文章2501 问答文章3001 问答文章3501 问答文章4001 问答文章4501 问答文章5001 问答文章5501 问答文章6001 问答文章6501 问答文章7001 问答文章7501 问答文章8001 问答文章8501 问答文章9001 问答文章9501

是冷水先结冰还是热水先结冰?

发布网友 发布时间:2022-04-30 23:14

我来回答

3个回答

热心网友 时间:2022-06-20 04:59

这是一个物理学上的难题。起源于一个事实:在坦桑尼亚的某一个学校,允许生活困难的学生在课间买自制的冰激凌,这些学生到校的第一件事就是做冰激凌,因为谁做的快,谁就能早一些卖出。有一天,一位学生迟到了,她把热的冰激凌原料放入了冰箱,结果她的冰激凌最先完成。
于是就有了许多物理上的解释,都不满意。
一、姆佩巴效应
  1963年的一天,在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里,一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后,准备放进冰箱里做冰淇淋。他想,如果等热牛奶凉后放入冰箱,那么别的同学将会把冰箱占满,于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久,他打开冰箱一看,令人惊奇的是,自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋,而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇,但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验,其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中,热水比冷水结冰快。此后,世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象,还将这种现象命名为"姆佩巴效应"(Mpemba Effect)。
二、姆佩巴效应的历史
  热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪。最早提到并记载此一现象的数据,可追溯到公元前300年的亚里斯多德,他写道:
  "先前被加热过的水,有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷却热水,他们会先放它在太阳下..."
但在 20 世纪前,此现象只被视为民间传说。直到1969年,才由Mpemba再次在科学界提出。自此之后,很多实验证实了 Mpemba 效应的存在,但没有一个唯一的解释。
  大约在1461年,物理学家 Giovanni Marliani 在一个关于物体怎样冷却的辩论上,说他已经证实了热水比冷水更快结冰。他说他用了四盎司沸水,和四盎司未加热过的水,分别放在两个小容器内,置于一个寒冷冬天的屋外,发现沸水首先结冰。但他没能力解释此一现象。
  到了十七世纪初,此现象似乎成为一种常识。1620年培根写道"水轻微加热后,比冷水更容易结冰。"不久之后,笛卡儿说"经验显示,放在火上一段时间的水,比其它水更快地结冰。"
直至1969年,那已是Marliani实验500年之后,坦桑尼亚中学的一个命叫Mpemba的中学生再发现此现象的故事,被刊登在《新科家》(New Scientist)杂志。这个故事告诉科学家和老师们,不要忽视非科学家的观察,和不要过早下判断。
  后来,Mpemba学到牛顿冷却定律,它描述热的物体怎样变冷(在某些简化了的假设下)。Mpemba 问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰。这位老师同样回答是一定Mpemba混淆了。当Mpemba继续争辩时,这位老师说:"所有我能够说的是,这是你Mpemba的物理,而不是普遍的物理。"从那以后,这位老师和其它同学就用"那是Mpemba的数学"或"那是Mpemba的物理"来批评他的错误。但后来,当Mpemba在学校纳�锸笛槭遥�⑹杂萌人�屠渌�鍪笛槭保��僖淮畏⑾郑喝人�紫冉岜�?BR>   更早时,有一位物理教授Osborne博士访问Mpemba的那间中学。Mpemba问他这个问题。Osborne博士说他想不到任何解释,但他迟些会尝试做这个实验。当他回到他的实验室,便叫一个年轻的技术员去测试Mpemba的实验。这位技术员之后报告说,是热水首先结冰,又说:"但我们将会继续重复这个实验,直至得出正确的结果。"然而,实验报告给出同样的结果。在1969年,Mpemba和Osborne报导他们的结果。
  同一年,科学上很常见的巧合之一,Kell博士独立地写了一篇文章,是关于热水比冷水先结冰的。Kell 显示,如果假设了水最初是透过蒸发冷却,和维持均匀的温度,这样,热水就会失去足的质量而首先结冰。Kell因此表明这种现象是真的(当时,这现象在加拿大城市是一个传闻。),而且能够用蒸发来解释。然而,他不知道Osborne的实验。Osborne测量那失去的质量,发现蒸发不足以解释此现象。后来的实验采用密封的容器,排除了蒸发的影响,仍然发现热水首先结冰。
三、对姆佩巴效应的各种解释
  什么是Mpemba效应?有两个形状一样的杯,装着相同体积的水,唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下,初温较高的水会先结冰,但并不是在任何情况下,都会这样。例如,99.9℃的热水和0.01℃的冷水,这样,冷水会先结冰。Mpemba效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下,都可看到。
  一般人会认为这似乎是不可能的,还有人会试图去证明它不可能。这种证明通常是这样的:30℃的水降温至结冰要花10分钟,70℃的水必须先花一段时间,降至30℃,然后再花 10分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事,热水也必须做,所以热水结冰慢。这种证明有错吗?
  这种证明错在,它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上,除了平均温度,其它因素也很重要。一杯初始温度均匀,70℃的水,冷却到平均温度为30℃的水,水已发生了改变,不同于那杯初始温度均匀,30℃的水。前者有较少质量,溶解气体和对流,造成温度分布不均。这些因素会改变冰箱内,容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。
1. 蒸发──在热水冷却到冷水的初温的过程中,热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少,令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰,但冰量较少。如果我们假设水只透过蒸发去失热,理论计算能显示蒸发能解释Mpemba效应。 这个解释是可信的和很直觉的,蒸发的确是很重要的一个因素。然而,这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验,在封闭的容器,没有水蒸气能离开。很多科学家声称,单是蒸发,不足以解释他们所做的实验。
2. 溶解气体──热水比冷水能够留住较少溶解气体,随着沸腾,大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流(因而较易冷却),或减少单位质量的水结冰所需的热量,或者改变沸点。有一些实验支持这种解释,但没有理论计算的支持。
3. 对流──由于冷却,水会形成对流,和不均匀的温度分布。温度上升,水的密度就会下降,所以水的表面比水底部热─叫"热顶"。如果水主要透过表面失热,那么,"热顶"的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时,它会有一热顶,因此与平均温度相同,但温度均匀的水相比,它的冷却速率会较快。虽然在实验中,能看到热顶和相关的对流,但对流能否解释Mpemba效应,仍是未知。
4. 周围的事物──两杯水的最后的一个分别,与它们自己无关,而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式,改变它周围的环境,从而影响到冷却过程。例如,如果这杯水是放在一层霜上面,霜的导热性能很差。热水可能会熔化这层霜,从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地,这样的解释不够一般性,很多实验都不会将容器放在霜层上。
  最后,过冷在此效应上,可能是重要的。过冷现象是水在低于0℃时才结冰的现象。有一个实验发现,热水比冷水较少会过冷。这意味着热水会先结冰,因为它在较高的温度下结冰。但这也不能完成解释Mpemba效应,因为我们仍需解释为什么热水较少会过冷。
  在很多情况下,热水较冷水先结冰,但并不是在所有实验中都能观察到这种现象。而且,尽管有很多解释,但仍没有一种完美的解释。所以,姆佩巴效应仍然是一个谜。

热心网友 时间:2022-06-20 04:59

这个不能一概而论,要看冷水的温度和热水的温度,当符合一定条件时,可能会是热水先结冰,这和热水内的对流有关

有人试图论证是冷水先结冰,因为热水降到冷水温度的时间为t1,由冷水到结冰的温度为t2,因为t1+t2>t2
所以冷水先结冰,这个证明的错误在于由热水速冻降到冷水温度的内部状况和一杯普通冷水是不同的,所以热水降到与先前冷水相同温度后,在结冰的时间并不为t2,设为t3,一定条件下t1+t3可能小于t2

热心网友 时间:2022-06-20 05:00

冷水
声明声明:本网页内容为用户发布,旨在传播知识,不代表本网认同其观点,若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。E-MAIL:11247931@qq.com
南安普顿大学con-offer 已经拿到墨尔本大学七月入学的从con-offer。最晚什么时候交雅思... 正规的本科医学院有哪些设有医学美容专业的? 报考整形外科需要什么条件。能报哪个学校_ 芦荟为什么太阳晒后会发黄 芦荟为什么不能见太阳 芦荟为什么不能晒太阳 轮胎大一号有影响吗 车胎比原车胎大一号行不 电脑哪个好没电脑什么牌子的好 电脑设置护眼色怎样将电脑屏幕底色设置为护眼色 设置电脑的介质类型色彩电脑调色彩怎么设置 购买床架要怎么挑选的?谁能给个床架推荐意见啊? 冰箱下面速冻室不结冰好啊,还是结冰好啊? 当水遇到冰,是水先溶化,还是结冰。 是先下雪再结冰,还是先结冰后下雪?原因是什么? 结冰和凝结是同一个词吗? 结晶和结冰一样么 结冰的意思,结冰的拼音,结冰的解释,结冰是什么意思 结冰的拼音是什么 投给HR的个人简历,Word版 PDF版 H5版 哪种比较好? 急寻李宇春等群星的那首《我们中国人》伴奏,最好是原版的,原音消干净的!!1谢谢 我的邮箱zn3257@163.com 急!《我们都是中国人》诗朗诵,选什么背景音乐?要伴奏带 求《我骄傲,我是中国人》最好的伴奏。 刘德华中国人ktv版伴奏歌词 泰剧妻子2019在哪看? 帮我找一部电影!求求大家了!~ 天使在人间是什么意思? 死神来了4 电影 哪位大神有泰剧《十二王子之帅气牛仔》中的片头曲和插曲《不寻常的普通人》这两首歌。 《洛丽塔》是否属于英美文学范畴,还有那些文学影视作品是彰显洛丽塔情结的 泰剧爱在日落之前可以在哪个网站看 为什么冬天只是湖面结冰而不是整个湖结冰? 水是在零下4摄氏度结冰还是在零度的时候结冰? 真皮床好还是科技布床好 把一杯水放入冰箱,是其边缘先结冰还是中间先结冰 热水容易结冰还是冷水容易结冰?为什么? 婚床实木床好还是布艺床好呢? 兰花豆是发物吗 rar格式的漫画怎么打开? 漫画文件如何打开 小米净化器风叶脏了能洗吗 华为P20pro维修价目表? 线性灯安装方法 贴过瓷砖怎么加装踢脚线感应灯 怎样区分手机号是哪个省、市的电话? 手机号码是如何识别,他是哪一个省的? 手机号码是怎么区分归属地的 操姓氏的来历 操姓真正的来历是什么 怎么看手机号码是不是广东省 “操”姓的来历?