為什麼熱水比冷水更容易結冰,為什麼熱水比涼水更容易結冰?

2022-03-25 13:16:33 字數 4830 閱讀 4326

1樓:紅軍10號小公主

"熱水比冷水先結冰"

事實上,在一般實驗條件下,熱水會比冷水更快結冰。這種現象違反直覺,甚至連很多科學家也感到驚訝。但它的確是真的,曾在很多實驗觀察和研究過。

雖然在經過亞里斯多德、培根,和笛卡兒 [1- 3] 三人的介紹後,此現象已被發現了幾個世紀,但卻一直沒有被引入現代科學。直至2023年,才由坦尚尼亞的一間中學的一個名叫 mpemba 的學生引入現代科學。這個效應早期發現史,和後期 mpemba 再發現的故事--尤其是後者,都是充滿戲劇性的寓言。

寓意人們在判斷什麼是不可能時,別過於倉促。這一點,下面會說到。

熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「mpemba 效應」。無疑地,很多讀者對這一點很懷疑,因此,有必要先明確地指出,什麼是 mpemba 效應。有兩個形狀一樣的杯,裝著相同體積的水,唯一的分別是水的溫度。

現在將兩杯水在相同的環境下冷卻。在某些條件下,初溫較高的水會先結冰,但並不是在任何情況下,都會這樣。例如,99.

9° c 的熱水和 0.01° c 的冷水,這樣,冷水會先結冰。mpemba 效應並不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下,都可看到。

這似乎是不可能的,不少敏銳的讀者可能已經想出一個方法,去證明它不可能。這種證明通常是這樣的: 30° c 的水降溫至結冰要花 10 分鐘, 70° c 的水必須先花一段時間,降至 30° c,然之後再花 10 分鐘降溫至結冰。

由於冷水必須做過的事,熱水也必須做,所以熱水結冰較慢。這種證明有錯嗎?

這種證明錯在,它暗中假設了水的結冰只受平均溫度影響。但事實上,除了平均溫度,其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻,70° c 的水,冷卻到平均溫度為 30° c 的水,水已發生了改變,不同於那杯初始溫度均勻,30° c 的水。

前者有較少質量,溶解氣體和對流,造成溫度分佈不均。這些因素亦會改變冰箱內,容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。

所以前面的那種證明是行不通的,事實上,mpemba 效應已在很多受控實驗中觀察到 [5,7-14]。

這種現象的發生機制,仍然沒有得確切的瞭解。雖然有很多可能的解釋已被提出過,但到目前為止,還沒有一個實驗可以清晰地顯示它的機制。如果有的話,這實驗就十分重要了。

你可能會聽到有人很自信地說,x 是 mpemba 效應的原因。這些說法通常都是基於猜測,或只看著小量文獻的證據,而忽略其它。當然,有根據地猜測,和選擇你信賴的實驗結果,是沒錯的。

問題是,對於什麼是 x,不同的人提出不同的說法。

為什麼現代科學不回答這個看起來很簡單的結冰問題?主要的問題是,水結冰所花的時間的長短,對實驗設計中的很多因素,都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質、結冰時間的定義,等等。

因為這種敏感性,即使有實驗支援 mpemba 效應的存在,但不能支援在這些條件之外, mpemba 效應的發生和發生的原因。正如 firth [7] 所講「這個問題有太多的變數,以致任何從事這項研究的實驗室,一定會得出和其它實驗室不同的結果。」

2樓:max創意科技

熱水是熱的,可為什麼比冷水更快結冰

3樓:天天冷知識

熱水與冷水在同質同量同外部環境溫度條件下不但它們的溫度在變化,它們各自的密度、體積、質量和密封狀態下受到的氣壓等等都在發生變化,使得初溫高的水降溫速度始終快於初溫低的水,只要外部環境溫度持續下降,最終必然是初溫高的水溫度更低。

4樓:匿名使用者

熱水冒出來的熱氣面積小

5樓:科學探索之路

熱水比冷水更容易結冰,這是什麼原理?看完漲知識了!

為什麼熱水比涼水更容易結冰?

6樓:匿名使用者

"熱水比冷水先結冰"

事實上,在一般實驗條件下,熱水會比冷水更快結冰。這種現象違反直覺,甚至連很多科學家也感到驚訝。但它的確是真的,曾在很多實驗觀察和研究過。

雖然在經過亞里斯多德、培根,和笛卡兒 [1- 3] 三人的介紹後,此現象已被發現了幾個世紀,但卻一直沒有被引入現代科學。直至2023年,才由坦尚尼亞的一間中學的一個名叫 mpemba 的學生引入現代科學。這個效應早期發現史,和後期 mpemba 再發現的故事--尤其是後者,都是充滿戲劇性的寓言。

寓意人們在判斷什麼是不可能時,別過於倉促。這一點,下面會說到。

熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「mpemba 效應」。無疑地,很多讀者對這一點很懷疑,因此,有必要先明確地指出,什麼是 mpemba 效應。有兩個形狀一樣的杯,裝著相同體積的水,唯一的分別是水的溫度。

現在將兩杯水在相同的環境下冷卻。在某些條件下,初溫較高的水會先結冰,但並不是在任何情況下,都會這樣。例如,99.

9° c 的熱水和 0.01° c 的冷水,這樣,冷水會先結冰。mpemba 效應並不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下,都可看到。

這似乎是不可能的,不少敏銳的讀者可能已經想出一個方法,去證明它不可能。這種證明通常是這樣的: 30° c 的水降溫至結冰要花 10 分鐘, 70° c 的水必須先花一段時間,降至 30° c,然之後再花 10 分鐘降溫至結冰。

由於冷水必須做過的事,熱水也必須做,所以熱水結冰較慢。這種證明有錯嗎?

這種證明錯在,它暗中假設了水的結冰只受平均溫度影響。但事實上,除了平均溫度,其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻,70° c 的水,冷卻到平均溫度為 30° c 的水,水已發生了改變,不同於那杯初始溫度均勻,30° c 的水。

前者有較少質量,溶解氣體和對流,造成溫度分佈不均。這些因素亦會改變冰箱內,容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。

所以前面的那種證明是行不通的,事實上,mpemba 效應已在很多受控實驗中觀察到 [5,7-14]。

這種現象的發生機制,仍然沒有得確切的瞭解。雖然有很多可能的解釋已被提出過,但到目前為止,還沒有一個實驗可以清晰地顯示它的機制。如果有的話,這實驗就十分重要了。

你可能會聽到有人很自信地說,x 是 mpemba 效應的原因。這些說法通常都是基於猜測,或只看著小量文獻的證據,而忽略其它。當然,有根據地猜測,和選擇你信賴的實驗結果,是沒錯的。

問題是,對於什麼是 x,不同的人提出不同的說法。

為什麼現代科學不回答這個看起來很簡單的結冰問題?主要的問題是,水結冰所花的時間的長短,對實驗設計中的很多因素,都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質、結冰時間的定義,等等。

因為這種敏感性,即使有實驗支援 mpemba 效應的存在,但不能支援在這些條件之外, mpemba 效應的發生和發生的原因。正如 firth [7] 所講「這個問題有太多的變數,以致任何從事這項研究的實驗室,一定會得出和其它實驗室不同的結果。」

7樓:阿阿阿阿阿火丶

其實熱水比冷水更容易結冰,這個問題看上去是似乎有違背平時生活常識的嫌疑,但是也正是因為熱水的溫度比較高和並在和水在結冰時的0度,溫度相差相對較大,所以才導致可以更快結冰,而且這一現象也是有條件的,一般都是要放在冰箱內,像這樣一個較為封閉的環境下才可以得到這樣的結論。

其實這是「姆潘巴」現象。這是因為在封閉的空間內,幹空氣對熱的傳導能力差,冷水對其上方的空氣加熱升溫作用小,不能形成對流,而熱水不同,它對上方的空氣加熱升溫作用大,能形成對流對上方空氣有加溼作用,增加了空氣對熱的傳導能力,所以在這一情況下,冷水反而不容易結冰了。

而且熱水的分子比冷水的分子要活躍的多,分子之間做活動的時候,熱水的分子更積極,所以,當熱水在受冷結冰的時候,時間可能要長一點,但很明顯熱水中分子的運動的速度就要比冷水的速度快。

因為水中的氫鍵從而使得氧氫原子之間的化學鍵貯存了能量。當溫度升高時,氫鍵就會發生延展,水中分子之間的距離也就增大了。但是當溫度變低的時候分子的距離自然也會相反地縮短,然後釋放能量,這就會結冰的速度。

但是這一解釋在科學界中也有不少科學家的反對,也存在著一些缺陷。

結冰,簡單來說就是一個液體在冷卻過程中凝結成固態的過程,這個過程總是在區域性優先產生,再擴充套件至整個區域。而要使結晶能得以順利進行,得滿足兩個條件:一是要有足夠的過冷度,二是要有形核核心。

8樓:

你的問題有問題。

你所說的現象又稱為姆潘巴現象。首先由坦尚尼亞的中學生姆潘巴在2023年發現,所以叫姆潘巴現象。他把一杯熱牛奶和一杯冷牛奶同時放入冰箱,而發現熱牛奶先結冰。

首先來看看姆潘巴現象的原理;液體降溫速度的快慢不是由液體的平均溫度決定的,而是由液體上表面與底部的溫度差決定的,當熱牛奶冷卻時,這種溫度差較大,而且在凍結前的降溫過程中,熱牛奶的溫度差一直大於冷牛奶的溫度差。這種情況是由於上表面的溫度愈高,從上表面散發的熱量就愈多,因而降溫就愈快。

注意,這裡說的是「降溫速度」而不是誰先結冰。

如果一杯水要結冰,首先要達到冰點,即0攝氏度。熱水在一開始的時候降溫速度比冷水快,是因為其上層和下層溫差比冷水大。但是如果用影象表示熱水的降溫過程,揮發現其影象是一條曲線,也就是說時間越長,降溫速度越慢,因為其上下層的溫差越來越小。

物體傳熱速度是由兩個因素決定的,一個是溫度差,另一個熱阻,而熱阻往往是由材料決定的,是一個常數。這樣的話,列出微分方程,很容易解出,物體的溫度隨著時間按指數規律下降,就象電容器的放電規律一樣。

從以上的結果上看,當然是冷水先結冰。

如果非要說熱水比冷水先結冰,只能說有什麼因素減小了熱水的熱阻,而且這種減小的熱阻可以一直維持到溫度和冷水一樣的時候。

9樓:天天冷知識

熱水與冷水在同質同量同外部環境溫度條件下不但它們的溫度在變化,它們各自的密度、體積、質量和密封狀態下受到的氣壓等等都在發生變化,使得初溫高的水降溫速度始終快於初溫低的水,只要外部環境溫度持續下降,最終必然是初溫高的水溫度更低。

10樓:匿名使用者

慣性和溫度都是物理性質,水溫度與室溫差值越大溫度下降越快,就好像開車開越快剎車時拖的距離越長,熱水到達冷水溫度時,因為像慣性一樣的性質而比冷水在這個溫度時,溫度下降快,

從而比冷水先結冰!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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