為啥溫水比涼水更易結冰,為什麼溫水比涼水更容易結冰?

2022-04-05 08:57:08 字數 5100 閱讀 8968

1樓:厚昭資簫

四個因素:

1.蒸發——在熱水冷卻到冷水的初溫的過程中,熱水由於蒸發會失去一部分水。質量較少,令水較容易冷卻和結冰。

這樣熱水就可能較冷水早結冰,但冰量較少。如果我們假設水只透過蒸發去失熱,理論計算能顯示蒸發能解釋mpemba效應。這個解釋是可信的和很直覺的,蒸發的確是很重要的一個因素。

然而,這不是唯一的機制。蒸發不能解釋在一個封閉容器內做的實驗,在封閉的容器,沒有水蒸氣能離開。很多科學家聲稱,單是蒸發,不足以解釋他們所做的實驗。

2.溶解氣體——熱水比冷水能夠留住較少溶解氣體,隨著沸騰,大量氣體會逃出水面。溶解氣體會改變水的性質。

或者令它較易形成對流(因而較易冷卻),或減少單位質量的水結冰所需的熱量,或者改變沸點。有一些實驗支援這種解釋,但沒有理論計算的支援。

3.對流——由於冷卻,水會形成對流,和不均勻的溫度分佈。溫度上升,水的密度就會下降,所以水的表面比水底部熱—叫"熱頂"。

如果水主要透過表面失熱,那麼,"熱頂"的水失熱會比溫度均勻的快。當熱水冷卻到冷水的初溫時,它會有一熱頂,因此與平均溫度相同,但溫度均勻的水相比,它的冷卻速率會較快。雖然在實驗中,能看到熱頂和相關的對流,但對流能否解釋mpemba效應,仍是未知。

4.周圍的事物——兩杯水的最後的一個分別,與它們自己無關,而與它們周圍的環境有關。初溫較高的水可能會以複雜的方式,改變它周圍的環境,從而影響到冷卻過程。

例如,如果這杯水是放在一層霜上面,霜的導熱效能很差。熱水可能會熔化這層霜,從而為自己創立了一個較好的冷卻系統。明顯地,這樣的解釋不夠一般性,很多實驗都不會將容器放在霜層上。

最後,過冷在此效應上,可能是重要的。過冷現象是水在低於0℃時才結冰的現象。有一個實驗發現,熱水比冷水較少會過冷。這意味著熱水會先結冰,因為它在較高的溫度下結冰。

2樓:

這是姆潘巴現象。人們通常都會認為,一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱時,冷水結冰快。事實並非如此。

2023年的一天,在地處非洲熱帶的坦尚尼亞一所中學裡,一群學生想做一點冰凍食品降溫。一個名叫埃拉斯托·姆佩巴的學生在熱牛奶里加了糖後,準備放進冰箱裡做冰淇淋。他想,如果等熱牛奶涼後放入冰箱,那麼別的同學將會把冰箱佔滿,於是就將熱牛奶放進了冰箱。

過了不久,他開啟冰箱一看,令人驚奇的是,自己的那杯冰淇淋已經變成了一杯可口的冰淇淋,而其他同學用冷水做的冰淇淋還沒有結冰。他的這一發現並沒有引起老師和同學們的注意,相反在為他們的笑料。姆佩巴把這特殊現象告訴了達累薩拉姆大學的物理學教授奧斯博爾內博士。

奧斯博爾內聽了姆佩巴的敘述後也感到有點驚奇,但他相信姆佩巴講的一定是事實。尊重科學的奧斯博爾內又進行了實驗,其結果也姆佩巴的敘述完全相符。這就確切地肯定了在低溫環境中,熱水比冷水結冰快。

此後,世界上許多科學雜誌載文介紹了這種自然現象,還將這種現象命名為"姆佩巴效應"(mpembaeffect)。 根據中學物理理論: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。

(注:在常壓條件下,當二者初始溫度均不低於4℃時可成立;當二者初溫均不高於4℃時不成立;當二者中其一不高於4℃,另一不低於4℃時,則需針對它們的初始溫度、密度、體積、質量和密封狀態下的氣壓等討論。)姆潘巴問題討論初始溫度分別為35℃的水和100℃的水,二者均高於4℃,因此會產生姆潘巴現象.   1.

冰箱溫度並不均勻,如果姆潘巴將其冰盒正巧放在冷卻管附近,甚至與冷卻管相接觸,完全有可能熱牛奶比冷牛奶先結冰;   2.如果姆潘巴不喜歡吃甜,在冰淇淋中少放了糖,或者因為匆忙沒來得及攪拌、糖粒沉在盒底形成固體,實驗證明可先結冰;   3.姆潘巴自制的冰淇淋中不僅牛奶加糖,還加入了澱粉類物質,在其少放糖、少放牛奶時會先結冰。

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。

為什麼溫水比涼水更容易結冰?

4樓:白衣奶爸

您好:是因為溫水較冷水膨脹,內部空間較大,密度較小且水分子較活躍,相互碰撞較頻繁。所以,在冬天寒冷的情況下,活躍的水分子把冷氣溫迅速相互傳遞並較為暢通地在密度較小的溫水裡傳播,整體水溫下降的速度也就相對較快。

冷水的密度較大,水分子活動也較慢,冷氣溫在冷水裡的整體傳播速度也就較緩慢。所以這時溫水比冷水凍得相對更快。

希望我的回答對您有幫助,祝好!

祝您學習進步!

如果不懂建議重新提問,也可以直接追問哦。

5樓:老實知味兩人

其實,解釋不了這個奇怪的自然現象是非常正常的,因為迄今為止,連科學家也沒有搞清楚:為什

麼冬天溫水比冷水凍得快?當今世界上還沒有人能夠破解這個看似稀鬆平常的自然之謎。

現在,在許多解釋中最為普遍的理論為:溫差理論,即冬天溫水比冷水凍得快,是因為溫水與周圍環境之間的溫差大於冷水與周圍環境之間的溫差,溫差大溫水中水分子的能量會很快散發到周圍環境中。當然,這個理論仍然遭到許多科學家的質疑。

因為按照這個理論,冷水與周圍環境之間的溫差小,冷水分子能量失去較慢,那麼出現的問題是,溫水終究要變成冷水,它變成冷水後結晶速度應該與冷水直接冷凍一樣。因此,考慮到把溫水冷卻成冷水時耗費的時間,應該得出結論,即無論怎樣冷水都應比溫水冷凍得快。看來,這個「溫差理論」也不值得推敲。

  報道稱,那麼,溫水到底緣何比冷水冷凍得快呢?溫水在冷凍過程中肯定還有一個至今未被人們認知的機理。也許不久的將來,科學家會解開藏在我們身邊的這個謎團。

6樓:max創意科技

熱水是熱的,可為什麼比冷水更快結冰

7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。

為什麼熱水比涼水更容易結冰?

8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。」

9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。

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