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水在多少度结冰快(为什么80℃的水会比10℃的水结冰更快呢?)

时间:2024-08-07 08:45:35 浏览:100

这个标题看起来有点反常识,为什么高温的水会比低温的水结冰更快呢?这似乎不符合我们的认知,水结冰的温度是0℃,10℃与0℃的距离可比80℃与0℃的距离近多了。这或许就是弯道超车吧。高温的水比低温的水结冰更快,这种效应叫做姆潘巴现象。

姆潘巴是发现这个效应的一个中学生,让我们一起来看看他的发现故事吧。

姆潘巴和冰激凌的故事

1963年,坦桑尼亚一名初三的学生姆潘巴和同学要一起做冰激凌吃。他们制作冰激凌的步骤是先将生牛奶煮沸、加入糖、等待冷却、放入冰箱。有一次冰箱的空位告缺,姆潘巴和他的同学想抢到最后的位置放入冰格。

于是,姆潘巴的同学直接将生牛奶加糖就放入冰箱;姆潘巴则急急忙忙把牛奶煮沸之后加入糖也直接就放入了冰箱。

一个半小时以后,姆潘巴发现他的冰激凌已经开始结冰成型了,而他同学的冰格里还是浓稠的牛奶。就这样,这个有点奇怪的效应就被人类发现了。

刚开始姆潘巴觉得很奇怪,还去问他的物理老师,但是他的老师坚信是姆潘巴自己哪里产生了错误,高温的液体不可能比低温的液体结冰更快。

直到后来,一次机缘巧合,姆潘巴把他的疑问提交给了一位物理学家,实验证明了姆潘巴的话。

事实上,姆潘巴并不是第一个发现这个现象的人,早在很多很多年前,亚里士多德、培根和笛卡尔就都曾经说明过这种现象的存在了。

现象产生的原因

对于这个现象其实有很多个解释,但是事实上并没有哪个解释被证明是正确的,不过我们一起来看看可能产生这个现象的原因吧。

第一个是蒸发,热水由于温度高会将部分水蒸发掉,因此原有的水的质量就减少了,因此更容易结冰。

第二个解释是气体的溶解,热水能够留住部分的溶解气体,而溶解气体很可能会改变水的性质,比如水的沸点,或者结冰时所需要的热量。

第三个解释是对流,是因为在冷却的时候,温度的分布是不均匀的,因此水可能会形成对流。而温度高的水会比温度低的水失热更快。

第四个解释是分子的大小,因为结冰的过程需要水的分子团凝结在一起,因此小分子的水更容易聚集在一起,相互渗透。而热水中的水分子团比冷水中的水分子团小得多。

最后一个周围环境的影响,也就是当它们所处的环境比较特别时,温度较高的水会以复杂的方式改变它周围的环境,从而让冷却的速度提高。

最新的研究

根据我们传统的观点,我们认为高温的水结冰必先首先降低到低温的水平,因此高温的水冷却往往需要更长的时间。但在有的情况下,这种说法是说不通的。对于一个不处于热平衡状态的系统来说,物体的行为不仅仅以温度为特征的,忽略其它的势能而单一地用温度来衡量是过于片面的。

也就是说,在一个非热平衡的系统当中,从热到冷有多条可行的途径,而不是只能从热到冷。比如从势能的角度来看,温度更高的水可能更容易能够排列组合成与低温水匹配的结构。

就像爬山一样,有的人虽然看似离山顶很远,但如果他能够更快地翻过一座山,他反而会更快到达终点。

小结

抛开我们的定势思维,很多看似不可能正确的事情却恰恰是正确的。为什么高温的水比低温的水结冰更快,这个问题非常的反常识,但是如果你自己去进行实验的话,你会发现这是真的。这种情况产生的结果在科学界并没有给出一个统一的定论,但是很有可能是由于蒸发、对流、气体溶解、分子大小和周围环境所导致的。

最新的一个研究也表明,在一个非热平衡的系统中用温度去衡量物体往往是错误的,而要用势能来比较。因此从热到冷的途径是非常多的。

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