什么情况下冷水比热水升温快?

作者: Jennifer Ouellette

来源: Physics World

发布日期: 2018-01-13

本文介绍了姆潘巴效应的理论研究和实验挑战,探讨了热水是否真的比冷水先结冰的问题,并提出了新的理论框架来解释这一现象。

结冰不是在某个时间点上发生的,它是一个过程,受很多因素的影响。这正是观察姆潘巴效应非常困难的原因。热水真的比冷水先结冰吗?詹妮弗·欧莱特(Jennifer Ouellette)的这篇文章介绍了一种关于姆潘巴可能成立的新理论认识,并解释了这一理论为什么会预测冷水可能比温水热得更快。

科学家们依然不清楚这个有违直觉的现象背后的确切机制,甚至不确定姆潘巴效应是否真的存在,因为事实证明,相关实验极难完全重复。两位物理学家为解决这个问题带来了新的转机:他们建立了一个通用的理论框架,解释了简单的系统中出现这类不寻常现象可能的原因。姆潘巴效应不是水特有的,以色列魏茨曼科学研究院的奥伦·拉兹(Oren Raz)说。基本相同的现象应该也存在于其他系统中。

拉兹和芝加哥大学的卢志悦共同提出了相关理论。拉兹和卢志悦的理论还预测了逆姆潘巴效应的存在:在特定条件下,温度较低的系统会比温度较高的系统升温快。如果是真的,对于那些相信冷水比温水和热水沸腾快的人,这是一个好消息。热水结冰的速度比冷水快这一概念以埃拉斯托·姆潘巴(Erasto Mpemba)的名字命名。

1963年,还在坦桑尼亚读书的中学生姆潘巴注意到,如果不等煮沸的牛奶变凉便将其放进冰箱,那自制的冰淇淋凝固的速度就会比同学的快。年轻的姆潘巴请老师解释他观察到的现象,却遭到无情的嘲笑。姆潘巴后来又问来学校访问的达累斯萨拉姆大学的物理学家丹尼斯·奥斯博尔内(Denis Osborne)。奥斯博尔内答应回去后会做这个实验。

他认为这个男孩错了,但又觉得不应该嘲笑任何一个问题,而且可能真的有其他未知因素影响着冷却速率。此后,姆潘巴效应成为DIY家庭实验教育的一个常见项目,但姆潘巴并不是最早注意到这个现象的人。大约在公元前350年,亚里士多德就观察到,如果想让液体凉得更快,当地的习惯是先让水在太阳下晒一晒。

科学家们依然不清楚这个有违直觉的现象背后的确切机制,甚至不确定姆潘巴效应是否真的存在,因为事实证明,相关实验极难完全重复。两位物理学家为解决这个问题带来了新的转机:他们建立了一个通用的理论框架,解释了简单的系统中出现这类不寻常现象可能的原因。姆潘巴效应不是水特有的,以色列魏茨曼科学研究院的奥伦·拉兹(Oren Raz)说。基本相同的现象应该也存在于其他系统中。

拉兹和芝加哥大学的卢志悦共同提出了相关理论。拉兹和卢志悦的理论还预测了逆姆潘巴效应的存在:在特定条件下,温度较低的系统会比温度较高的系统升温快。如果是真的,对于那些相信冷水比温水和热水沸腾快的人,这是一个好消息。热水结冰的速度比冷水快这一概念以埃拉斯托·姆潘巴(Erasto Mpemba)的名字命名。

1963年,还在坦桑尼亚读书的中学生姆潘巴注意到,如果不等煮沸的牛奶变凉便将其放进冰箱,那自制的冰淇淋凝固的速度就会比同学的快。年轻的姆潘巴请老师解释他观察到的现象,却遭到无情的嘲笑。姆潘巴后来又问来学校访问的达累斯萨拉姆大学的物理学家丹尼斯·奥斯博尔内(Denis Osborne)。奥斯博尔内答应回去后会做这个实验。

他认为这个男孩错了,但又觉得不应该嘲笑任何一个问题,而且可能真的有其他未知因素影响着冷却速率。此后,姆潘巴效应成为DIY家庭实验教育的一个常见项目,但姆潘巴并不是最早注意到这个现象的人。大约在公元前350年,亚里士多德就观察到,如果想让液体凉得更快,当地的习惯是先让水在太阳下晒一晒。

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