热⽔和冷⽔谁先结冰?

作者: 阿樂 & ⼩帕 &iu

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-08-05 12:36:21

本文通过一个实验探讨了热⽔和冷⽔谁先结冰的问题,并介绍了姆潘巴现象及其可能的解释。

在这个炎炎夏⽇,我们掌握了暂时⽆法⽤科学解释的冰の魔法。⼩编问⼤家⼀个问题:同样质量的热⽔和冷⽔同时放⼊冰箱中,谁先结冰?冷⽔?还是热⽔?还是没有先后,⼀起结冰?实践出真知!咱们⼀起做个实验看看吧。实验器材:热⽔和冷⽔,两个杯⼦,⼀台冰箱。

实验步骤:第⼀步,⾸先将两个杯⼦做上标记,确保热⽔和冷⽔的质量⼀致;第⼆步,做上质量标记后也要把热⽔和冷⽔的杯⼦做好标记;第三步,将热⽔和冷⽔倒⼊到准备好的杯⼦中;第四步,将其放⼊冰箱的冷冻层,然后开始记录时间(可以⼆⼗分钟观察⼀次);第五步,60分钟后,我们打开冰箱取出杯⼦,我们⽤⼒晃⼀下杯⼦,神奇的事情发⽣了:冷⽔只有少量结冰,⽽热⽔已经被冰⾯覆盖。

为了加快实验进度,⼤家可以减少放⼊冰箱中⽔的质量哦。这次的原理⽐较特殊,因为热⽔⽐冷⽔先结冰这件事情⽬前还没有定论!下⾯给⼤家介绍⼀下这个实验现象以及可能的解释。这个现象其实很早之前就被⼈们发现,《淮南万毕书》中就有记载:“取沸汤置瓮中,密以新缣,沈中三⽇成冰。”⽽被⼈所熟知则是因为在1969年,姆潘巴在《物理教育》期刊上发表了热⽔⽐冷⽔先结冰的实验证据。所以,这种现象也被成为姆潘巴现象。

解释⼀:热量耗散导致质量减少。同质量和同等环境下,热⽔的热量耗散速率⾼于温度低的⽔,⽽热⽔热量耗散的时候会带⾛⼀部分质量导致,热⽔质量减少所以提前结冰。解释⼆:冷⽔缺少结晶核。结冰是⼀个结晶的过程,这个过程需要⼀个结晶核。结晶核可以是⽔⾥的⼩杂质或者⼩⽓泡,⽽热⽔中的⼩⽓泡远多于冷⽔,所以热⽔会先结冰。

上⾯的两种解释并不能完全解释姆潘巴现象,⽽为了解释姆潘巴现象科学家做了⾮常多的实验,有⽀持的有反对的,那么它本质的原因到底是什么呢?只能让时间告诉我们答案了!

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