为什么热水结冰比冷水快?
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/11/22 05:35:43
为什么热水结冰比冷水快?
为什么热水结冰比冷水快?
为什么热水结冰比冷水快?
这是谣传,没有实验证明过热水比冷水结冰快.
希望帮得上忙
热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。无疑地,很多读者对这一点很怀疑,因此,有必要先明确地指出,什么是 Mpemba 效应。有两个形状一样的杯,装着相同体积的水,唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下,初温较高的水会先结冰,但并不是在任何情况下,都会这样。例如,99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水,这样,冷水会先结冰。M...
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希望帮得上忙
热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。无疑地,很多读者对这一点很怀疑,因此,有必要先明确地指出,什么是 Mpemba 效应。有两个形状一样的杯,装着相同体积的水,唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下,初温较高的水会先结冰,但并不是在任何情况下,都会这样。例如,99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水,这样,冷水会先结冰。Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下,都可看到。
这似乎是不可能的,不少敏锐的读者可能已经想出一个方法,去证明它不可能。这种证明通常是这样的: 30° C 的水降温至结冰要花 10 分钟, 70° C 的水必须先花一段时间,降至 30° C,然之后再花 10 分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事,热水也必须做,所以热水结冰较慢。这种证明有错吗?
这种证明错在,它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上,除了平均温度,其它因素也很重要。一杯初始温度均匀,70° C 的水,冷却到平均温度为 30° C 的水,水已发生了改变,不同于那杯初始温度均匀,30° C 的水。前者有较少质量,溶解气体和对流,造成温度分布不均。这些因素亦会改变冰箱内,容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。所以前面的那种证明是行不通的,事实上,Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到 [5,7-14]。
这种现象的发生机制,仍然没有得确切的了解。虽然有很多可能的解释已被提出过,但到目前为止,还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。如果有的话,这实验就十分重要了。你可能会听到有人很自信地说,X 是 Mpemba 效应的原因。这些说法通常都是基于猜测,或只看着小量文献的证据,而忽略其它。当然,有根据地猜测,和选择你信赖的实验结果,是没错的。问题是,对于什么是 X,不同的人提出不同的说法。
为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题?主要的问题是,水结冰所花的时间的长短,对实验设计中的很多因素,都是很敏感的。例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义,等等。因为这种敏感性,即使有实验支持 Mpemba 效应的存在,但不能支持在这些条件之外, Mpemba 效应的发生和发生的原因。正如 Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量,以致任何从事这项研究的实验室,一定会得出和其它实验室不同的结果。」
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