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【新中考头条—物理】冷水一定先结冰吗?

更新日期:2018-08-09 08:53:17        浏览:28

“生活物理实验课堂”


                   ——冷水一定先结冰吗?


大智教育集团物理研究院

中考(含学考)研究员

卫玮


    今天是生活物理实验课堂的第六期,大家是否还记得第二期时,解冻食物用冷水更快的问题吗?今天给你们讲讲凝固的问题:冷水一定会比热水先结冰吗?


    大家通常都会认为,一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时,冷水结冰快。事实并非如此。1963年的一天,在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里,一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后,准备放进冰箱里做冰淇淋。他想,如果等热牛奶凉后放入冰箱,那么别的同学将会把冰箱占满,于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久,他打开冰箱一看,令人惊奇的是,自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋,而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇,但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验,其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中,热水比冷水结冰快。此后,世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象,还将这种现象命名为"姆佩巴效应"。


    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℃的热水和0.01℃的冷水,这样,冷水会先结冰。"姆佩巴效应"并不是在任何的初始温度、容器形状和冷却条件下,都可以看到的。


    到底是什么原理让热水比冷水先结冰呢?下面我从四个角度去解释这个现象,希望对大家有所启发!


    一、蒸发——热水相较冷水而言,在冷却过程中水的蒸发量要较大,我们知道蒸发会大量吸热,这在一定程度上会使热水加快结冰。但这种猜想只能是一个重要因素,而不可能是唯一原因,因为无法解释密闭容器冷却实验的结论。


    二、溶解气体——热水含有的溶解气体较少,而含有溶解气体的多少会改变水的基本属性,或提高热水的冰点,或较易形成对流,或减少单位质量水结冰所需的热量等,使之更容易结冰。


    三、对流——热水相较冷水更容易由于温差形成对流,更快的接触外界低温,加快热量流失。


    四、周围环境——热水容器周围容易形成较大的温度阶梯,导致容器周围较快的冷热空气交换,加速带走热水的热量。


    到目前为止,尽管有很多解释,但仍没有一种完美的解释,所以,姆佩巴效应仍然是一个谜。同学们,你们对这一问题有没有什么看法和观点呢?希望大家都能积极思考,或许,能够完美解释姆佩巴效应的那个人,就是你!


大智教育集团物理研究院

中考(含学考)研究员

卫玮


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