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【千年谜题:热水冷水哪个冻结快?】“消融气体说”认为, 消融于水的气体味在最初温度较高时析出, 尤其是滚水中所含的气体少少, 而消融气体味改变水的性质, 从而改变水降温的速度 。 在利用脱气水时, 尝试人员不雅察到了姆潘巴效应, 而利用未脱气水则没有不雅察到现象 。 可是, 这种诠释没有理论撑持 。 此外, 人们发现滚水跟未煮沸的水都呈现了姆潘巴效应, 并且改变消融气体的量对姆潘巴效应也没有本色性影响 。
“对流说”则是经由过程水的温度不平均来进行诠释 。 跟着水的冷却, 温度分布呈现不均, 从而导致“对流” 。 因为4℃以上时, 水的密度随温度升高而变小 。 是以, 跟着热水冷却(温度仍高于4℃时), 水概况会形当作“热盖”, 这时水在概况的热量流掉速度就高于平均温度的程度 。 热水内部发生的对流速度比冷水更快, 是以具有更快的冷却速度 。 换句话说, 当80℃的热水冷却至30℃时, 概况温度可能比原先30℃的水高得多, 是以比原先30℃的水散热更快 。 而当研究了冷水对流问题时, 人们发现对流对冷冻速度的影响并不明白(有快有慢) 。 4℃以下水的密度会随温度降低而变大, 那怎么办?这个时辰水就会形当作“冷盖”, 那是加倍复杂的问题 。
还有一种“周边情况说”, 它可以或许诠释大大都家庭尝试中获得的姆潘巴效应 。 起首, 在冰箱中, 热水会改变杯体四周的温度而导致更快的对流散热(水结冰的速度与冰箱容积有较着关系) 。 其次, 把杯子放进冰箱时, 它往往是直接和冰霜接触的 。 装热水的杯子会融化霜, 这样热水杯子可以或许更好地和冷却系统接触 。 若是融化的霜冻又刚好和杯子形当作冰桥, 那么热接触将加倍充实 。 可是, 我们列举的尝试都是在绝热体上或者完全不异的冷却过程下进行的 。
神奇的“过冷”
海说神聊方人也许见过这样的现象:严寒的冬天, 俄然将一桶矿泉水倒扣在清水器上, 这时, 不成思议的工作发生了——原本清亮的矿泉水俄然由一点起头结冰, 并刹时扩散开去, 不到两秒, 一桶水竟当作了冰坨!
为什么会这样?其实水结冰是一个寻找结晶核的过程, 水的凝点代表“以此温度为分界线, 水倾标的目的于形当作固体而非液体”, 但并不是说达到凝固点就必然会结冰 。 凡是环境下, 当水中有杂质时, 它就会环绕固结核起头发生冰晶 。 可是, 有些水太纯净, 容器也很是清洁光滑, 贫乏晶核, 冰晶因无处凭借而不克不及形当作 。 即使水温低于凝固点(过冷), 水依然会连结液态很长一段时候, 直至平均的结晶核形当作 。
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过冷导致热水敏捷结冰的现象经常发生 。 有的尝试发现, 热水只会稍微过冷约到约-2℃, 而冷水会过冷到约-8℃ 。
但显然, 用它来诠释“姆潘巴效应”也很难服众 。 即使“过冷说”是真的, 那么“消融气体说”刚好与其相反:热水中的气体更少, 是以加倍贫乏晶核 。 那么, 应该更难达到过冷才对 。
此外, 还有一种诠释:热水冷却时, 整个容器的温度转变差别更大, 对流更快, 所以更快引起冻结 。 但这也只是猜想, 缺乏理论推导 。
用微玻璃珠取代水?
考虑到水的性质及其结冰过程的复杂性, 在比来一项研究中, 加拿大的几名物理学家用微玻璃珠来取代水进行尝试, 被认为是简练地、更好地证实(阐释)了姆潘巴效应 。 只不外, 他们认为, 热水可能比冷水“冷却”(而不是“冷冻”)更快 。
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