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冬天的热水怎比冷水结冰快?

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冬天的热水怎比冷水结冰快?


        

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  • 2007-12-22 20:14:20
      从物理方面来说,致冷有四种并存的机制:辐射、传导、汽化、对流,通过实验观察,对结果进行比较,发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果,如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析原因就更能说明问题了:盛有4℃冷水的结冰要很长时间,因为水和玻璃都是热的不良导体,液体内部的热量很难依靠传导有效地传递到表面,杯子里的水由于温度下降,体积膨胀,密度变小,集结在表面,所以在水表面处最先结冰,其次是底部和四周,形成了一个密闭的“冰壳”,这时内层的水与空气隔绝,只能依靠传导和辐射来散热,所以冷却的速率很小,阻止内层水温继续下降的正常进行,另外由于水结冰时体积要膨胀,“冰壳”起着一种抑制作用。
      盛有100℃热水那一杯冷冻的时间相对来说要少得多,看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖,看不到“冰壳”的现象,沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶(在初温低于12℃时,看不到这种现象)。随着时间的流逝,冰晶由细变粗,这是因为初温高的热水,上层水冷却后密度变大向下流动,形成液体内部的对流,使水分子围绕各自的结晶中心结成冰,初温越高,这种对流越剧烈,能量的损耗也越大。
      正是这种对流,使上层的水不易结成冰盖,由于热传递和相变潜热,在单位时间内的内能损耗较大,冷却速率较大,当水面温度降到0℃以下并有足够的低温,水面就开始出现冰晶。初温较高的水,生长冰晶的速度较大,这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故,最后我们观察到冰盖还是形成了,冷却速率变小了一些,但由于水内部冰晶已经生长而且粗大,具有较大的表面能,冰晶的生长速率与单位表面能成正比,所以生长速度仍然要比较初温低的水快得多。
       从生物作用方面来看,水要结成冰,水中需要许多结晶的中心,生物实验发现,水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水(水温在100℃以下一点)中繁殖比冷水中快,这样一来,热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多,加速了热水结冰的协同作用,围绕“结晶中心”生长出子晶,子晶是外延结晶的晶核,对流使各种取向的分子都流过子晶,依靠晶体表面的分子力,抓住合适取向的水分子,外延出分子作有序排列的许多晶粒,悬浮在水中,结晶释放的能量通过对流放出,而各相邻的冰粒又连结成冰,直到水全部结冰为止。
       。

    清***

    2007-12-22 20:14:20

其他答案

    2008-01-04 21:26:10
  • 一盆水100度另一盆1度一块放到-50度的地方,1度水不结冰非等100度水结了它才挺不好意思的冻上。
                       -----------公配吧效应
    其实是这样,水4度体积最小向下沉最后全体到4度无法下沉开始降温体积膨大结冰。形成冰盖。一般是这样但是他受多种因素影响,比如体积,环境等。
    这里要紧的是热量,温度高热量多,温度低热量少。在相同的条件下怎么让热量尽快散发/?把水比做房子把热量比做人,基本可以看作单位时间里人跑出的数量。
    现在是论题比较模糊,究竟是多少度和多少度在什么条件下对比都不清楚。
    清风剪影说的冰晶现象是有不过在水杯里没有水的数量太少并且也不适合用在这里
           
     

    m***

    2008-01-04 21:26:10

  • 2007-12-23 11:14:06
  • 错.
    姆佩巴效应已被证伪.
    走近科学 播过

    g***

    2007-12-23 11:14:06

  • 2007-12-22 20:14:17
  • 当热水降到 0° C 或以下,它的温度分布,比冷水的有较大的变化。因为温度切变引致结冰 [26],热水supercool较少,因此先结冰

    快***

    2007-12-22 20:14:17

  • 2007-12-22 20:14:17
  •   热水结冰快。 
    这是姆佩巴效应 
    人们通常都会认为,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。他的这一发现并没有引起老师和同学们的注意,相反在为他们的笑料。
      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"(MpembaEffect)。 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℃的热水和0。01℃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。 一般人会认为这似乎是不可能的,还有人会试图去证明它不可能。这种证明通常是这样的:30℃的水降温至结冰要花10分钟,70℃的水必须先花一段时间,降至30℃,然后再花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℃的水,冷却到平均温度为30℃的水,水已发生了改变,不同于那杯初始温度均匀,30℃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。 1。蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中,热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少,令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰,但冰量较少。
      如果我们假设水只透过蒸发去失热,理论计算能显示蒸发能解释Mpemba效应。这个解释是可信的和很直觉的,蒸发的确是很重要的一个因素。然而,这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验,在封闭的容器,没有水蒸气能离开。很多科学家声称,单是蒸发,不足以解释他们所做的实验。
       2。溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体,随着沸腾,大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流(因而较易冷却),或减少单位质量的水结冰所需的热量,或者改变沸点。有一些实验支持这种解释,但没有理论计算的支持。 3。
      对流——由于冷却,水会形成对流,和不均匀的温度分布。温度上升,水的密度就会下降,所以水的表面比水底部热—叫"热顶"。如果水主要透过表面失热,那么,"热顶"的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时,它会有一热顶,因此与平均温度相同,但温度均匀的水相比,它的冷却速率会较快。
      虽然在实验中,能看到热顶和相关的对流,但对流能否解释Mpemba效应,仍是未知。 4。周围的事物——两杯水的最后的一个分别,与它们自己无关,而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式,改变它周围的环境,从而影响到冷却过程。例如,如果这杯水是放在一层霜上面,霜的导热性能很差。
      热水可能会熔化这层霜,从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地,这样的解释不够一般性,很多实验都不会将容器放在霜层上。 最后,过冷在此效应上,可能是重要的。过冷现象是水在低于0℃时才结冰的现象。有一个实验发现,热水比冷水较少会过冷。这意味着热水会先结冰,因为它在较高的温度下结冰。
      但这也不能完成解释Mpemba效应,因为我们仍需解释为什么热水较少会过冷。 在很多情况下,热水较冷水先结冰,但并不是在所有实验中都能观察到这种现象。而且,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。

    时***

    2007-12-22 20:14:17

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