为什么等量热水和冷水同时放到冰箱里,热水结冰更快一点.

zoubaoping2022-10-04 11:39:543条回答

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蓝月亮66607 共回答了17个问题 | 采纳率88.2%
这是一个物理学上的难题.起源于一个事实:在坦桑尼亚的某一个学校,允许生活困难的学生在课间买自制的冰激凌,这些学生到校的第一件事就是做冰激凌,因为谁做的快,谁就能早一些卖出.有一天,一位学生迟到了,她把热的冰激凌原料放入了冰箱,结果她的冰激凌最先完成.
于是就有了许多物理上的解释,都不满意.
一、姆佩巴效应
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"(Mpemba Effect).
二、姆佩巴效应的历史
热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪.最早提到并记载此一现象的数据,可追溯到公元前300年的亚里斯多德,他写道:
"先前被加热过的水,有助于它更快地结冰.因此当人们想去冷却热水,他们会先放它在太阳下..."
但在 20 世纪前,此现象只被视为民间传说.直到1969年,才由Mpemba再次在科学界提出.自此之后,很多实验证实了 Mpemba 效应的存在,但没有一个唯一的解释.
大约在1461年,物理学家 Giovanni Marliani 在一个关于物体怎样冷却的辩论上,说他已经证实了热水比冷水更快结冰.他说他用了四盎司沸水,和四盎司未加热过的水,分别放在两个小容器内,置于一个寒冷冬天的屋外,发现沸水首先结冰.但他没能力解释此一现象.
到了十七世纪初,此现象似乎成为一种常识.1620年培根写道"水轻微加热后,比冷水更容易结冰."不久之后,笛卡儿说"经验显示,放在火上一段时间的水,比其它水更快地结冰."
直至1969年,那已是Marliani实验500年之后,坦桑尼亚中学的一个命叫Mpemba的中学生再发现此现象的故事,被刊登在《新科家》(New Scientist)杂志.这个故事告诉科学家和老师们,不要忽视非科学家的观察,和不要过早下判断.
后来,Mpemba学到牛顿冷却定律,它描述热的物体怎样变冷(在某些简化了的假设下).Mpemba 问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰.这位老师同样回答是一定Mpemba混淆了.当Mpemba继续争辩时,这位老师说:"所有我能够说的是,这是你Mpemba的物理,而不是普遍的物理."从那以后,这位老师和其它同学就用"那是Mpemba的数学"或"那是Mpemba的物理"来批评他的错误.但后来,当Mpemba在学校纳?锸笛槭遥?⑹杂萌人?屠渌?鍪笛槭保?僖淮畏⑾郑喝人?紫冉岜?BR> 更早时,有一位物理教授Osborne博士访问Mpemba的那间中学.Mpemba问他这个问题.Osborne博士说他想不到任何解释,但他迟些会尝试做这个实验.当他回到他的实验室,便叫一个年轻的技术员去测试Mpemba的实验.这位技术员之后报告说,是热水首先结冰,又说:"但我们将会继续重复这个实验,直至得出正确的结果."然而,实验报告给出同样的结果.在1969年,Mpemba和Osborne报导他们的结果.
同一年,科学上很常见的巧合之一,Kell博士独立地写了一篇文章,是关于热水比冷水先结冰的.Kell 显示,如果假设了水最初是透过蒸发冷却,和维持均匀的温度,这样,热水就会失去足的质量而首先结冰.Kell因此表明这种现象是真的(当时,这现象在加拿大城市是一个传闻.),而且能够用蒸发来解释.然而,他不知道Osborne的实验.Osborne测量那失去的质量,发现蒸发不足以解释此现象.后来的实验采用密封的容器,排除了蒸发的影响,仍然发现热水首先结冰.
三、对姆佩巴效应的各种解释
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℃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.
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酸性条件下高锰酸根离子具有很强的氧化性(你所提供的题目不是锰酸根离子而是高锰酸根离子)
而NH4+具有强还原性!相互作用可以得到硝酸根离子!
在不确定液体中检验硫酸根离子为什么要先加盐酸?
爱驹的卫1年前2
xxxatb 共回答了20个问题 | 采纳率95%
加盐酸可排除Ag+、SO32-、CO32-离子的干扰
而加硝酸会把SO32-氧化成SO42-
所以只能加盐酸
为什么说细胞融合技术是培育杂交植物的主要技术
益贤1年前1
fenzu 共回答了29个问题 | 采纳率96.6%
培育杂交植物的重点是得到杂交融合的杂合原生质体.杂交原生质体的得到需要细胞融合技术.细胞融合技术,将两个细胞融合成一个,从而得到杂合原生质体.如果是植物细胞,需要去细胞壁.得到两个原生质体,也不是我们想想的很快融合成一个.与可能细胞之间存在排除.这和细胞膜上识别蛋白有关.我的感觉.
月球为什么有圆缺变化?
flyincat1年前1
譬如34 共回答了22个问题 | 采纳率81.8%
绕地公转
月球为什么会圆缺变化
电车缘1年前1
月牙哈 共回答了24个问题 | 采纳率95.8%
其实月球没有变化;只是绕地球公转的时候,在一定的时间范围,太阳光照耀的范围不同,显示出来就是月亮的圆缺!
用红笔写的方法算t2为什么不对
用红笔写的方法算t2为什么不对


tracyywy1年前1
清风无敌 共回答了16个问题 | 采纳率100%
你的红笔写的前一半部分看不清
第二张写的t=v/a中的a是未知的,是开伞后的加速度,题中未知,故不好求
整个思路是由自由落体的速度A求出自由落体的路程,进而求减速的位移,得时间
点石成金是什么变化?为什么?如果是化学变化,元素种类不是改变了吗?(初中生的疑惑)
点石成金是什么变化?为什么?如果是化学变化,元素种类不是改变了吗?(初中生的疑惑)
是不是有一种技术,用一种粒子轰击原子核,可以改变原子的质子数?
srn20041年前5
春水829 共回答了7个问题 | 采纳率85.7%
点石成金是伪科学,是不可能的.因为石头中没有金元素,所以是不能点石成金的,它也不是化学变化.
【原子弹和氢弹就是这个原理:原子弹是核裂变,氢弹是核聚变,就是通过外力改变原子内质子和核周围的电子的数量来改变元素,通过改变过程中产生的质量损耗来得到能量.
但是从过程上来讲,裂变能进行时因为放射性元素本身就不稳定,在中子的轰击下会发生裂变;巨变是因为巨变的氢元素本身很小,原子核内部的空间相对更大,更容易原子核之间两两相聚.而对于铁这样的常规环境下稳定的元素,这样的改变还是需要很严格的外力,甚至不可能达到的外力条件,至少目前是不行的了.】
四倍体西瓜的的根细胞中含有几个染色体组?为什么?
任环1年前1
丹筠超 共回答了23个问题 | 采纳率91.3%
有两个染色体组.
因为秋水仙素一般只施加在茎或叶上,只对茎或叶以上的部位起作用,而茎或叶以下的部位染色体组数不变.(我们老师讲过这个原因.)
尼罗河和刚果河,哪一条水量较小?水位季节变化大?为什么?
lgf1981年前1
669559 共回答了17个问题 | 采纳率100%
尼罗河水量小,水位季节变化大.
刚果河流经热带雨林地区,水量丰富,季节变化小.
尼罗河主要流经热带草原和热带沙漠地区,热带草原有干湿季之分,热带沙漠水少,蒸发量大.
鱼体内的遗传物质彻底水解后的产物是什 么,为什么,
忆鸢1年前1
fdgsdfgsdfgsadf 共回答了18个问题 | 采纳率94.4%
鱼体内的遗传物质彻底水解后的产物是:磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基.
鱼体内的遗传物质是DNA,而DNA彻底水解后的产物就是磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基.
从地球的任意一点出发向东走,能否回到出发点?为什么?
好名别人都用了1年前4
初八八 共回答了19个问题 | 采纳率84.2%
通常情况下可以,因为往东走,纬度不变,走一圈就可以回到原点了
不过在南极点和北极点不行,因为这两个点没有东面...
长为1,2,3,4,5的四根木条,选其中三根组成三角形,有几种选法?为什么?
zou83823801年前1
yiyeyici 共回答了17个问题 | 采纳率100%
令a、b、c为三角形的三边,且a>b>c 当a+b>c>a-b时,则a、b、c能构成三角形的三边 因为c为最短边,所以c只能为1、2、3 令c=1 由于其中的任意数字相减的差都不小于1,所以不成立 令c=2 a=4,b=3;a=5,b=4; 两种 令c=3 a=5,b=4; 一种 综上所述,共有三种选法
碱性条件下K-、CL-、NO3-、S2-可共存么?为什么
wskyizhong1年前3
friend_hu 共回答了14个问题 | 采纳率100%
可以
离子间都不会发生反应,可以共存

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