为什么热水比冷水结冰快?我要物理原理.

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  • 这一问题似乎有很多种可能性,我们目前还没有统一的答案,一项名为“Hermes 2012”的特别科学交流会议将在伦敦举行,届时全世界最聪明的年轻人将齐聚这里接受这项挑战让我们拭目以待.不过请注意,参赛方案的提交时间截止日期是2012年的7月30日

    姆潘巴现象之所以产生的3种可能情况:

    冰箱温度并不均匀,如果姆潘巴将其冰盒正巧放在冷却管附近,甚至与冷却管相接触,完全有可能热牛奶比冷牛奶先结冰; 如果姆潘巴不喜欢吃甜,在冰淇淋中少放了糖,或者因为匆忙没来得及搅拌、糖粒沉在盒底形成固体,实验证明可先结冰; 姆潘巴自制的冰淇淋中不仅牛奶加糖,还加入了淀粉类物质,在其少放糖、少放牛奶时会先结冰.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