开水和凉水哪个先冻成冰块?
在我们的直观印象中 , 如果把一杯热水和一杯冷水同时放入冰箱 , 那么应该是冷水先结成冰 , 我们的判断依据 , 一方面是热水要冻成冰块 , 其所释放出来的热量肯定要比冷水多 , 在相同的制冷条件下 , 热水释放能量的时间要比冷水长;另一方面 , 热水在冷却的过程中 , 肯定要先到达冷水的温度 , 然后再继续冷水的凝结过程 , 因此所花费的时间较长 。但是 , 这仅是我们的直觉 , 实际上在很早的时候 , 亚里士多得、笛卡尔等科学家都曾经描述过与直觉相反的水冷却现象 , 而在1963年的时候 , 当姆潘巴在做热牛奶与凉牛奶冷却实验时 , 通过多次实验对比 , 发现温度略高的牛奶比温度略低的牛奶要先凝固 , 他的导师也通过多次实验印证了这一结论 , 后来人们将这一现象称为姆潘巴效应 。
当我们在家重复做这个实验的时候 , 结果可能不一样 , 有时会热水先冻结 , 有的时候冷水会冻结 , 之所以这样 , 是因为姆潘巴效应的出现 , 需要相对严格的条件 , 比如热水和冷水要来源于同一水源 , 容器形状要完全一致 , 冷却条件要完全相同 , 更重要的是 , 热水和冷水的温差不能太大 , 如果你拿90摄氏度的热水与1摄氏度的冷水相比 , 那肯定是冷水先结成冰 。如果我们在相同的实验条件下 , 拿50摄氏度的水与40摄氏度的水相比 , 那极有可能是50摄氏度的水先结冰 。
为什么会出现这种情况呢?我们首先来看一下水结冰的过程 , 水从液态变为固态 , 实质上是水分子在一定的温度和压强条件下 , 其排列结构的重新组合过程 。具体来说 , 就是在水分子中 , 除了氢和氧之间构成的化学键之外 , 还存在着水分子中的氢原子与另外水分子中的氧原子构成的氢键 , 这种氢键的作用力 , 比分子内部的化学键的强度要弱 , 但要比水分子与水分子间的范德华力要大得多 , 而决定着水相态的主要因素就在于氢键的作用力大小 , 当温度降到冰点时 , 水分子之间的运动速度降低 , 当不能达到挣脱氢键的程度时 , 水分子与水分子之间就会通过氢键 , 有规则地排列起来 , 对外表现为固态的形式 。
而在水的结冰过程中 , 并不是所有水分子所在区域 , 都均匀出现这种排列的规律性组合 , 而是先从一定的结晶核开始 , 这是因为当温度降低时 , 一杯水中的水分子 , 其热量散失、即运动动能的转化速率是不同的 , 一旦结晶核形成 , 那么在水分子运动过程中流经结晶核的区域 , 就会被氢键所俘获 , 从而使结晶核越长越大 , 直至整杯水都变为固态 。因此 , 决定着一杯水结冰速率的快慢 , 在基本条件都相同的情况下 , 主要由两个方面的因素来决定 , 一个是结晶核的数量 , 第二个是热量的散失效率 。
推荐阅读
- 什么时候是安全期和危险期
- 铁棍山药和山药啥区别
- 如何分辨铁棍山药和普通山药
- 铁棍山药与普通山药区别大吗
- 铁棍山药和普通的山药有区别吗
- 铁山药和铁棍山药区别
- 紫薯不能和什么一起吃
- 紫薯和红薯哪个更减肥
- 谷歌调查Pixel5a散热和触摸屏问题
- 这是三星GalaxyZFold3和GalaxyZFlip3的成本