一杯冷水和熱水冬天放在室外,為什麼熱水先結冰

2022-11-20 11:05:47 字數 5382 閱讀 8077

1樓:旁代天盍林

1.冷卻的快慢不是由液體的平均溫度決定的,而是由液體上表面與底部的溫度差決定的,熱牛奶急劇冷卻時,這種溫度差較大,而且在整個凍結前的降溫過程中,熱牛奶的溫度差一直大於冷牛奶的溫度差。

2.上表面的溫度愈高,從上表面散發的熱量就愈多,因而降溫就愈快。

基於以上兩方面的理由,熱牛奶以更高的速度冷卻著,這便是熱牛奶先凍結的祕密。

也有人是這麼解釋的:

從物理方面來說,致冷有四種並存的機制:輻射、傳導、汽化、對流。通過實驗觀察並對結果進行比較,發現引起熱水比冷水先結冰的原因主要是傳導、汽化、對流三者相互作用的綜合效果。

如果把熱水和冷水結冰的過程敘述出來並分析其原因就更能說明問題了:

盛有初溫4℃冷水的杯,結冰要很長時間,因為水和玻璃都是熱傳導不良的材料,液體內部的熱量很難依靠傳導而有效地傳遞到表面。杯子裡的水由於溫度下降,體積膨脹,密度變小,集結在表面。所以水在表面處最先結冰,其次是向底部和四周延伸,進而形成了一個密閉的「冰殼」。

這時,內層的水與外界的空氣隔絕,只能依靠傳導和輻射來散熱,所以冷卻的速率很小,阻止或延緩了內層水溫繼續下降的正常進行。另外由於水結冰時體積要膨脹,已經形成的「冰殼」也對進一步結冰起著某種約束或抑制作用。

盛有初溫100℃熱水的杯,冷凍的時間相對來說要少得多,看到的現象是表面的冰層總不能連成冰蓋,看不到「冰殼」形成的現象,只是沿冰水的介面向液體內生長出針狀的冰晶(在初溫低於12℃時,看不到這種現象)。隨著時間的流逝,冰晶由細變粗,這是因為初溫高的熱水,上層水冷卻後密度變大向下流動,形成了液體內部的對流,使水分子圍繞著各自的「結晶中心」結成冰。初溫越高,這種對流越劇烈,能量的損耗也越大,正是這種對流,使上層的水不易結成冰蓋。

由於熱傳遞和相變潛熱,在單位時間內的內能損耗較大,冷卻速率較大。當水面溫度降到0℃以下並有足夠的低溫時,水面就開始出現冰晶。初溫較高的水,生長冰晶的速度較大,這是由於冰蓋未形成和對流劇烈的緣故,最後可以觀察到冰蓋還是形成了,冷卻速率變小了一些,但由於水內部冰晶已經生長而且粗大,具有較大的表面能,冰晶的生長速率與單位表面能成正比,所以生長速度仍然要比初溫低的水快得多。

但是對這個現象的爭議很大,有人認為這是一個科學**,原因可能是原有的試驗條件表述過於模糊,從而導致得到不同的試驗結果。所以建議最好自己親手做一下該試驗來看看。

2樓:孫進zkikime王

丁烷救糧地方特色己庸

同時把一杯冷水和熱水放進冰箱,為什麼熱水先結冰

3樓:釗國英殳夏

姆佩巴效應,熱水先結冰。

1.蒸發——在熱水冷卻到冷水的初溫的過程中,熱水由於蒸發會失去一部分水。質量較少,令水較容易冷卻和結冰。

這樣熱水就可能較冷水早結冰,但冰量較少。如果我們假設水只透過蒸發去失熱,理論計算能顯示蒸發能解釋mpemba效應。這個解釋是可信的和很直覺的,蒸發的確是很重要的一個因素。

然而,這不是唯一的機制。蒸發不能解釋在一個封閉容器內做的實驗,在封閉的容器,沒有水蒸氣能離開。很多科學家聲稱,單是蒸發,不足以解釋他們所做的實驗。

2.溶解氣體——熱水比冷水能夠留住較少溶解氣體,隨著沸騰,大量氣體會逃出水面。溶解氣體會改變水的性質。

或者令它較易形成對流(因而較易冷卻),或減少單位質量的水結冰所需的熱量,或者改變沸點。有一些實驗支援這種解釋,但沒有理論計算的支援。

3.對流——由於冷卻,水會形成對流,和不均勻的溫度分佈。溫度上升,水的密度就會下降,所以水的表面比水底部熱—叫"熱頂"。

如果水主要透過表面失熱,那麼,"熱頂"的水失熱會比溫度均勻的快。當熱水冷卻到冷水的初溫時,它會有一熱頂,因此與平均溫度相同,但溫度均勻的水相比,它的冷卻速率會較快。雖然在實驗中,能看到熱頂和相關的對流,但對流能否解釋mpemba效應,仍是未知。

4.周圍的事物——兩杯水的最後的一個分別,與它們自己無關,而與它們周圍的環境有關。初溫較高的水可能會以複雜的方式,改變它周圍的環境,從而影響到冷卻過程。

例如,如果這杯水是放在一層霜上面,霜的導熱效能很差。熱水可能會熔化這層霜,從而為自己創立了一個較好的冷卻系統。明顯地,這樣的解釋不夠一般性,很多實驗都不會將容器放在霜層上。

最後,過冷在此效應上,可能是重要的。過冷現象是水在低於0℃時才結冰的現象。有一個實驗發現,熱水比冷水較少會過冷。

這意味著熱水會先結冰,因為它在較高的溫度下結冰。但這也不能完成解釋mpemba效應,因為我們仍需解釋為什麼熱水較少會過冷。

在很多情況下,熱水較冷水先結冰,但並不是在所有實驗中都能觀察到這種現象。而且,儘管有很多解釋,但仍沒有一種完美的解釋。所以,姆佩巴效應仍然是一個謎。

4樓:匿名使用者

熱水,由於溫度原因,熱水內外同時發生汽化而且快,而冷水只有表面揮發.

這是姆潘巴現象

1.冷卻的快慢不是由液體的平均溫度決定的,而是由液體上表面與底部的溫度差決定的,熱牛奶急劇冷卻時,這種溫度差較大,而且在整個凍結前的降溫過程中,熱牛奶的溫度差一直大於冷牛奶的溫度差.

2.上表面的溫度愈高,從上表面散發的熱量就愈多,因而降溫就愈快.

在寒冷的冬天,一杯溫水和一杯熱水同時放到屋外哪個更快結冰?

5樓:匿名使用者

熱水的 因為熱水的水蒸氣遇冷凝結,這是初三物理問題

6樓:匿名使用者

熱水澀``你物理沒學??

7樓:匿名使用者

溫水呀,物理書上有說的

8樓:奇趣科技界

冷水和熱水哪個更快結冰?老外親自實驗,結果出乎你的意料!

一杯熱水和一杯冷水,放進冰箱,哪一個先凍住,為什麼

9樓:戀淚殘雪

開水會先結冰。

1、物理原因

從物理方面來說,致冷有四種並存的機制:輻射、傳導、汽化、對流。通過實驗觀察並對結果進行比較,發現引起熱水比冷水先結冰的原因主要是傳導、汽化、對流三者相互作用的綜合效果。

如果把熱水和冷水結冰的過程敘述出來並分析其原因就更能說明問題了:

盛有初溫4℃冷水的杯,結冰要很長時間,因為水和玻璃都是熱傳導不良的材料,液體內部的熱量很難依靠傳導而有效地傳遞到表面。杯子裡的水由於溫度下降,體積膨脹,密度變小,集結在表面。所以水在表面處最先結冰,其次是向底部和四周延伸,進而形成了一個密閉的「冰殼」。

這時,內層的水與外界的空氣隔絕,只能依靠傳導和輻射來散熱,所以冷卻的速率很小,阻止或延緩了內層水溫繼續下降的正常進行。另外由於水結冰時體積要膨脹,已經形成的「冰殼」也對進一步結冰起著某種約束或抑制作用。

盛有初溫100℃熱水的杯,冷凍的時間相對來說要少得多,看到的現象是表面的冰層總不能連成冰蓋,看不到「冰殼」形成的現象,只是沿冰水的介面向液體內生長出針狀的冰晶(在初溫低於12℃時,看不到這種現象)。隨著時間的流逝,冰晶由細變粗,這是因為初溫高的熱水,上層水冷卻後密度變大向下流動,形成了液體內部的對流,使水分子圍繞著各自的「結晶中心」結成冰。初溫越高,這種對流越劇烈,能量的損耗也越大,正是這種對流,使上層的水不易結成冰蓋。

由於熱傳遞和相變潛熱,在單位時間內的內能損耗較大,冷卻速率較大。當水面溫度降到0℃以下並有足夠的低溫時,水面就開始出現冰晶。初溫較高的水,生長冰晶的速度較大,這是由於冰蓋未形成和對流劇烈的緣故,最後可以觀察到冰蓋還是形成了,冷卻速率變小了一些,但由於水內部冰晶已經生長而且粗大,具有較大的表面能,冰晶的生長速率與單位表面能成正比,所以生長速度仍然要比初溫低的水快得多。

2、 生物原因

同雨滴的形成需要「凝結核」一樣,水要結成冰,需要水中有許許多多的「結晶中心」。生物實驗發現,水中的微生物往往是結晶中心。某些微生物在熱水(水溫在100℃以下一點)中繁殖比冷水中快,這樣一來,熱水中的「結晶中心」就要比冷水中的「結晶中心」多得多,加速了熱水結冰的協同作用:

圍繞「結晶中心」生長出子晶,子晶是外延結晶的晶核。對流又使各種取向的分子流過子晶,依靠晶體表面的分子力,抓住合適取向的水分子,外延生長出分子作有序排列的許多晶粒,懸浮在水中。結晶釋放的能量則通過對流放出,而各相鄰的冰粒又連結成冰,直到水全部凍結為止。

為什麼熱水比涼水更容易結冰?

10樓:匿名使用者

"熱水比冷水先結冰"

事實上,在一般實驗條件下,熱水會比冷水更快結冰。這種現象違反直覺,甚至連很多科學家也感到驚訝。但它的確是真的,曾在很多實驗觀察和研究過。

雖然在經過亞里斯多德、培根,和笛卡兒 [1- 3] 三人的介紹後,此現象已被發現了幾個世紀,但卻一直沒有被引入現代科學。直至2023年,才由坦尚尼亞的一間中學的一個名叫 mpemba 的學生引入現代科學。這個效應早期發現史,和後期 mpemba 再發現的故事--尤其是後者,都是充滿戲劇性的寓言。

寓意人們在判斷什麼是不可能時,別過於倉促。這一點,下面會說到。

熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「mpemba 效應」。無疑地,很多讀者對這一點很懷疑,因此,有必要先明確地指出,什麼是 mpemba 效應。有兩個形狀一樣的杯,裝著相同體積的水,唯一的分別是水的溫度。

現在將兩杯水在相同的環境下冷卻。在某些條件下,初溫較高的水會先結冰,但並不是在任何情況下,都會這樣。例如,99.

9° c 的熱水和 0.01° c 的冷水,這樣,冷水會先結冰。mpemba 效應並不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下,都可看到。

這似乎是不可能的,不少敏銳的讀者可能已經想出一個方法,去證明它不可能。這種證明通常是這樣的: 30° c 的水降溫至結冰要花 10 分鐘, 70° c 的水必須先花一段時間,降至 30° c,然之後再花 10 分鐘降溫至結冰。

由於冷水必須做過的事,熱水也必須做,所以熱水結冰較慢。這種證明有錯嗎?

這種證明錯在,它暗中假設了水的結冰只受平均溫度影響。但事實上,除了平均溫度,其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻,70° c 的水,冷卻到平均溫度為 30° c 的水,水已發生了改變,不同於那杯初始溫度均勻,30° c 的水。

前者有較少質量,溶解氣體和對流,造成溫度分佈不均。這些因素亦會改變冰箱內,容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。

所以前面的那種證明是行不通的,事實上,mpemba 效應已在很多受控實驗中觀察到 [5,7-14]。

這種現象的發生機制,仍然沒有得確切的瞭解。雖然有很多可能的解釋已被提出過,但到目前為止,還沒有一個實驗可以清晰地顯示它的機制。如果有的話,這實驗就十分重要了。

你可能會聽到有人很自信地說,x 是 mpemba 效應的原因。這些說法通常都是基於猜測,或只看著小量文獻的證據,而忽略其它。當然,有根據地猜測,和選擇你信賴的實驗結果,是沒錯的。

問題是,對於什麼是 x,不同的人提出不同的說法。

為什麼現代科學不回答這個看起來很簡單的結冰問題?主要的問題是,水結冰所花的時間的長短,對實驗設計中的很多因素,都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質、結冰時間的定義,等等。

因為這種敏感性,即使有實驗支援 mpemba 效應的存在,但不能支援在這些條件之外, mpemba 效應的發生和發生的原因。正如 firth [7] 所講「這個問題有太多的變數,以致任何從事這項研究的實驗室,一定會得出和其它實驗室不同的結果。」

一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱,哪一杯先結冰

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