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为什么热水比冷水结冰快
生活 | admin发表于2018年02月11日 | 3330个浏览 -
“同样多的开水和冷水一同放进冰箱里，哪个先结冰？”你很可能带着讥笑回答：“当然是冷水了！”但是，你错了。这就不得不提到很久之前的一个故事。
坦桑尼亚的马干巴中学，有一位名叫姆潘巴的三年级学生，他经常在学校与同学一起做冰淇淋吃。因为学校里的同学很多，所以冷冻室放冰格的位置一直供不应求。1963年的一天，当姆潘巴来做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几了。姆潘巴只好急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，来不及冷却，立即把滚烫的牛奶倒入冰格，送入冰箱的冷冻室里。奇迹发生了：过了一个半小时后，姆潘巴发现他的热牛奶已经冻结了，而其他同学的冷牛奶却还是粘稠的液体，并没有结冰，这个现象使姆潘巴惊愕不已。几经周折，到1969年，这个问题终于得到了证实。这个问题也被称为“姆潘巴问题”。
这个问题的原理是什么呢？先从物理学上讲。冷水结冰需要很长时间是有原因的。水和玻璃都是热传导不良的材料，液体内部的热量很难依靠传导而有效地传递到表面。杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面。所以水在表面处最先结冰，其次是向底部和四周延伸，进而形成了一个密闭的“冰壳”。这时，内层的水与外界的空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，冷却很慢。初温为100℃的热水，冷冻的时间相对来说要少得多。此时， 水的表面没有形成“冰壳”，内部却出现了一种针状的冰晶。随着时间的流逝，冰晶由细变粗。初温高的热水，上层水冷却后向下流动，形成了液体内部的对流。初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大。当水面温度降到0℃以下并有足够的低温时，水面就开始出现冰晶。但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，使水分子围绕着各自的“结晶中心”而逐渐结成了冰。
从生物学角度看，也是有道理可循的。同雨滴的形成需要“凝结核”一样，水要结成冰，需要水中有许许多多的“结晶中心”。生物实验发现，水中的微生物往往是结晶中心。某些微生物在热水(水温略低于100℃)中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”就要比冷水中的“结晶中心”多得多，因而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。就如滚雪球，结冰变得越来越快。
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