为什么热水比冷水结冰快

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为什么热水比冷水结冰快

“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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版权声明:完美导航 发表于 2021年6月17日 上午6:02。
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