2025年高考物理詳解熱水結(jié)冰為何快于冷水
來源：網(wǎng)絡(luò)整理 2024-11-15 09:21:09
[趣味物理]詳解熱水結(jié)冰為何快于冷水
古希臘哲學(xué)家亞里士多德曾最先記載過這樣一個奇特現(xiàn)象——在同等低溫條件下，溫度高的水結(jié)冰速度快于冷水。坦桑尼亞學(xué)生姆潘巴１９６９年使這一現(xiàn)象變得更為人知曉，他發(fā)現(xiàn)加糖的牛奶加熱后比未加熱的牛奶結(jié)冰速度快。
這種現(xiàn)象也被稱為“姆潘巴現(xiàn)象”。但個中原因是什么呢？
據(jù)將于６月３日出版的英國《新科學(xué)家》雜志報道，美國華盛頓大學(xué)的喬納森·卡茨在對“姆潘巴現(xiàn)象”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過程中，一些通常會使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會被“驅(qū)逐”出來形成固體沉淀，這就是日常生活中常見的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。
卡茨說，未經(jīng)加熱的水中仍含有這些溶解物，在水結(jié)冰過程中隨著冰晶的形成，尚未結(jié)冰的水中這些物質(zhì)的濃度會進一步升高，甚至可達正常水平時的５０倍。這種情況會降低水的冰點，這也就減緩了冷水結(jié)冰的速度。這一原理就如同下雪后向路面撒鹽防止結(jié)冰一樣。
卡茨認(rèn)為，姆潘巴在牛奶中加糖實際上是使水變得“更硬”，進一步擴大了只含少量碳酸鹽的熱牛奶與富含碳酸鹽的冷牛奶之間結(jié)冰速度的差距。
美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的理查德·穆勒認(rèn)為，卡茨對“姆潘巴現(xiàn)象”的分析是迄今對這一現(xiàn)象做出的最深入、最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忉專⒄J(rèn)為卡茨找到了“簡單但對頭”的方式解決這一問題。
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