#为何有时热水结冰比冷水更快#
如果有人问你:“冷水和热水哪个先结冰?”相信你一定会觉得这个人是不是傻了,当然是冷水先结冰了。然而,事实上有时候还真未必。特定条件下可能热水结冰比冷水还要快,这是怎么回事呢?
其实,历史上诸多学者如亚里士多德、培根和笛卡尔等都曾对类似现象有所描述但是均未能给出完美的解释。甚至现代科学家们面对这样一个“简单”的问题也仍然存在争议。
颠覆常识的姆潘巴现象
说起来,这个既简单又复杂的物理现象还有一个有趣的故事。
1963年的一天,坦桑尼亚的一个初中生姆潘巴和小伙伴们一起用牛奶制作冰激凌。当他还在煮牛奶时,身旁的小伙伴已经陆续把牛奶晾凉开始往冰箱里塞了,眼看就要没有位置了,一时心急,姆潘巴就把煮热的牛奶直接放进了冰箱。一个半小时后,他惊奇的发现,他的冰激凌已经冻结成块,而其他小伙伴的冰激凌却还是黏稠状。
这与我们对热现象的直观理解以及经验直觉完全相反。但为什么相反呢?姆潘巴带着这个疑惑从初中直到高中,先后请教了多位物理老师都没有答案,甚至有位老师讥讽地说:“看来有两种物理,一种是放置四海皆准的物理,一种是‘姆潘巴物理’。”
倔强的姆潘巴仍不停地寻找答案,直到他抓住达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会,又提出了自己的疑问。博士并没有对姆潘巴的问题嗤之以鼻,而是回到实验室按照姆潘巴的陈述进行了冷热牛奶实验和冷热水实验,结果都观察到了姆潘巴提到的奇怪现象,于是,博士邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行研究,并于1969年共同撰写了关于此现象的一篇论文,引起学界广泛关注。于是人们将这个在同等体积和同等冷却环境下,温度略高的液体比温度略低的液体(非纯水)先结冰的现象,命名为“姆潘巴现象”。
背后的几种解释
为了解释为什么有时候热水结冰比冷水快,50多年来,许多物理学研究者先后对此现象进行了大量的研究,尝试着从不同的角度去解释。
1
冰霜融化说
据了解,为了研究姆潘巴现象,很多学者进行了实验观察。液体表面凝结的冰霜会影响其向周围导热的速率。冰霜导热性比水差,热水使得冰霜融化,减少了其阻碍作用,优化传热。不过有充分的证据证明,在试验过程中全部排除冰霜的干扰或抑制冰霜的融化,姆潘巴现象依然存在。因此,这种说法并不成立。
2
水汽蒸发说
一些学者相信,由于热水温度较高导致水蒸发的速率变快是造成姆潘巴现象的首要原因,因为蒸发使得水分子减少,要冻结的水分子也相应变少,所以加速了热水结冰速度。不过,一些科学家对结冰前后水的质量进行了测量,发现质量差从未超过3%,尽管蒸发后的水减少了,但是这3%的水分子并不能够显著影响水结冰需要的时间。与此同时,水汽蒸发过程中消耗的热量也不能够忽视,可惜的是,对于热量消耗的对照试验并不容易实现,因为它需要对开放容器和密闭容器进行测量,但是在密闭环境下,水汽蒸发和热量的传导都会受到阻碍,无法测量单一变量的影响。
3
可溶解气体说
温度越高,气体在水中的溶解度就越小,因此热水里溶解的气体要少于冷水,由于水在溶解一些气体后凝固点会降低,而热水的气体含量更低,凝固点也相应变高,这可能是热水结冰较快的一个原因,同时也有实验发现脱气水比非脱气水结冰更快。
4
热梯度对流说
热梯度对流观点认为,热水比冷水结冰更快是因为对流的增加。由于水的冷却是从容器的表面以及侧面开始,使得冷水下沉,热水上升,因此产生对流。当热水放入低温环境中,靠近容器的水迅速降温,而内部水温不变,这样就产生了温度差并引起热对流。在冷却的过程中,这个热对流一直存在,温差越大对流就越激烈,水冷却就越快。
5
过冷现象说
在2013年初,英国皇家化学会特意举办了一场比赛,评选姆潘巴现象的最佳原理解释。而比赛获胜者提出的解释就是过冷现象。过冷现象指液体或气体的温度到其凝固点以下,但没有凝固的现象,而原本温度较低的水比原本温度较高的水更易发生过冷,那么它的确可能比热水结冰更慢。
目前,尽管对于姆潘巴现象并没有一个令所有人都信服的完美解释,但是科学家仍然在不断提出各种理论来解释这一现象。
并非总是如此
正如开头所申明的,热水结冰比冷水快只是“有时候”,也就是说这并不是一个必然现象。《物理通报》杂志社所属的《中学生物理》杂志曾对这一现象进行过历时1年的讨论,其中有12篇“实验报告”,偶有成功之例。这说明姆潘巴现象确实存在,但控制条件难寻,复现不易。这也就意味着,姆潘巴现象只是在特定条件下出现的物理现象,而不能一般性地得出“热水比冷水先结冰”的物理结论。
针对这一问题,9月4日,科技日报记者采访了中国科学院物理研究所李治林博士。他指出,因为水中不同的杂质离子可能带来实验上的干扰,甚至有一种说法认为,通常环境下,普通水中不可避免地有一些微生物,它们在热水中繁殖得更快,这些大小在微米量级的微生物恰好可以充当水结冰所需要的凝结核,成为其优先结冰的优势条件。而一些研究者用更加纯净的水进行实验时,常常不能重复这样的结果。此外,水本身因氢键的存在,性质复杂多变;而水降温结冰更是多因素且动态的过程。因此,李治林表示,姆潘巴效应并不普遍成立,应当以更加审慎的态度对待和研究这一现象。
研究姆潘巴现象有啥意义?
那么对姆潘巴现象的研究有意义吗?李治林认为,有意义,而且很重要。水是一种性质独特的物质,有着非常丰富的物理现象,且在工业生产和生命科学中扮演极其重要的角色,然而人类目前对水的研究还很不透彻。
“30摄氏度的水”与“从100摄氏度冷却到30摄氏度的水”一样吗?这个问题看上去毫无意义,似乎理所当然,但事实可能并非如此。实际上,许多物理量和物理现象不仅取决于物质所处的状态,而且与其历经过程密切相关,最终结果是否一样还是需要实验研究来确认。例如,由于冶金技术在工业上的价值,人类对钢铁的研究非常详细。众所周知,不同初始温度、不同降温速率处理过的钢铁,性质有很大不同,其中晶粒的特点和形成过程也有所不同。类似地,实验研究发现,不同过程和条件下产生的冰,晶体结构和物理性质也有很大不同。
尽管我们很早就知道“常压下水在0摄氏度结冰”但这个温度其实只是一个范围,冰也有各种不同的冰。
然而,对于水,很遗憾,由于微观上太复杂,我们对其更细节的性质还知之甚少。但有一点是肯定的,科学不能“想当然”,实验才是检验真理的最终标准。正是科学家们看似无聊的“较真”、严谨的质疑、严格的检验、不断的追求,才促进科学不断地接近真理。

记一件发生在周末的事情。

原神已经很久没有好好玩了,更不要提去好友的大世界溜达。列表的几波人基本上名字改过,也没什么印象深刻的。由于天目刀精炼缺矿,看好友列表有两个在线的,不抱希望的点了申请,没想到其中一个进去了。此为前话。

————————————分割线———————————

进去先看到枫原万叶,“好久不见。”他说。

我有点疑惑,点开头像发现也是万叶,名字和个签也让我觉得陌生,基本上算是毫无印象。但好久不见这一句,他显然是认识我的,并且似乎还相熟。但我印象中似乎并未有这样的一位朋友。

我此刻十分相信我的记忆力,所以以为他是将我误认为了他列表的某位好友,并未多言,发了表情包打招呼。

“你在做任务吗?”如果正在任务,那我来挖矿还是略打扰的,起码我任务的时候并不喜欢别人来世界溜达。

万叶正在机关恒昌列阵,站在阴暗山洞内的高石处,彼时我进来的时候见他正在面对下面的机关发呆。

万叶闻言动了动,“没有呀。”他似乎很乐于我的到来,和我诉说他螺旋如何如何。我站了一会,期间还在努力寻找残留的印象,但是依然,还是陌生的样子。咳,趁在闲聊间隙小心的打断,“我正在打造天目刀,缺点紫晶块”,略微心虚,我不记得人就算了面对如此好友竟然还惦记人家的矿,简直非人哉哦。

万叶了然,还未等我问出口能不能挖一点,不会全挖完的就一点就行。就开口,“去拿吧。”

我问他,你要一起吗,我带了两个矿工。他没回答,但是停下了手上的事情,跟我传送到了传送点。可惜的是我地图记得十分不牢,第一个矿点就没找到,在空中飞了半天,也没找到攻略里的标点,他在空中也跟着飞的打圈。正当我汗颜之际,地图终于出现标记了,好歹算是看见紫晶矿的影子了,虽然和攻略里的矿点还不太一样。但不至于毫无所获。

在提瓦特大陆飞来飞去,天空中的景色十分好看,稻妻大致的风貌一览无余,一望无际的海,雷暴环绕的岛,还有鸣神大社围绕满山的樱树。我说其实我稻妻还没怎么探索过,矿点记不太熟。他说多跑或者米游社就行啦。他的世界满地图的百分百探索度,这让我拿东西看景色倒是相当方便。

“我中间没玩了一段时间,好久没上,最近才开始重新探索。”我一边兢兢业业的挖矿,一边闲聊,总不好让人家看出来我只在缺资源的时候才来吧......

万叶说,我知道。

嗯?

万叶又说,你头像灰了很久,微信发消息也红了,我还以为你退游了。

嗯嗯嗯???

这就出乎我意料之外了。还有微信的?
真的不是认错人了吗?肯定是认错人了吧!我加过原神好友?......

但当务之急是先掩盖我不记得他并且可能还删了他这一事实。我大脑转到180迈:0 0 我之前清理过一次好友,可能一不小心。
恍惚间终于揪出来一点线头,我好像是在很久很久之前,因为一次探索,加过一个好友。但是当时加过也没备注也没联系,删好友的时候不认识的都删掉了,后来世界探索也基本不联机,完全不似他口中那般熟识啊......

万叶很淡然,带我继续飞。没有让我继续窘迫下去。“这里,来拿矿吧。”
咦,不是我带他挖矿吗?怎么变成他带路了。而且还已经挖好了只等我来捡。

期间还在闲聊,我有点开始怀疑,莫不是我真的认识吧?就是那个我不知道何时删了的仅仅几面之缘的好友?
但是表现上装的不动声色,没什么破绽。(我觉得)

他说,材料如何如何不够用,我说,你可以来我世界挖。我刀做完后基本资源都不挖的。
他说,大世界如何联机如何,我说,我也觉得有点无聊,还是风景最好看,但稻妻还没找到拍照很惊艳的地点。
他说,那个雷暴环绕的地方还不错。
我:清籁岛?

于是动身前往。其实我更喜欢蒙德摘星崖那种满地的青草塞西莉亚花、碧蓝广阔的天和飞下来连成一片的海那种亮眼的景色。或者璃月夜景万家灯火的温暖闪耀月光,亦或是绝云间的山顶。稻妻的清籁岛紫色迷雾和终日的细雨,环伺的雷暴,我都觉得压抑。

这次也一样,阴沉的雨天,角色钟离还在说着“潮湿雨后的天气,适合采摘新鲜的琉璃袋。”但是景色确实是不错的。尤其搭上九条天鸦的黑羽。

我记得他的资料上面有雷神。我很想合个影。
(说到雷神真是万分后悔啊啊啊!当时只来得及试用,有原石也没抽,没看攻略没逛论坛还以为不强,但是后来发现不仅美爆而且超好用啊啊啊我为什么完美错过七神!将军身型真是太让我喜欢了啊啊啊啊后悔极了什么时候复刻[单身狗])

雷电将军所统辖的国土,原来就是这样的永恒么。

在烟雨蒙蒙中,我试探着问了问,合个影?

万叶换上将军,跑到我身边,控制角色调整角度,立于身侧,两人面对着极远处的雷暴。

当真是极好看的画面。

岩神和雷神,钟离和将军,棕瞳与紫瞳。

他放了个e,两个神看起来,一样的浮生静远。
背影也一样的孤然独立。但多了一分神的纠缠。

他说,和温衡合个影。

……

……

……

完了。还真是。
我大脑有三秒的宕机。

温衡。这是我的名字。

我现在原神里顶着的昵称可不是这个,而是“景行”。景行行止的意思。并且在换成这个之前,还换过别的。不仅昵称改了,个性签名也改了。

但他叫出来了我,温衡。——我最初的那个昵称。

很难形容当这个名字出现的时候是个什么心情。

但不管心里怎样惊动,表面上还是装的波澜不惊。(还是我觉得)你还记得这个名字。我说。

“那当然了。”万叶十分肯定自然,还有一丝小小的得意。

相比之下,我还真是无颜。也正是因为这样,才触动如此之大。

在我所不知情,毫无注意的时候,他在侧目。

有人在注视着我。在看着我心绪不宁,在看着我情绪起伏,在看着开心或者难过,在不断的更换一切,更换头像更换签名最后更换昵称,在看着我浮沉。

然后前来“叩门”的时候,发现被我删掉了。

如果不是今天偶然我来到他的世界,我不会知道,他也不会询问。

我甚至可能会不记得这个人。

啊,真是难言。也很像万叶的一位旅者呢。

万叶说,“我一直在。”

万叶还说,“无论如何都要加油。我是,你也是。”

深山踏红叶,耳畔闻鹿鸣。
昨夜书琉玉,雨归眠景行。

———————————————分割线————————

提瓦特大陆上,无论在七国之中的何处,总有心安吾乡。

此事记为:《昨夜书》

Day505
#晶晶Gin的日常分享#
一周有过去了呀
怎么有一种日子一天一天过
虚度光阴的感觉呢
今天引物测试
讲座(我这个人真的很社死 讲座从前排溜 太丢人了
ppt修改
小晶这个学期还没有写计划呢
1⃣️这学期要结束基础医学创新实验设计大赛和开始一个新的生科竞赛 希望都能拿省级奖励
2⃣️第三次考六级了 第一次515 第二次520 希望这次好好准备一下上580 写作和听力要专项特训了
3⃣️保持前五吧
小晶小晶加油呀 你是超级棒的


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