@ 2012.07.03 , 23:28
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英国悬赏1000英镑求解“为何热水比冷水冻结快”

# Dan Wu 投递新闻:

英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)悬赏1000英镑征求 “为何热水比冷水冻结快” 的问题的答案。不论是个人还是团体,只要给出最佳答案,就可获得这笔奖金。据报道,比赛评委期望参赛者在思考时打破常规思维,参赛者可以用论文、图解或影片的形式提供答案。

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这个问题曾让公元前4世纪的亚里士多德郁闷不已,也曾让17世纪的笛卡尔遭受挫折。但这个看似简单的问题,居然在科技如此发达的21世纪还未解决让人接受不能。所以英国皇家化学学会决定有偿征集一个解释,为什么热水比冷水冻结快。

这个现象在今天被称为 Mpemba 效应。在1968年一位坦桑尼亚的学生 Erasto Mpemba 在实验室里无意中的发现让这个千古谜题重新激发人们的兴趣。Mpemba 问老师为什么冰淇淋被加热后反而冻结的更快时,老师反驳说这不可能。结果当老师自己尝试之后才注意到这种非同寻常的现象。自此现代科学家们一直试图找出这个现象发生的原因,虽然似乎有很多可能的答案,但仍然存在很多分歧,至今都没有一个结论性的解释。

提交答案的截止日期是2012年7月30日,提交地址是 www.hermes2012.org/ice。届时将由一组科学家来审议答案并决定最终结果。本文译自 Telegraph,由译者 sein 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 78+1

[2] 1 »
  1. 远赴蟾宫
    @2 years ago
    2992735

    feaeJGeiya7BOMnzKeQHbAcKgMn3RUKA+qtflTsOWzbqR60irM5jav//R2XALqdI98SVosyXmjYwJe+4lJlO6qOlciNjtDNupRUNhuqbVTqmMhNmBX4U2A

  2. 落叶
    @4 years ago
    2296240

    这个条件是不是要对热水和冷水同时进行很大量的热量转移 比如都给拿到零下200度的情况下 热水结冰块

  3. 梦想成真579766
    @5 years ago
    1392819

    为何热水结冰比冷水快。解释如下:任何液体都有粘性,连续运动,热量向外扩散都有三种方式:对流、辐射和传导,对流散热效果最好;受热后都会由下向上流动,温度越高向上流动越快;外界介质对液体吸热越大,液体向上流动越快。根据动能定律W=1/2MV2平方=1/2M(at)2平方及伯努利流体能量守恒定律简化后得P1V1-P2V2=Vdp/dt+Pdv/dt可以解释上述现象。假如有两个相同的容器分别存放相等的水,一个放热水,另一个放冷水,置于冰箱中,进行冷却。两个容器中的水唯一不同的是温度不一样,所以只有水的上升速度V不一样,亦即V=at、Pdv/dt中的加速度不一样。速度越大,动量MV也大。液体靠不同的动量进行对流散热。由于温度较高的的水的动量大,所以散热快,最终热水结冰比冷水快。
    下面的实验证明热水结冰比冷水慢。水失去了对流,就与上述结论相反。取外径为67mm的两个菠萝啤酒空罐,去掉两头,取中段长70mm,将其两头在15mm长度上剪开,16等分,向外扳成45度,成喇叭形,作为碗座。取两个相同的不锈钢碗,碗口内径120mm,高47mm。用15mm厚的松棉花分别将两个碗的外表面包起来,只留碗底,不包棉花,再做两只保温棉盖子。将啤酒空罐座放在冰箱冷冻室内,靠近冰箱门口,并排放,相距200mm。取250克自来水倒入一只碗内,放在罐座上;另外将150克自来水加100克热水(约80度C),倒入另一只碗内,同时放在另一只罐座上,用保温盖分别盖在碗口上,关好冰箱门,等待冷冻。上午10:30开始,每半小时观察一次,13:00,发现冷水碗口有微量冰粒出现,而热水碗口无冰粒。13:30,冷水碗口周围结满了冰块,而热水碗口只有微量冰屑。
    上述实验中两个碗的条件都一样,只有水温不一样,只留两个碗底与冷空气接触散热,碗中热量全部上升集中到顶部,无法与外界进行对流散热,动量MV几乎为零,失去了对流作用,仅靠辐射和传导从碗底散热。热水的热量比冷水大,散热时间比冷水长,亦即热水结冰比冷水慢。完。

  4. 强哥
    @5 years ago
    1360927

    当热水与冷水同时放进冰柜时,热水比冷水蒸发快。蒸发时散热快,使水表面溫度快速下降,水有一个特性:循环,冷下沉热上浮,(内燃机水冷原理),循环使水的蒸发速度加快,使水的温度快速下降。当热水与冷水温度相等时,在惯性作用下热水的循环速度比冷水快,在惯性循环蒸发散热的作用下,热水比冷水冻结快。

  5. 陈洪涛
    @5 years ago
    1357303

    为何热水结冰比冷水快?
    这道存在上千年的难题,并非难答,因为它是一种物理变化而不是化学反应.如果一味从化学角度来加以思考和研究,那么,再等上一千年也仍然是困扰,无法说清其原理.
    自古说”水火不相容”,这是事物的内在规律和道理.比如,在锅里放上冷水,点上燃气或炭火,不一刻,锅里的冷水变成热水,继而沸腾变为蒸气.反之,当发生火灾,消防队员用水枪把它浇灭,到没有燃点又完全冷却之后,方可撤离火灾现场.再如,在炎热的夏天里,当气温高达40摄氏度左右时,感到十分闷热难受.这些热空气除地表及海洋吸收一部分外,其余
    大量的热气偶而冲向天空,当上升到10KM以上的云顶时,冷云的温度都在摄氏0度以下,且云体高大浑厚,上升的热气上下翻复几次变成冷雾气,再滚动十几次由雾气变成冰雹,当这些冰雹无法托住时,就一落千丈泻到地上.
    综上所述,不难看出,因为冰箱里储存着摄氏0度以下的大量冷气,一旦有类似热水等物体的出现,冷气就迅速解入并促使其很快冷却结冰,而冷水的反应要相对缓慢.冰淇淋还是饮料冰镇之后,它的形态和口味虽有变化,但其化学成份没有变,主要还是水化物.所以热水结冰比冷水快是不需要发生化学变化就能表现出来的,这些现象都是物理变化而非化学反应.从物理化学的角度来看,仅仅反应了冷热分子的活跃程度而已.

    浙江省诸暨市乐园二区5幢1单元501室
    陈洪涛

  6. 1348955

    不相信,不过没有冰箱,没法做实验。

  7. 1346539

    据说这是一位制作冰淇淋的先生发现的……

  8. laplace
    @5 years ago
    1344847

    求oo,求翻译

    (1)对流
    (2)热量传递
    由于对流微弱,这个问题我只考虑热量传递
    按照一般的想法,热水经过t1时间变为冷水,再经过t2时间结冰
    冷水经过t2时间结冰,所以显然热水需要的时间长

    事实不是如此,所以,有两个可能
    【1】热水降温后的冷水’和原本的冷水有区别
    区别:1.热水冷却过程中体积变小(次要)
    2.杯壁凝结有水,后变为冰层,热量通过水膜传递更快
    3.水中气体跑出(重要)
    4.结出的冰不规则(重要)

    3.4很重要 我自己进行过实验,冷水会结一层冰在水面,而且冰与水之间有空隙,就像爱斯基摩人的冰屋,阻止了热传递,而且冰层的晶体结构也许不利于热传递(这个没有证明)。相反,热水结冰不规则且交错在水面,之间没有空隙,更方便内部的水冷却,这些不规则的冰作为凝结核,使水更容易凝结。
    【2】熔点不同
    熔点是物质的液相和固相建立平衡的温度。达到熔点时,液、固两相的蒸气压必定相等,否则两相不能共存。
    热水结冰,冰的蒸汽压下降,两者要再次达到平衡(熔点),必须蒸汽压相等,可知只有选择更低的温度。这就是熔点/凝固点下降的原理。

    我尝试用温度计测量,但由于温度计作为凝结核更易结冰,得不到答案。

  9. 1341909

    化学老师曾经教过我们班…
    这种题的话答实验失误也是给分的……
    这就扯到了概率上了。。

    都结冰块吧。。。

  10. 1334999

    第一次听说,也没做过试验。
    但如是不是假的话,我认为原因有:
    1、前提是:装热水的杯要和装冷水的杯放在同一个容器(冰箱格子)中
    2、热水在冷却过程中,是不断在辐射热量
    3、冷水在冷却时,虽然也在辐射热量,但同时也在吸收热量(热水辐射出来的那部分)
    4、达到某温度点时,热水和冷水的杯温度达到一致。但因为热水的冷却时,体积缩小,导致达到相同温度时,热水杯的水体积比冷水小。
    5、两杯水在同时冷却时,体积小的因为相对接触面积比例大,而导致先冷却。

  11. 1333593

    这个问题曾让公元前4世纪的亚里士多德郁闷不已。莫非亚里士多德有冰箱?

  12. gokgee
    @5 years ago
    1333561

    相同时间内热的蒸发(或者升华)得多,质量变小了呗= =
    这种问题真的需要悬赏吗……

  13. 1333511

    @louis: 上面没打完,所以,在条件应许下,90度的水降到80度远比11度的水降到1度来得快,但这种情况不是一直持续下去的,总会在无限的下减无限逼近平衡,最终,11度的水降到0度,总会比90度的降到0度快很多。
    so:真正的不完全正确的表达是,高温物体和低温的相比,在不改变x态的,降温相同的情况下,高温物体的降温时间远低于低温物体。
    这种神马逻辑,不是我在参加婚宴时遇到老师,我都不记得我曾经学过了。

  14. 1333473

    我隐约记得,我们的教科书上很多年就解释了。比较肤浅的说法就是高温物体的减温速度远比低温的快。因为高温物体的原子神马的运动相当激烈,而热量的传递是物体之间的神马原子之类的运动相撞后通过动能传递出去的,运动激烈的原子相撞自然丢失的动能更大。
    。。。我凌乱了。。

  15. 太上老君
    @5 years ago
    1333425

    老子早就和亚里士多得说过了:天之道,损有余而利不足!

  16. 芦中人
    @5 years ago
    1333409

    这个我们本科课堂上就讲过啊,可是没认真听

  17. xuyhate
    @5 years ago
    1333349

    当时我们上课老师一笔带过了。。。。。。

  18. 1333319

    做一些简单的推理:
    如果“热水”降温结冰的过程中必须要变成和前述“冷水”一样的冷水,那么它降温不可能比“冷水”快。
    若要热水比冷水结冰快的结论成立,则“热水”降温过程中得到的冷水,和前面所说的原本的“冷水”,必然不是同样的东西,这点是否存在就得详细考虑所给条件了,在这种对所给的水的情况不加详细限定的条件之下无法得到结论

  19. manuqiao
    @5 years ago
    1333133

    已经被辟谣了。热的物体冷却的时候温差大,开始降温是比冷物体快,但热物体一直降温跟冷物体一样温度,然后大家一起降温,速度还是一样的。也就是说热物体开始降温的那段时间白白浪费了。

  20. yukirock
    @5 years ago
    1333087

    亚里士多德干嘛质疑这个问题?他有冰箱么?

  21. 月江
    @5 years ago
    1332959

    假设20°冷水需要1个小时冻结,那么按照这个说法的话,40°的水也许只需要50分钟就能冻结,依次推理的话,60°只需要45分钟,那么超高温度的水蒸气不是秒冻结?
    又假设,20°冷水1个小时冻结,那么40°的水先冷到20°再冻结的时间要小于1个小时,40°到20°需要10分钟,20°的水算是40分钟冻结。如果我在40°的水冷却到20°时我再拿一杯40°的水,这第二杯40°的水到冷却时间应该更短,只要30分钟,依次下去,最后40°的水秒冻结。

  22. 1332879

    热死了

  23. Sheldon
    @5 years ago
    1332783

    因为热水听了冷水说了一个笑话。

  24. 奥索紫
    @5 years ago
    1332779

    很明显热水再降温的时候,刹不住车了,然后直接秒杀了冷水

  25. garthdawn
    @5 years ago
    1332777

    1000英镑耶,
    看看谁能中奖。

  26. ailaodao
    @5 years ago
    1332651

    龟兔赛跑的故事你知道吧!
    冷水骄傲了,所以热水成功了!

  27. greenbug
    @5 years ago
    1332597

    上那网站上传答案后,就发来一封邮件,说叫我上特推加入他们的讨论,还留了个链接,鼓励我去读他们的硕士博士课程,这真是个高级的营销推广手段啊。

  28. 1332425

    电子的活跃程度吧

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