为什么温水比冷水结冰快?

好奇小子 2016年11月28日11:43:10
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有经验的汽车驾驶员都知道,冬天洗车最好用冷水而不用温水,否则温水一沾到车厢便会马上结冰。难道温水比冷水结冰快?答案却是如此。

好奇小子很小的时候,曾上过一次暑期班,班上的老师当时就问我们一个问题:热牛奶和冷牛奶放入冰箱,哪个先冻上?当时就对这个颠覆常识的问题产生了好奇,现在当然知道了,答案自然是热牛奶先冻上,可为什么呢?

已经不记得那时候老师有没有给出解释,想来是没有的,因为这是个目前无解的答案,哈哈!迄今为止,连科学家也没有搞清楚:为什么冬天温水比冷水冻得快?好奇小子之前写过一篇文章“为什么冬天铁门把手要包布?”,里面提到不要用舌头去舔冬天的金属,一不小心很容易就被粘住。其实就是因为舌头有一定温度,当碰到冷金属的时候,表面水分可能瞬间结冰,如果舌头凉飕飕的反而不会结冰呢?这也间接说明了温水比冷水结冰速度快。

据说,很早以前古希腊人曾发现了这个有意思的自然现象,但他们没有找到答案。

1969年,一名坦桑尼亚大学生艾拉斯托·穆宾巴正式向全世界提出这个问题——为什么冬天温水比冷水冻得快?从那以后,这个问题才被全世界科学家所关注。据说,1969年盛夏,艾拉斯托·穆宾巴想亲手制作冰激凌,他把一杯由牛奶和糖水等物质相混合的、还没有放凉的温热液体放进了冰箱冷冻室,结果他惊讶地发现,这次液体结晶得比以往任何一次都快,他很快就吃到了自己亲手制作的冰激凌。这个有趣的发现激发他深入研究的欲望。从那以后,艾拉斯托·穆宾巴相继做了很多温水冷冻实验,写了很多篇研究报告。由于艾拉斯托·穆宾巴的突出贡献,这个神奇的自然现象现在被科学界称为“穆宾巴效应”。

现在,在许多解释中最为普遍的理论为:温差理论,即冬天温水比冷水冻得快,是因为温水与周围环境之间的温差大于冷水与周围环境之间的温差,温差大温水中水分子的能量会很快散发到周围环境中。当然,这个理论仍然遭到许多科学家的质疑。因为按照这个理论,冷水与周围环境之间的温差小,冷水分子能量失去较慢,那么出现的问题是,温水终究要变成冷水,它变成冷水后结晶速度应该与冷水直接冷冻一样。因此,考虑到把温水冷却成冷水时耗费的时间,应该得出结论,即无论怎样冷水都应比温水冷冻得快。看来,这个“温差理论”也不值得推敲。

当今世界上还没有人能够破解这个看似稀松平常的自然之谜。好奇小子没有实验器材,只能试着推断一下,要是一不小心破解了世界难题,那就当真好耍了。

要说为什么?首先得了解一个概念:冰点,也就是水结成冰时候的温度。常识告诉我们冰点是0度。可是我们发现一些有趣的现象:气温已经零下了,但是水面却不结冰;零下40度没有晃动的纯净水可以不结冰;冰水混合物的温度是0度,水却不变冰;漫天的雪花,地上的积雪没有立即融化,但是气温却高于0度。这些现象都说明似乎不同的条件下,冰点发挥作用的方式不一样。

好奇小子大胆推测,之所以温水比凉水结冰快,是因为冰点的说法是错误的。就拿冰水混合物来举个例子,那么在这个冰点上,是应该该水变成冰还是冰变成水呢?

水变成冰,不仅仅和温度有关,应该还和其它一些因素有关,比如:水的晃动、温度差、水中是否有杂质,水分子周围环境等等,所以单说冰点就走入了一个误区。换句话说,水结晶的速度不仅仅与其是否到达冰点这个温度有关,也有一些其它因素在制约。而温水结冰快,可能是因为温度下降快,导致水分子因为这样的速度可以在到达冰点的时候提升结冰的速度,而凉水的温度下降慢,到达冰点的时候水分子结晶速度慢。也就是说结冰的快慢和温度的下降速度有关。

如果把结冰比作打仗,水分子就像士兵,士兵都知道要打仗(冰点来临),温度下降就如同士兵训练,下降越快,训练越好。温水的水分子就像训练有素的士兵,各个摩拳擦掌,准备打仗,一旦战事(冰点)来临,可以立即上阵迎敌;凉水的水分子就像散兵游勇,训练懒散,一旦战事(冰点)来临,总要花些时间才能准备。

(也许还有一种可能:温水的冰点和凉水的冰点本不一样,如温水的冰点为0度,凉水的冰点为-2度。)

匿名

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