2025年高考物理詳解熱水結(jié)冰為何快于冷水
來(lái)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(guò)這樣一個(gè)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(gè)中原因是什么呢？
據(jù)將于６月３日出版的英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，美國(guó)華盛頓大學(xué)的喬納森·卡茨在對(duì)“姆潘巴現(xiàn)象”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實(shí)際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過(guò)程中，一些通常會(huì)使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會(huì)被“驅(qū)逐”出來(lái)形成固體沉淀，這就是日常生活中常見(jiàn)的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。
卡茨說(shuō)，未經(jīng)加熱的水中仍含有這些溶解物，在水結(jié)冰過(guò)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(huì)進(jìn)一步升高，甚至可達(dá)正常水平時(shí)的５０倍。這種情況會(huì)降低水的冰點(diǎn)，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(shí)際上是使水變得“更硬”，進(jìn)一步擴(kuò)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(guó)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(duì)“姆潘巴現(xiàn)象”的分析是迄今對(duì)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(jiǎn)單但對(duì)頭”的方式解決這一問(wèn)題。
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