为什么热水比凉水结冰要快?
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发布时间：2022-04-22 20:51
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时间：2022-04-28 00:54
这种现象是姆潘巴现象（Mupainmubar effect），又名姆佩姆巴效应，指在同等体积、同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。
对于姆佩巴效应一般会分别考虑这四个因素：
1、蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少，令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰。
2、溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流（因而较易冷却），或减少单位质量的水结冰所需的热量，或者改变沸点。
3、对流——由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热—叫"热顶"。如果水主要透过表面失热，那么，"热顶"的水失热会比温度均匀的快。
4、周围的事物——两杯水的最后的一个分别，与它们自己无关，而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式，改变它周围的环境，从而影响到冷却过程。
扩展资料：
姆佩巴效应的历史：
1、热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪。最早提到并记载此一现象的数据，可追溯到公元前300年的亚里士多德。
2、大约在1461年，物理学家GiovanniMarliani在一个关于物体怎样冷却的辩论上，说他已经证实了热水比冷水更快结冰。
3、1620年培根写道"水轻微加热后，比冷水更容易结冰。"不久之后，笛卡儿说"经验显示，放在火上一段时间的水，比其它水更快地结冰。"
4、直至1969年，那已是Marliani实验500年之后，坦桑尼亚中学的一个命叫Mpemba的中学生再发现此现象的故事，被刊登在《新科家》（NewScientist）杂志。
参考资料：
百度百科——姆潘巴现象
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时间：2022-04-28 02:12
地球上的任何物体都是有温度的，这些物体随时随地都在与周围的环境进行着能量交换，并最终保持物体与环境温度相同。这也就是为什么冷水放的时间长后会变常温，热水时间长后会变成凉白开的原因。但是很少会有人对其温度变化的速度进行研究。很多人都认为凉水温度低，结冰会更快。其实不然，在相同时间内，热水的结冰速度会更快，很多人都觉得这件事不可思议，但是事实就是如此，这其中涉及到了一种“姆佩巴效应”，即在同等质量和同等冷却环境下，温度高的液体将比温度低的液体降温快，若其周围环境始终维持温度不变，则温度高的液体将先降至冷却环境温度；若温度低于该液体冰点时，则高温液体先结冰。
一、姆佩巴效应关于姆佩巴效应，很多科学家都曾提出过，简单的来说，就是两杯质量相同的同种液体，在周围环境相同的条件下，温度较高的那一杯液体的温度变化会快于温度较低的那一杯。其降温速度由温度梯度来决定。热的液体冷却时，梯度较大，其温度差一直大于冷的液体的温度差。散发的热量就愈多，因而降温就愈快。
二、影响因素关于姆佩巴效应，影响的因素主要有四点：蒸发、溶解、对流、周围环境。我们都知道，水在液体状态下是会蒸发的，并且蒸发速度随着液体温度的变化而变化。温度越高，蒸发越快。蒸发后的水蒸气会溶解在周围空气中，并由于温度的影响，使得水蒸气在周围的空气中形成热空气对流，并最终与周围环境融为一体，形成一个温度恒定的系统。
以上就是关于热水结冰比凉水快的原因解释，欢迎各位补充。
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时间：2022-04-28 03:47
多年来，许多科学家对不符合我们生活常识的现象感到困惑：由于某种原因，热水似乎比冷水冻结得更快。后来由张曦领导的物理学家团队发现，这种效应背后的原因是由于水中存在的共价键。每个水分子由两个与单个氧原子共价键合的氢原子组成。这些涉及原子共享电子的键。
为什么热水会先结冰呢？
1. 蒸发 由于最初较暖的水冷却到最初较冷的水的初始温度，它可能会损失大量的水来蒸发。质量减少将使水更容易冷却和冻结。然后，最初较暖的水可以在最初较冷的水之前冻结，但会产生较少的冰。理论计算表明，如果假设水仅通过蒸发损失热量，蒸发可以解释姆潘巴现象。这种解释直观的，在大多数情况下蒸发无疑是重要的。但是，它不是唯一的机制。蒸发不能解释在密闭容器中进行的实验，其中蒸发没有损失质量。许多科学家声称单靠蒸发不足以解释他们的结果。
2. 溶解气体 - 热水可以比冷水容纳更少的溶解气体，并且沸腾时会有大量气体逸出。因此，最初较温暖的水可能比最初较冷的水具有更少的溶解气体。据推测，这会以某种方式改变水的性质，可能更容易产生对流（从而使其更容易冷却），或减少冷冻单位质量水所需的热量，或者改变沸点。有一些实验支持这种解释，但没有支持理论计算。
3. 对流 - 随着水的冷却，它最终会产生对流和不均匀的温度分布。在大多数温度下，密度随着温度的升高而降低，因此水的表面将比底部温暖：这被称为“热顶”。现在，如果水主要通过表面失去热量，那么具有“热顶”的水将比我们根据其平均温度所预期的更快地失去热量。当最初较暖的水冷却到与最初较冷的水的初始温度相同的平均温度时，它将具有“热顶”，因此其冷却速率将比最初冷却器的冷却速度快。然实验已经看到了“热顶”和相关的对流，但是对流是否可以解释姆潘巴现象尚不清楚。
最初较温暖的水可能以某种复杂的方式改变其周围的环境温度，从而影响冷却过程。例如，如果容器位于一层导热不良的霜层上，热水可能会熔化该层霜，从而冷却得更快。显然，这样的解释并不是很普遍，因为大多数实验都不是用容器放在霜层上完成的。
简而言之，在各种情况下，热水比冷水更快冻结。这不是不可能的，并且已经被发现在许多实验中发生。然而对于这种现象如何发生并没有得到很好的解释。虽然已经提出了不同的假设，但实验证据尚无结论。
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时间：2022-04-28 05:38
热水快速冻结现象被称之为“姆佩巴效应”,以坦桑尼亚学生埃拉斯托·姆佩巴的名字命名.对于姆佩巴效应,物理学家曾提出几种可能的假设,其中包括水分更快蒸发导致热水体积变小,一层霜隔绝了温度更低的水以及溶质浓度存在差异.但任何一种解释都很难让人信服,因为这种效应并不可靠,冷水冻结速度往往还是超过热水.
布朗里奇认为,杂乱无章的杂质才是导致热水更快速冻结的关键因素.过去10年时间里,他利用空闲时间进行了数百次有关姆佩巴效应的实验,最终发现这种效应基于不稳定过度冷却现象的证据.
布朗里奇说：“水几乎从不在温度降到零度时冻结,通常是在更低温度下才开始冻结,也就是所说的过度冷却现象.冻结点取决于水中与冰晶形成有关的杂质.通常情况下,水可能含有几种类型杂质,其中包括尘粒、被溶解的盐类以及细菌,每一种杂质都能在特定温度下触发冻结机关.核化温度最高的杂质决定了水的冻结温度.”
布朗里奇对两个同样温度的水样——20摄氏度的自来水——进行了实验.他把水样装入试管,而后放入冰箱中冷冻.由于杂质的随机混合导致其拥有更高冻结点,其中一个水样将首先冻结.如果这种差异足够大,姆佩巴效应便会出现.布朗里奇选择自然冻结点更高的水样,并将其加热到80摄氏度,另一个则只加热到室温,而后将试管放回冰箱.他表示,如果热水冻结点至少高出5摄氏度,其冻结速度往往会超过冷水.
可能让人感到惊讶的是,区区5摄氏度就是一个足够大的差异,帮助温度更高的水首先“冲过终点线”.而如果以60摄氏度作为起步点,它们在这场冻结较量中便要以失败告终.物体与周围环境——具体到这项实验,指的就是冰箱——的温差越大,其冻结的速度就越快.也就是说,在温度较低的水样达到零下7摄氏度这一冻结点前,热水样首先达到零下2摄氏度这一冻结点,进而以更快的速度冻结,
为什么其他人没有注意到这一点?布朗里奇表示,其他人在一次研究一个因素时并没有很好地控制实验环境,例如必须控制容器的类型以及水样在冰箱中的位置.但布朗里奇所做的工作不可能终结有关姆佩巴效应的争论.美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学的乔纳森?卡特兹便持怀疑态度.
根据卡特兹的理论,加热能够驱除二氧化碳等杂质,进而提高水的冻结点.这也就意味着,加热实际上提高了水首先冻结的机会,而不是布朗里奇所说的与杂乱无章的杂质有关.他说：“他可能发现了一种与姆佩巴类似的过度冷却效应.”
姆佩巴效应得名由来
这种怪异的现象拥有很长的历史.公元前4世纪,亚里斯多德首次发现姆佩巴效应.他这样写道：“之前被加热的水冻结速度更快.因此,在希望快速冷却热水的时候,很多人会首先将它放在阳光下加热.”
弗朗西斯?培根也曾发现这种现象.他在1620年写道：“与温度极低的水相比,温度稍高的水更容易冻结.”莱恩?笛卡尔在1637年指出：“经验告诉我们,在火上长时间加热的水冻结速度超过其他水.”
上世纪60年代,这种效应开始走进现代科学界的视线.当时,坦桑尼亚学生姆佩巴对他的老师说,通过将一种加热过的混合物放入冰箱,他能够以比正常情况更快的速度制作冰激凌.这种观点一度让姆佩巴成为同学们的笑柄,直到学校的一名督学在达累斯萨拉姆重复这项实验证明他的话所言非虚,姆佩巴才得到“平反”。
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时间：2022-04-28 07:46
从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流。通过实验观察并对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合效果。如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析其原因就更能说明问题了：
盛有初温4℃冷水的杯，结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热传导不良的材料，液体内部的热量很难依靠传导而有效地传递到表面。杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面。所
以水在表面处最先结冰，其次是向底部和四周延伸，进而形成了一个密闭的“冰壳”。这时，内层的水与外界的空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止或延缓了内层水温
继续下降的正常进行。另外由于水结冰时体积要膨胀，已经形成的“冰壳”也对进一步结冰起着某种约束或抑制作用。
盛有初温100℃热水的杯，冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”形成的现象，只是沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶（在初温低于12℃时，看不到这种现象）。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成了液体内部的对流，使水分子围绕着各自的“结晶中心”结成冰。初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大，正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖。由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大。当水面温度降到0℃以下并有足够的低温时，
水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后可以观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，
具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比初温低的水快得多。
(2). 生物原因
同雨滴的形成需要“凝结核”一样，水要结成冰，需要水中有许许多多的“结晶中心”。生物实验发现，水中的微生物往往是结晶中心。某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”就要比冷水中的“结晶中心”多得多，加速了热水结冰的协同作用：
围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核。对流又使各种取向的分子流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延生长出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中。结晶释放的能量则通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部冻结为止。
以上是科学家对观察到的现象进行综合分析所得出的一些结论和提出的一些解释。但要真正解开“姆潘巴问题”的谜，对其做出全面定量而令人满意的结论，还有待于进一步的探索。
