热水和冷水哪个更容易结冰
发布网友
发布时间：2022-04-22 20:51
共5个回答
热心网友
时间：2022-04-28 09:41
在相同条件下热水比冷水更容易结冰。
亚里士多德：“先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。”
同时姆潘巴现象：根据在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体在其与该冷却环境直接接触的分子将比温度略低的温度下降的快，若其冷却环境能始终维持一致（温度不变）的冷却能力，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则高温液体先结冰。
扩展资料:
963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。
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”。
参考资料来源：百度百科——姆潘巴现象
热心网友
时间：2022-04-28 10:59
1，如果给热水和冷水设置同样的自动搅拌装置，那么，肯定会冷水先结冰，热水后结冰。因为这时传热条件都很好，温度高的，热容量大，需要的降温结冰的时间就更长；温度低的，热容量较小，需要的降温结冰的时间就更短。这时热水初温降到冷水初温后，一样要经过冷水初温到结冰的降温过程，所以，热水初温降到冷水初温的时间就是多出来的。
2，经过静置的静止的热水和冷水（当然其它条件都相同，只有温度不同）一起冷冻结冰时，关键看它们在冷却降温过程中会自动生成怎样的传热方式。
当热水和冷水放置在冷冻环境开始冷却降温时，最初的瞬间只有水的上表面和容器的外表面靠辐射和传导向外散热，开始降温；
接着是贴附在容器内表面的水开始降温；而这时容器中心的水还没有来得及降温。温度降低后的水比重增大，就要贴附着容器内表面下沉；但是这时下沉的速度和产生的结果是有差别的：
对于盛放热水的容器，贴附着容器内表面的冷水与容器中心的热水有较大的温差，所以有较大的比重差，所以冷水有较大的下沉速度。较大的下沉速度使下沉的冷水有较大的动能，较大的动能就能冲乱容器底部的水体，形成紊流。紊流的形成阻止了下沉冷水在容器底部的沉淀集聚。从而能使容器内的水能形成整体的良好的对流循环。
而对于盛放冷水的容器，贴附着容器内表面的冷水与容器中心的冷水有较小的温差，所以有较小的比重差，所以冷水有较小的下沉速度。较小的下沉速度使下沉的冷水有较小的动能，较小的动能不能冲乱容器底部的水体，所以就造成下沉冷水在容器底部的沉淀集聚。这就使容器内的水不能形成整体的良好的对流循环。
由于盛放热水的容器内的水能形成整体的良好的对流循环，所以大大提高了传热效率；而盛放冷水的容器内的水不能形成整体的良好的对流循环，所以其传热效率远不如盛放热水的容器。
我们可以用一个实验来证明以上说法。将经过静置的有同样质量的一杯热水（全部刚烧开的水，和杯子热平衡后约90°C左右）和一杯冷水（1/3杯刚烧开的水+2/3杯自来水）放到盛有更冷的冷却水（自来水）的脸盆中，并搅拌脸盆中的水来加快冷却，这时我们可以看到盛放热水的杯子底部的水出现云翳状的光影，而盛放冷水的杯子底部则看不到云翳状的光影。云翳状光影是光线穿过不同密度的水层时有不同的折射率造成的，说明沿着杯子内表面下沉的冷水冲动了杯子底部的水体。而没有云翳状的光影，则说明沿着杯子内表面下沉的冷水没有冲动杯子底部的水体，下沉的冷水只是在杯子底部沉淀集聚。沉淀集聚的冷水没有温度密度的突变界面，所以不会出现云翳状光影。这说明热水杯内能自动形成良好的对流循环，而冷水杯内不会自动形成良好的对流循环。
所以热水比冷水更快结冰是可能的。
但是这个结论不会是绝对的，例如99°C的热水和0.1°C的冷水，恐怕是不可能热水先结冰的。
3，为什么热水比冷水更快结冰只是可能，而不是一定？
因为沿着杯子内表面下沉的冷水从沉淀集聚到冲乱容器底部的水体，是一个传热效率由量变到质变的突变过程：
我们从0°C开始并按一定的温度间隔来测量“相同质量，不同初温”的水的结冰过程。我们发现，随着水的初温逐渐上升，其结冰时间逐渐延长。
但是，当水的初温上升到某一温度时，水的结冰时间没有继续延长反而变短了。然后，水的结冰时间又随着水的初温上升而逐渐延长。如图1。
从图1我们看到，不同初温的水冷冻至结冰的时间呈中断的俩段曲线HMAK和CDEBFG。其中断的地方就是发生了下沉冷水从沉淀集聚到冲动水体的突变。而下沉冷水从沉淀集聚到冲动水体的突变，必然引起传热效率的突变：
图1 不同初温的水的降温结冰时间
沉淀集聚的冷水在下沉通道冷却过程中，其温度比初温有较大下降，所以沉淀集聚的冷水与容器外冷冻环境温度的温差也就减小，尤其沉淀集聚的冷水与相邻的下沉冷水的温差很小，这成为热量由杯内向杯外传导的瓶颈，所以，这时候无论传导和辐射都处于较低的效率。形象的说就是，进入沉淀集聚的冷水处于偷懒，消极怠工的状态。问题还在于，沉淀的冷水会随时间的延长而不断增加，所以，其低效传热的部分也会越来越扩大。
而当下沉冷水冲动杯子底部水体时，则下沉冷水和杯子底部的热水会碰撞混合，混合后的水则会热升冷降，从而形成对流循环。这种情况下就不会出现沉淀集聚的冷水与容器外冷冻环境的温差减小的低效传热部分，尤其是不会出现沉淀集聚的冷水与相邻的下沉冷水温差很小的情形（这个很小的温差会是传热的最大阻力），而总是保持杯子中心与杯外冷冻环境有较大的温差，从而保持有较高的传热效率。
但是，这个传热效率的差别只维持到下沉冷水至4°C以下的某个温度。因为4°C的水比重最大，低于4°C时热胀冷缩将出现逆转，这时容器内壁的下沉冷水不再下沉而开始上浮。这也就能解释为什么杯子中的水总是上表面和杯子上部周边的水会先结冰，生成冰盖。
从图1我们可以看到，热水比冷水结冰快只发生在俩平行线MN,PQ之间（PQ通过下半段曲线的最长时间点，MN通过上半段曲线的最短时间点）。但不是平行线间的任意俩点都能表现热水比冷水更快结冰：当俩点连线与水平线的夹角为90°时(图中AB)，则是热水与冷水同时结冰；当俩点连线与水平线的夹角β＜90°时(如图中AF,AG)，仍然是热水比冷水结冰慢；只有使夹角α＞90°时(如图中AC,AD,AE)，才是热水比冷水结冰快。
可以想见，在不了解热水比冷水更快结冰的机理，尤其没有绘制出如图1所示的完整的曲线图像时，盲选冷水热水的初温来实验比较，那就像买彩票中奖一样，靠运气了。还是参照图1，在不了解机理没有曲线图像时，即使选择了图1中的A点，你对另一点的选择也还有俩种可能：
1）把A点对应的初温当成热水。这时候你所选择的冷水初温的结冰时间对应点就一定在曲线HMA上。------这时无论做多少组比对，结论都是热水比冷水结冰慢。
2）把A点对应的初温当成冷水。这时候你在选择热水初温时很可能认为热水越热越好错过曲线上的C,D,E而选择F.G。------如果选择F,G，则结论依然是热水比冷水结冰慢。只有选择如图上的C,D,E点，才会是热水比冷水结冰快。
所以，热水比冷水更快结冰是有条件*的。并非热水越热越好，冷水越冷越好。
影响传热方式发生突变的因素：
1） 冷冻温度。冷冻温度越低，越有利于发生突变；
2）容器材质。容器材质的导热性越好，越有利于发生突变；
3）容器形状。圆柱，棱柱，上部开口大的圆锥棱锥有利于下沉冷水的汇流，更容易冲动杯子底部的水体，因而有利于发生突变；
4）“水”的性状。以上我们讨论的都是水，其实它也适用于其他流动性好的溶液，例如糖水，牛奶的水溶液等。流动性不好的浆糊，果冻，根本不会发生突变产生对流。
本文的最关键的观点是下沉冷水从沉淀集聚到发生冲动是一个突变，而这个突变必然引起传热方式的突变，对流传热在辐射，传导，对流3种传热方式中是最有效的，这是学界公认的。
相信本文会是姆潘巴问题的终结。
热心网友
时间：2022-04-28 12:34
一、因为热水的分子比冷水的分子要活跃的多，分子之间做活动的时候，热水的分子更积极，所以，当热水在受冷结冰的时候，路程可能要长一点，但很明显水分子的运动的速度就要比冷水的速度快。
二、是因为热水的水分子团要比冷水中的水分子团小的多，而水要从液态变成固态，首先得把所有水分子团凝聚在一起，彼此这间相互渗透，间隙缩小，才能凝结成冰。
拓展资料
1.无论是水分子团大的，还是水分子团小的，都要塞进相同的体积里，那么这一过程中，水分子团小的在结冰的时候更有优势一点。
2.根据生活中的常识知道，等重的大物件和小物件相比，要塞进同等大的容哭里，小物件更容易做到。所以热水中水分子团在凝聚的时间上要比冷水的分子团用的时间短。
热心网友
时间：2022-04-28 14:25
一、姆佩巴效应
人们通常都会认为，一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时，冷水结冰快。事实并非如此。1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。他的这一发现并没有引起老师和同学们的注意，相反在为他们的笑料。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为"姆佩巴效应"（MpembaEffect）。
二、姆佩巴效应的历史
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年的亚里斯多德，他写道：
"先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷却热水，他们会先放它在太阳下..."
但在20世纪前，此现象只被视为民间传说。直到1969年，才由Mpemba再次在科学界提出。自此之后，很多实验证实了Mpemba效应的存在，但没有一个唯一的解释。
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。他说他用了四盎司沸水，和四盎司未加热过的水，分别放在两个小容器内，置于一个寒冷冬天的屋外，发现沸水首先结冰。但他没能力解释此一现象。
到了十七世纪初，此现象似乎成为一种常识。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。"
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。这个故事告诉科学家和老师们，不要忽视非科学家的观察，和不要过早下判断。
1963年，Mpemba正在学校造雪糕，他混合沸腾的牛奶和糖。本来，他应该先等牛奶冷却，之后再放入冰箱。但由于冰箱空间不足，他不等牛奶冷却，就直接放入去。结果令他很惊讶，他发现他的热牛奶竟然比其同学的更早凝固成冰。他问他的物理老师为什么，但老师说，他一定是和其它同学的雪糕混淆了，因为他的观察是不可能的。
当时Mpemba相信他老师的说法。但那一年后期，他遇见他的一个朋友，他那朋友在Tanga镇制造和售卖雪糕。他告诉Mpemba，当他制造雪糕时，他会放那些热液体入冰箱，令他们更快结冰。Mpemba发觉，在Tanga镇的其它雪糕销售者也有相同的实践经验。
后来，Mpemba学到牛顿冷却定律，它描述热的物体怎样变冷（在某些简化了的假设下）。Mpemba问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰。这位老师同样回答是一定Mpemba混淆了。当Mpemba继续争辩时，这位老师说："所有我能够说的是，这是你Mpemba的物理，而不是普遍的物理。"从那以后，这位老师和其它同学就用"那是Mpemba的数学"或"那是Mpemba的物理"来批评他的错误。但后来，当Mpemba在学校的生物实验室，尝试用热水和冷水做实验时，他再一次发现：热水首先结冰。
更早时，有一位物理教授Osborne博士访问Mpemba的那间中学。Mpemba问他这个问题。Osborne博士说他想不到任何解释，但他迟些会尝试做这个实验。当他回到他的实验室，便叫一个年轻的技术员去测试Mpemba的实验。这位技术员之后报告说，是热水首先结冰，又说："但我们将会继续重复这个实验，直至得出正确的结果。"然而，实验报告给出同样的结果。在1969年，Mpemba和Osborne报导他们的结果。
同一年，科学上很常见的巧合之一，Kell博士独立地写了一篇文章，是关于热水比冷水先结冰的。Kell显示，如果假设了水最初是透过蒸发冷却，和维持均匀的温度，这样，热水就会失去足的质量而首先结冰。Kell因此表明这种现象是真的（当时，这现象在加拿大城市是一个传闻。），而且能够用蒸发来解释。然而，他不知道Osborne的实验。Osborne测量那失去的质量，发现蒸发不足以解释此现象。后来的实验采用密封的容器，排除了蒸发的影响，仍然发现热水首先结冰。
三、对姆佩巴效应的各种解释
什么是Mpemba效应？有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。例如，99.9℃的热水和0.01℃的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。
一般人会认为这似乎是不可能的，还有人会试图去证明它不可能。这种证明通常是这样的：30℃的水降温至结冰要花10分钟，70℃的水必须先花一段时间，降至30℃，然后再花10分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰慢。这种证明有错吗？
这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70℃的水，冷却到平均温度为30℃的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30℃的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。这些因素会改变冰箱内，容器周围的环境。下面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，但冰量较少。如果我们假设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释Mpemba效应。这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。然而，这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验。
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。有一些实验支持这种解释，但没有理论计算的支持。
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。当热水冷却到冷水的初温时，它会有一热顶，因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。虽然在实验中，能看到热顶和相关的对流，但对流能否解释Mpemba效应，仍是未知。
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。例如，如果这杯水是放在一层霜上面，霜的导热性能很差。热水可能会熔化这层霜，从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地，这样的解释不够一般性，很多实验都不会将容器放在霜层上。
最后，过冷在此效应上，可能是重要的。过冷现象是水在低于0℃时才结冰的现象。有一个实验发现，热水比冷水较少会过冷。这意味着热水会先结冰，因为它在较高的温度下结冰。但这也不能完成解释Mpemba效应，因为我们仍需解释为什么热水较少会过冷。
在很多情况下，热水较冷水先结冰，但并不是在所有实验中都能观察到这种现象。而且，尽管有很多解释，但仍没有一种完美的解释。所以，姆佩巴效应仍然是一个谜。
热心网友
时间：2022-04-28 16:33
无疑地,很多读者对这一点很怀疑,因此,有必要先明确地指出,什么是 Mpemba 效应.有两个形状一样的杯,装着相同体积的水,唯一的分别是水的温度.现在将两杯水在相同的环境下冷却.在某些条件下,初温较高的水会先结冰,但并不是在任何情况下,都会这样.例如,99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水,这样,冷水会先结冰.Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下,都可看到. 这似乎是不可能的,不少敏锐的读者可能已经想出一个方法,去证明它不可能.这种证明通常是这样的： 30° C 的水降温至结冰要花 10 分钟, 70° C 的水必须先花一段时间,降至 30° C,然之后再花 10 分钟降温至结冰.由于冷水必须做过的事,热水也必须做,所以热水结冰较慢.这种证明有错吗? 这种证明错在,它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响.但事实上,除了平均温度,其它因素也很重要.一杯初始温度均匀,70° C 的水,冷却到平均温度为 30° C 的水,水已发生了改变,不同于那杯初始温度均匀,30° C 的水.前者有较少质量,溶解气体和对流,造成温度分布不均.这些因素亦会改变冰箱内,容器周围的环境.下面会分别考虑这四个因素.所以前面的那种证明是行不通的,事实上,Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到 [5,7-14]. 这种现象的发生机制,仍然没有得确切的了解.虽然有很多可能的解释已被提出过,但到目前为止,还没有一个实验可以清晰地显示它的机制.如果有的话,这实验就十分重要了.你可能会听到有人很自信地说,X 是 Mpemba 效应的原因.这些说法通常都是基于猜测,或只看着小量文献的证据,而忽略其它.
当然,有根据地猜测,和选择你信赖的实验结果,是没错的.问题是,对于什么是 X,不同的人提出不同的说法. 为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题?主要的问题是,水结冰所花的时间的长短,对实验设计中的很多因素,都是很敏感的.例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义,等等.因为这种敏感性,即使有实验支持 Mpemba 效应的存在,但不能支持在这些条件之外, Mpemba 效应的发生和发生的原因.正如 Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量,以致任何从事这项研究的实验室,一定会得出和其它实验室不同的结果.」 所以,由于做过的实验不多,而且常常在不同的实验条件下,所提出过的机制中,没有一个能很有信心地被宣称,就是「那个」机制.在上面我们提到的那四个因素,热水冷却到冷水的初始温度,会有变化.下面是这四个相关机制的简单描述,它们被认同能解释 Mpemba 效应.抱负不凡的的读者可以跟着那些连结,获得更完整的解释,相反的论调,和用这些机制解释不了的实验.似乎并没有一个机制,能解释在所有情况下的 Mpemba 效应,但不同的机制在不同的条件下是重要的. 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,但冰量较少.如果我们假设水只透过蒸发去失热,理论计算能显示蒸发能解释 Mpemba 效应 [11]. 这个解释是可信的和很直觉的,蒸发的确是很重要的一个因素.然而,这不是唯一的机制.蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验,在封闭的容器,没有水蒸气能离开 [12].很多科学家声称,单是蒸发,不足以解释他们所做的实验 [5,9,12]. 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（因而令它较易冷却）,或减少令单位质量的水结冰所需的热量,又或改变沸点.有一些实验支持这种解释 [10,14],但没有理论计算的支持. 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.当热水冷却到冷水的初温时,它会有一热顶,因此与平均温度相同,但温度均匀的水相比,它的冷却速率会较快.能跟上吗?你可能想重看这一段 ,小心区分初温、平均温度,和温度.
虽然在实验中,能看到热顶和相关的对流,但对流能否解释 Mpemba 效应,仍是未知. 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.例如,如果这杯水是放在一层霜上面,霜的导热性能很差.热水可能会熔化这层霜,从而为自己创立了一个较好的冷却系统.明显地,这样的解释不够一般性,很多实验都不会将容器放在霜层上. 最后,过冷在此效应上,可能是重要的.过冷现象出现在,水在低于 0° C 时才结冰的情形.有一个实验 [12] 发现,热水比冷水较少会过冷.这意味着热水会先结冰,因为它在较高的温度下结冰.即使这是真的,也不能完成解释 Mpemba 效应,因为我们仍需解释为什么热水较少会过冷. 简单地说,在很多情况下,热水较冷水先结冰.这并非不可能,在很多实验中已观察到.然后,尽管有很多说法,但仍没有一个很好的解释.有不同的机制曾被提出,但这些实验证据都不是决定性的
