熱水和冷水哪個結冰快,這可能就會顛覆你的想像了

2021-01-09 抹藍森林

如果你有一杯熱水和一杯冷水,把它們同時放入冰箱,你覺得哪個會先結冰?大多人都覺得這不是很簡單,肯定是冷水。

冰箱

No,這可能就會顛覆你的想像了

因為這也是讓許多科學家都驚訝的事情,熱水比冷水先結冰,而違反直覺的現象被稱為彭巴效應,為什麼會出現這種熱水比冷水還先結冰的反常理現象呢?

說到就要先講一個非常有趣的故事了

1963年在坦尚尼亞也就是非洲東部的一個國家,有一位叫彭八的中學生在學校裡,他經常會與同學一起做冰淇淋吃。他們的做法很簡單,先把生牛奶煮沸,然後加入一些糖等煮沸的牛奶,降溫後,接著再放入冰箱裡冷凍成冰淇淋。由於當時的冰箱不大,能容下的冰淇淋,位置自然也不多,所以誰先放入冰箱誰就有冰淇淋吃。然後事情就發生在一直做冰淇淋的時候,他看到一個同學將生牛奶加糖後直接就放入冰箱裡冷凍,眼看冰箱裡的位置剩下不多了,而他的牛奶才剛煮沸不久,如果再多幾位像剛才那樣偷雞的同學,那他的冰淇淋豈不是沒有位置了,所以他只好急急忙忙地加入一些糖,不等冷卻了就直接把滾燙的牛奶放入了冰箱裡凍。就這樣過了一個半小時,同學們回來打開冰箱一看,發現了奇怪的情況,所有的牛奶還是半夜擠撞,而我有、盆巴放入了熱牛奶已經結冰了。當然他向老師提問,這驚人的發現為什麼熱牛奶反而會比冷牛奶先結冰?然後老師告訴彭巴,因為是我用超能力凍結他的,沒有了,這就是我亂講的,最後老師沒有回應,可能是回答不了,或者是覺得他在開玩笑。

之後彭巴依然沒有放棄,不久學校來了一位大學教授進行物理講座,演講結束後彭巴鼓起勇氣發問,兩個相同的杯子,相同的水量,一個溫度在35度,另一個則是100度把兩杯水同時放入冰箱,最後為什麼100度的會先結冰?教授雖然對這部尋常的現象難以置信,可還是對此問題非常感興趣?於是教授回去後立即與他的助手親自做實驗,結果也和彭巴說的一樣,熱水比冷水先結冰,之後在1969年,教授與正在讀研究院的彭巴一起發表了研究結果。

事實上彭巴並不是第1個發現奇怪現象的人,在早期也有一些科學家也發現了此現象,包括亞里斯多德、弗朗西斯·培根、勒內·笛卡爾、和約瑟夫·布萊克,至於他們的論文我就不在這裡一一講解了。

熱水會比冷水先結冰嗎?

有人說自己做個實驗不就知道了嗎?所以陸陸續續也就有許多人做了實驗,我也做了實驗,最後我會告訴大家結果,所以記得看到最後了。在眾多實驗中發現不一定都是熱水先結冰,有人是冷水先結冰,有人的確是熱水先結冰,而以我們常理來說,同樣容器、同樣水量、同樣水質,當然是冷水先結冰才是正常的。

為什麼會有人做出熱水?先結冰?背後的物理機制是什麼?我們來看看。目前來說有5種可能性,蒸發、溶解氣體、對流、環境和過冷水。

蒸發

兩杯同樣的容器、同樣水量、一杯熱水、一杯冷水,他們不同之處是一個氣體一直往上冒,一個靜止不動,熱水會因為蒸發而損失掉更多的水分子。然而少量的水分子就會比多的更快結冰了,可這個原理還不能完全解釋得通,因為也有實驗室在密封的杯子下,熱水還是比冷水先結冰的情況,況且蒸發的水分也許只是採納及percent而已。

溶解的氣體

溶解的氣體指的是水裡面的氣體,比如氧氣、氮氣等。相對冷水熱水會不斷排出氣體,有人就認為溶解氣體會影響水的質量,比如導熱能力、冰的凝固點、降溫等。

對流

所謂對流就是一般水,主要是從杯壁和接觸外部的水面開始冷卻,中間溫度會比較高,這是冷水墜下沉,熱水就上升取代冷水,形成一個對流。而熱水的對流會比冷水來的活躍,當冷卻下來後,熱水的對流相對冷水還是比較高的,所以就冷卻的比較快。大家都知道吧,有時結冰時間不足時就會結成半水半冰的狀態,我們可以看到頂部和底部還有背壁成了冰的形狀,而中間還是液體的狀態,而這個就可以說明對流的狀態。

環境

我們可以看到,如果我們將一冷一熱的水放到冰箱裡,這時熱水的溫度很可能會改變它周圍的環境。如杯子底下的一層冰霜,由於熱水的溫度會使冰霜融化成水,而一段時間後水又會重新結回成冰,那樣這層冰霜和杯子就會形成一個小小的冰橋,導致散熱的更快一些。而冷水就沒那回事了,還是讓邊緣的什麼都沒有。

最後一個也是最有利的說辭

過冷水。我們一般知道水到達零度的時候會結冰,但在現實中水在零度以下都還可能保持在液體的形態。你可以想像為什麼有些0度以下的地方還有水,過冷水現象是因為水結冰的時候需要一種叫凝結核的東西,它可以是一些水中的雜質或是氣體等,而熱水和冷水的過冷水現象在許多實驗中都可以發現,熱水的過冷水凝結點比冷水高。舉例說,熱水的凝結點也許是-5度,而冷水的凝結點也許是-15度。

當他們慢慢冷卻時,熱水就先比冷水先結冰了。另外前陣子網上瘋傳的水倒出來會結冰,礦泉水搖一搖就結冰的神奇現象,也就是過冷水的表現。

總結來說,彭巴效應還不能說是絕對的

因為目前還沒有一個完美的解釋和證據,也就是不能說熱水一定比冷水先結冰,亦或是說冷水一定比熱水先結冰。事實上水結冰牽扯的變因比人們想像的還要複雜,很難確保所有條件都相同。因為有實驗就是在相同的容器、相同的水量、相同的水源、相同的冰箱等等,在做第2次時卻是不同結果,所以這裡沒有一定的答案,而有些人說彭巴效應是科學家愚人節開的玩笑是不存在的,而我就不這麼認為。

有些人實驗是冷水先結冰,有的人實驗是熱水先結冰,大家不妨可以自己實驗一下,結果是什麼都可以在下面留言分享。對了,剛才提到熱水放冰箱會不會弄壞冰箱?如果只是小小實驗是沒有問題的,而彭巴納什這樣做就會有問題。因為早期的時候科技還不發達,冰箱容量小,壓縮機功率也很小,如果放進一大碗中,冰箱裡就馬上變熱了,就會造成壓縮機在高負荷下工作。然後現在冰箱容量大,壓縮機功率也大、製冷系統也快,所以只放一小杯熱水,並不會造成冰箱的負擔,除非你說放一大桶廢水進冰箱了,不然這一小杯熱水是不可能使冰箱溫度提高的。

當然如果是媽媽不給弄,你還是聽媽媽的話!

相關焦點

  • 有時候熱水結冰比冷水快,科學家也不能解釋為啥
    本報記者 陸成寬如果有人問你:「冷水和熱水哪個先結冰?」相信你一定會覺得這個提問的人是不是傻了,當然是冷水先結冰了。然而,事實上有時候還真未必。特定條件下可能熱水結冰比冷水還要快,這是怎麼回事呢?其實,歷史上諸多學者如亞里斯多德、培根和笛卡爾等都曾對類似現象有所描述但是均未能給出完美的解釋。甚至現代科學家們面對這樣一個「簡單」的問題也仍然存在爭議。
  • 面試官:冷水和熱水哪個結冰快?第個3回答「不一定」,被錄用
    職場上有不少的「鬼見愁」題目,像那個「5塊錢買包好煙」還有那個「8萬的勞力士手錶怎麼2萬塊讓我賣給你」這些都是讓人匪夷所思的題目。這是一家大型企業的招聘現場,面試官出了這麼一道「物理類」的題目:90攝氏度的熱水和冷水哪個結冰快?3個面試者聽了也會被嚇到了,這題目,不好整啊。
  • 熱水、冷水誰先結冰, 科學家也很懵
    如果有人問你:「冷水和熱水哪個先結冰?」相信你一定會覺得這個提問的人是不是傻了,當然是冷水先結冰了。然而,事實上有時候還真未必。特定條件下可能熱水結冰比冷水還要快,這是怎麼回事呢?   其實,歷史上諸多學者如亞里斯多德、培根和笛卡爾等都曾對類似現象有所描述但是均未能給出完美的解釋。甚至現代科學家們面對這樣一個「簡單」的問題也仍然存在爭議。
  • 熱水結冰居然比冷水還快,姆潘巴現象顛覆物理學是真的嗎?
    如果你需要更快地製取冰塊,請先把水加熱!這一看起來純屬反常識的笑話,真的是天方夜譚嗎?照理說,水溫越低,結冰的速度越快,而牛奶中含有大量的水,應該是冷牛奶比熱牛奶結冰速度快才對,但事實怎麼會顛倒過來了?姆潘巴把這個疑惑從初中帶到了高中。他先後請教了幾個物理老師,都沒有得到答案。一位老師感覺他提出的問題怪異得近乎荒唐,就用嘲諷的口吻說:你說的這些就叫做姆潘巴的物理吧!
  • 熱水比冷水更容易結冰是真的嗎?
    如果有人問你:「冷水和熱水哪個先結冰?」相信你一定會覺得這個提問的人是不是傻了,當然是冷水先結冰了。然而,事實上有時候還真未必。特定條件下可能熱水結冰比冷水還要快,這是怎麼回事呢?,糖等還沒冷卻時就趕快放進去了,結果凍了一個半小時後,他的冰淇淋已經開始結冰了,而其他同學已經晾涼了才放進去的冰淇淋還處於粘稠液體的狀態。
  • 一杯熱水和冷水同時放進冰箱,熱水會先結冰,這是為什麼?
    一個常見的事實是,如果你有一杯熱水和一杯冷水,然後把這兩種水都放在冰箱裡,那杯熱水就會先結冰。這個看似違反直覺的說法有什麼道理嗎?沸水真的比冷水凍得快嗎?對於這個問題很多人認為冷的一杯會先結冰,因為它會很快到達冰點。
  • 這難題讓亞里斯多德撓頭,為何熱水比冷水先結冰,專家也沒有答案
    一直以來,人類都被一個看似簡單的問題難住了,這個問題便是「熱水為何要比冷水結快?」,聽到這裡,您肯定會覺得有些好笑,可值得一提的是,它的的確確是一個真理,甚至連古希臘哲學家亞里斯多德也為此而撓頭。這究竟是怎麼回事呢?
  • 這難題讓亞里斯多德撓頭,為何熱水比冷水先結冰,專家也沒有答案
    一直以來,人類都被一個看似簡單的問題難住了,這個問題便是「熱水為何要比冷水結快?」,聽到這裡,您肯定會覺得有些好笑,可值得一提的是,它的的確確是一個真理,甚至連古希臘哲學家亞里斯多德也為此而撓頭。這究竟是怎麼回事呢?
  • 姆潘巴現象發現史︱為什麼熱水比冷水結冰快?以及目前的科學解釋
    今天我們討論一個違反常識得科學悖論,如果有人問你:「熱水和冷水哪個結冰更快?」你很有可能選擇冷水。這乍看沒有問題,這是我們的生活常識啊,但是真理往往都善於隱藏自己,如果你真選擇了冷水,那麼你可能會像1963年發生的事情所證明的那樣,面臨一個巨大的驚喜。
  • 為什麼熱水比冷水結冰速度更快?科學在終於找到了原因
    這似乎與先入為主的觀念相反,即熱水比冷水凍結的速度更快,科學家一直無法解釋為什麼會發生這種現象。現在他們終於找了原因。事實是,在某些條件下,熱水比冷水結冰的速度快。1963年,一位名叫伊拉斯託·姆潘巴的坦尚尼亞學生首次發現了它。
  • 一個中學生發現一特殊現象引熱議,熱水和冷水相比,哪個更易結冰
    人們通常認為,當一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱時,冷水很快就會結冰。事實並非如此。有經驗的汽車司機都知道冬天最好用冷水洗車,而不是用溫水,否則溫水一進車就會立刻結冰。溫水比冷水結冰快嗎?為什麼?從做冰淇淋中發現的「姆潘巴效應」1963年的一天,在熱帶坦尚尼亞的一所中學裡,一群學生想做些冷凍食品來降溫。
  • 把一杯冷水和一杯熱水同時放進冷凍室,哪杯水會先結冰?
    冷水和熱水,誰的結冰速度更快?把一杯冷水和一杯熱水同時放進冷凍室,哪杯水會先結冰?對於這個問題,我們的直覺告訴我們,冷水的結冰速度更快,因此必定是冷的那杯水先結冰。然而實際情況卻並非這麼簡單,早在1461年,物理學家喬瓦尼.馬利亞尼(Giovanni Marliani)就已經明確地指出,在有些時候,熱水會比冷水更快地結冰,但這在當時並沒有得到重視。
  • 熱水和冷水相比更容易結冰嗎,從做冰淇淋中發現的「姆潘巴效應」
    人們通常認為,當一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱時,冷水很快就會結冰。事實並非如此。有經驗的汽車司機都知道冬天最好用冷水洗車,而不是用溫水,否則溫水一進車就會立刻結冰。溫水比冷水結冰快嗎?為什麼?他以為如果熱牛奶涼了放進冰箱,其他同學就會把冰箱裝滿
  • 溫水為什麼比冷水結冰快
    一般人都會覺得,冷水的結冰速度自然要強過溫水,因為冷水的溫度低,更接近「冰點」。然而,一般有經驗的汽車師傅都告訴徒弟,冬天洗車最好用冷水而不用溫水,因為溫水一但粘到車廂上便會立即結冰。難道溫水比冷水結冰快?這是為什麼呢?
  • 熱水比冷水結冰更快嗎?姆潘巴效應的「前世今生」
    他們在冰上搭建臨時棚屋時,為了讓棚屋的立杆更好地固定在冰上,會在它們周圍潑上熱水,使其快速結冰固定。  亞里斯多德分析認為,預先被加熱的水結冰更快,因為它們溫度降低的速度更快。所以,許多人為了將水儘快冷卻,會把水先在太陽下曬一會兒。由此引發了從古典時代延續至現代科學的「未解之謎」:熱水真的比冷水結冰更快嗎?如果是真的,需要的條件和背後的原因又是什麼?
  • 熱水倒冷水vs冷水倒熱水 哪種涼的快
    不知道大家在喝水的時候有沒有人想過這個問題,究竟是往冷水裡倒熱水,水涼的比較快,還是把冷水倒進熱水裡,水涼的比較快。第一種答案是,冷水倒到熱水中,水涼的比較快,或者準確的說,水溫達到平衡的速度比較快。原因如下:為了達到最好的混合效果,熱水分子與冷水分子需要接觸的時間更長。
  • 顛覆常識,一個討論50年的現象被證實,熱水真的比冷水更快凍結
    如果我問你,一杯70攝氏度的水和一杯30攝氏度的水,把它們同時放到冰箱,哪個能更快的凍結?根據我們以往的常識,這可能就是一句廢話,肯定是30攝氏度的水最快結冰。它在公元前4世紀的時候就發現熱水比冷水結冰更快,在這之後的的哲學家、物理學家像弗朗西斯·培根和勒內·笛卡爾也發現了這種反常的現象
  • 為什麼冷水衝不開咖啡,熱水衝開之後不會沉澱?
    2為什麼冷水衝不開咖啡?熱水衝開之後不會沉澱? 首先,冷水是能衝開咖啡的呢,需要你持續不斷的努力,比如充分攪拌,大力搖晃。我們要知道,衝泡咖啡的過程是一個咖啡溶解於水的溶解過程。影響溶解的因素有很多,溫度就是其中之一。一般來說,溫度越高,溶解越快。
  • 冷水和熱水放在冰箱裡面,哪一杯水先結冰,牛奶又是如何?
    這是文中自帶的一個原理解釋,不知道你們理解了沒?其實在我看來,這解釋有問題的,至少不是很明了,我覺得是不是可以從以下二方面來解釋:      1. 用高中物理知識解釋:左邊氣體過來,用紅色表示, 右邊氣體出去用藍色表示, 從左邊到右邊體積保持不變,然後流速卻變大,流速變大壓強就變小,根據理想氣體狀態方程:PV=nRT,這V不變,P變小,左邊的PV就變小,那n是物質的量,R是常數,都不變,所以T也變小。
  • 「科學怪談」顛覆常識的詭異現象
    很多同學在讀小學或者初中的時候,都被老師問過一個問題:「一杯熱水和一杯冷水同時放在速凍冰箱裡,哪一杯更快結冰呢?」筆者做了一個測試,問了身邊的幾個人,他們大部分說的都是冷水先結冰,畢竟這好像是常識,可有一個人卻說是熱水先結冰。