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Mpemba effect——较热的水为什么先结冰? 精选

已有 9460 次阅读 2012-7-2 18:38 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记| 科普, 热水先结冰, 姆潘巴效应, Mpemba效应

 
很好!做研究就要有这种刨根问底、尊重事实、实践第一的精神。值得我们学习。
 
今天有点时间,在网上翻了翻——这确实是一个古老的问题。但是后来被重新提出并加以研究。
 
重新提出这个问题的是一个坦桑尼亚中学生Erasto Mpemba。这个效应就是以他命名的。他有机会向一位到他们那里访问的英国University of College的Osbirne教授提问,这位英国教授在自己的实验室证实了这一现象,并与Mpemba一起在Phys. Educ. (vol. 4, 172-175, 1969)上发表的他们的研究结果。(我将10年后这一刊物重新刊登的这篇论文附在下面。)美国的一位中学老师对这个问题也做了实验(D. Auerbach, American J.Phy.63 (10) 882, 1995)。当然你也会发现最近的对这一问题的关注。
 
从Mpemba和Osbirne的第一篇文章看,这个问题的提法需要用更严格的中文来表述。实际上他们发现的是高于摄氏25度的条件下较热的水可以先“开始”结冰(见附件Fig. 1)——而不是更早“全部”结冰!
 
 
这个结果与小杨的实验在定性的意思上是一致的!!小杨也是先看到10度和100度的先结冰晶,而50度和70度的水没有变化。从附件Fig. 1的曲线看,20度以下是温度越低结冰晶越快,过了大约25度才变成温度高结冰晶快!50-70度要等几十分钟以后!
 
而因为热水与周围环境的温度梯度大,所以降温速率比初始温度低的水要快。等到它们达到相同温度时,就一起降温,直到一起全部结冰。
 
这与小杨的实验结果也是一致的!
 
小杨自己的文章里以为他得到的是负结果,主要是由于他看到的中文消息的表述不准确!
 
1. 祝贺小杨的实验成功验证了Mpemba效应。
 
2. 科学问题一定要表述清楚。很多“科普”文章的描述不清,会失之毫厘,差之千里。所以看中文的科普材料要设法找到原始出处来对照。
 
至于这个效应的原因,同意几位老师的看法:对确定的环境温度,水分子跑出水面进入空气的临界速度一定。对热水来讲,高于这个临界速度的水分子更多,所以单位时间进入空气而带走的能量越多。在表面会局部造成温度骤然下降导致结晶。
 
 


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