热水比冷水结冰快原理

热水比冷水结冰快原理

因为温水较冷水膨胀，内部空间较大，密度较小且水分子较活跃，相互碰撞较频繁。所以，在冬天寒冷的情况下，活跃的水分子把冷气温迅速相互传递并较为畅通地在密度较小的温水里传播，整体水温下降的速度也就相对较快。冷水的密度较大，水分子活动也较慢，冷气温在冷水里的整体传播速度也就较缓慢。所以这时温水比冷水冻得相对更快。

为什么开水变成冰块比冷水快

温水比冷水结冰快
有经验的汽车驾驶员都知道，冬天洗车最好用冷水而不用温水，否则温水一沾到车厢便会马上结冰。难道温水比冷水结冰快？这是为什么呢？
今天的科技日报报道称，其实，解释不了这个奇怪的自然现象是非常正常的，因为迄今为止，连科学家也没有搞清楚：为什么冬天温水比冷水冻得快？当今世界上还没有人能够破解这个看似稀松平常的自然之谜。
据说，古希腊人曾发现了这个有意思的自然现象，但他们没有找到答案。
1969年，一名坦桑尼亚大学生艾拉斯托·穆宾巴正式向全世界提出这个问题——为什么冬天温水比冷水冻得快？从那以后，这个问题才被全世界科学家所关注。 据说，1969年盛夏，艾拉斯托·穆宾巴想亲手制作冰激凌，他把一杯由牛奶和糖水等物质相混合的、还没有放凉的温热液体放进了冰箱冷冻室，结果他惊讶地发现，这次液体结晶得比以往任何一次都快，他很快就吃到了自己亲手制作的冰激凌。这个有趣的发现激发他深入研究的欲望。从那以后，艾拉斯托·穆宾巴相继做了很多温水冷冻实验，写了很多篇研究报告。由于艾拉斯托·穆宾巴的突出贡献，这个神奇的自然现象现在被科学界称为“穆宾巴效应”。
现在，在许多解释中最为普遍的理论为：温差理论，即冬天温水比冷水冻得快，是因为温水与周围环境之间的温差大于冷水与周围环境之间的温差，温差大温水中水分子的能量会很快散发到周围环境中。当然，这个理论仍然遭到许多科学家的质疑。因为按照这个理论，冷水与周围环境之间的温差小，冷水分子能量失去较慢，那么出现的问题是，温水终究要变成冷水，它变成冷水后结晶速度应该与冷水直接冷冻一样。因此，考虑到把温水冷却成冷水时耗费的时间，应该得出结论，即无论怎样冷水都应比温水冷冻得快。看来，这个“温差理论”也不值得推敲。 报道称，那么，温水到底缘何比冷水冷冻得快呢？温水在冷冻过程中肯定还有一个至今未被人们认知的机理。也许不久的将来，科学家会解开藏在我们身边的这个谜团。

为什么热水放在冰箱中结冰比放冷水还快？

这是姆佩巴效应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。

为什么热水更容易结冰

这里有一个物质运动惯性的问题，一个价和电子的运动惯性是微不足道的，但是整体物质的价和电子的运动惯性却是不可忽视的。大家都知道0℃的水与0℃
的冰并存，把冷水缓慢地降温到0℃
，水还是水，并不结冰，即水的价和电仍然维持着原来的运动方式。把水降温到0℃以下，当水开始了结冰，再回到0℃,这时的水会都结成冰。这就是说水经过过冷之后，尽管是部分价和电子的运转由立交进入到平面，然而这种运动方式一旦开始，所有的价和电子都将按这个趋势进入新的运动状态。
在水中，分子之间的结构元是成链、成团，时接时分的。温度降低时，水分子的二个价和运转由立交的扭转，转变成二个垂直的平面运转，如图5--1，结构元之间电磁力方向由紊乱变得稳定，结构元连成连续稳固的架体结构，水就结成冰。
置于冰箱中的冷水与外界温差较小，核外电子向外界轻微地辐射出电磁波，同时缓慢地降低自身的价和运转速率。因为温差不大，这种辐射和降温一般在物质的表面，整体物质降温还有一个从内向外的传递过程，需较长时间才能使整体的价和电子的运转由立交逐步地归顺到有序的平面运转，使水结冰。
而冰箱中的热水与外界温差大，降温幅度很大，物质表面和内部的核外电子向外界迅速地辐射出电磁波，很快地降低自身的价和运转速率，先冷部分价和电子的运动线路立即由扭转归于平面运转，使得电磁力的方向由扭动转为稳定。稳定有序的电磁力使得周围扭动的电磁力迅速归顺，较快地形成固定对位的连续架体，热水也就较快地结成了冰。
当然，这是特殊情况，如果环境条件完全一致，而且都是纯水的话，还应该是冷水先冻冰的。

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