书城教材教辅小学生最想知道的100个为什么:身边的秘密
13653300000033

第33章 热水比冷水更容易结冰吗?

这听起来像是几百年前就已经有了答案的问题之一,是由某一位名字写在我们科学课本上的物理学家或科学家解答的。不过,这个听起来简单的问题实际上非常复杂。关于问题的答案,科学家之间存在着许多分歧。

常识回答是:当然不是啦。水因为失去热量而结冰。冷水已经失去了比热水更多的热量。因此,冷水更接近冰点,它应该比热水更快地结冰。

但这个问题的真实答案是:看情况而定。

实验显示:有时候热水会比稍冷一点儿的水能更快地结冰,这取决于水的起始温度、盛水的容器和结冰条件。例如,热水不会比已经超过冰点0.1度的冷水更快地结冰。

想象两个相同的水桶,上面没有盖子。将热水倒入一个水桶,相同数量的温水倒入另一个水桶。把它们放到温度低于冰点的室外,或一个大冷藏室中。根据一个观点——蒸发理论,热一点的水蒸发得更快。

因为有相对少的水需要冷却,“热”水桶里的水能最先结冰。另外,蒸发本身让水更迅速地失去热量——与皮肤上蒸发的汗水让你变得凉爽一样。

稍凉一点儿的温水桶,表面将迅速结成一层薄薄的冰,这阻止了水进一步蒸发——降低了冰下面的水结冰的速度。

这里还存在着“过冷效应”的影响。在这种效应下,水在标准冰点0摄氏度下仍然保持液态,接着更迅速地结冰。这是为什么呢?一般情况下,晶体点阵形成在有悬浮的灰尘或气泡的地方。热水已经煮沸,含有更少溶解在其中的气泡。因杂质较少,热水的表面不形成一层隔热冰层,能够顺利地蒸发并冷却。随着水温降到冰点以下,晶体点阵自动形成,水迅速凝结成固体。

还有一个更简单的原因。如果把盛着热水的冰格放入冷藏室,其释放的能量足够冰箱的调温器启动压缩机。随着冰箱把热量排出体外,热水冰格比昨天放入冰箱的冷水冰格,享受了一个更快速的结冰之旅。

亚里士多德注意到热水结冰快的现象,可以追溯到公元前300年。关于这个谜题的科学争论一直持续着,直到20世纪才结束。一名叫做伊拉斯托·穆派姆巴的非洲男孩发现,如果用热牛奶做冰激凌,冰激凌混合物冻结得更快。后来,在坦桑尼亚上中学的时候,穆派姆巴缠着他的老师做了一个实验。实验引起了一个参观穆派姆巴学校的物理学教授的兴趣,在教授实验室的一系列实验证实了男孩的发现。1969年,教授和穆派姆巴正式发表了他们的研究结果。这就是为什么我们现在常常把热水比冷水更快结冰的现象称为“穆派姆巴效应”。