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一般认为,一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱,冷水很快就会结冰。事实并非如此。有经验的汽车司机都知道,冬天洗车最好用冷水,不要用温水,否则温水一进车就会结冰。温水比冷水结冰快吗?为什么?
制作冰淇淋时发现“姆潘巴效应”
1963年的一天,在热带坦桑尼亚的一所中学,一群学生想做一些冷冻食品降温。一位名叫Erasto Mpamba的学生在冰箱里的热牛奶中加入糖来制作冰淇淋。
他认为如果热牛奶是冷的,放在冰箱里,其他同学会装满冰箱,所以他把热牛奶放在冰箱里。过了一会儿,他打开冰箱,发现自己的玻璃杯已经变成了美味的冰淇淋,而其他同学用凉水做的冰淇淋还没有结冰。帕姆巴向达累斯萨拉姆大学物理学教授奥斯本博士讲述了这一特殊现象。尊重科学的奥斯本又进行了一次实验,结果完全符合Mpamba的描述。这无疑证明了低温下热水比冷水结冰快。此后,世界上许多科学期刊都介绍了这一自然现象,并将其命名为“姆彭巴效应”。
“Mpamba效应”是特例吗?
有研究人员用纯净水做过多次类似实验,但没有发现“姆彭巴效应”。有对此感兴趣的研究人员通过实验证实,只有当冰箱内温度明显不同时,或者牛奶含糖量不一样,或者糖没有溶解,或者冰淇淋液体中有很多淀粉等非液体成分时,才会出现“姆彭巴效应”。
科学家揭开谜底
美国华盛顿大学的乔纳森·凯兹在深入研究“姆彭巴效应”后认为,这种现象实际上与水中的溶解物质有关。在水加热的过程中,一些通常会使水“变硬”的溶解物质,主要是碳酸钙、碳酸镁等。,会被“排出”形成固体沉淀,这是日常生活中常见的附着在水壶内壁的水垢。当水达到沸点时,大部分坚硬的物质被除去,水就会变软。卡茨发现,由于冷冻过程中内部的“硬物质”减缓了硬水的冷冻速度,所以未加热的硬水的冰点低于加热的软水。
然而,仅凭这一发现并不能直接解决“姆潘巴效应”,因为姆潘巴的学生在制作冰淇淋的过程中煮沸了生牛奶。那么,为什么Mpamba的热牛奶会先结冰呢?卡茨发现原因是水中的“硬东西”:他们为了得到美味的冰淇淋,在牛奶中加入了糖,这实际上使牛奶变得“硬”了。然而,热牛奶的硬度低于冷牛奶。硬度的不同导致冰点的不同。硬度较高的冷牛奶冰点较低。这样冰点稍高的热牛奶自然会比冰点稍低的冷牛奶先结冰。
那么,为什么很多实验中并不是每次都出现“mpemba效应”?卡茨认为原因是实验者从软水开始。当使用同样的软水进行冷热实验时,由于水的冰点相同,散热速率对冻结速率的影响不大,所以“mpemba效应”并不那么明显。
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