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为什么热水结冰快,是因为蒸发快吗?

 科学聊天室

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在一定条件下,热水比冷水结冰快,这一效应被称为姆潘巴效应(Mpemba effect)。更严格来说,姆潘巴效应指的是在同等初始质量和同等冷却条件下,温度略高的水比温度略低的水结冰快。姆潘巴效应的独特之处在于其表明系统存在历史依赖性(记忆效应),若水的冷却速率仅取决于当前状态,那么热水在冷却一段时间后一定会达到冷水的初始状态,并在此后与冷水以相同形式继续降温,如此热水一定比冷水结冰更慢。

关于姆潘巴效应已有很多解释。一种简单的解释是蒸发消耗了水的质量,因此热水在达到冷水的初始温度时其质量已经小于冷水的初始质量,在此后便以更快的速率降温至冰点。若盛装水的是表面皿之类具有很大敞口面积的容器,这确实会对姆潘巴效应起一定贡献,但在通常实验条件下,蒸发效应并不足以完全解释姆潘巴现象。不过,另外的一些解释借鉴了类似的思路,例如盛有冷水容器表面霜的积累,导致热导率下降,因此降温速率显著低于热水。

另一类解释涉及到液体的过冷现象。静置于光滑容器中的液态水,很容易出现过冷,此时尽管水的温度低于冰点,热力学上倾向于凝固,但由于缺乏凝结核,依然保持为液态。凝结核既可以是杂质,也可以来自液体自身的不均匀涨落(自发形核),热水在冷却过程中,内部的温度梯度更大,起到了扰动液体的作用,因此形核与结晶更为容易,而冷水冷却时内部的对流和涨落均较弱,倾向于过冷。

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回复科学聊天室:纯水,同等情况下肯定冷水先结冰,因为热水冷却到冷水的温度也需要时间,待与冷水温度接近时就与冷水同步了

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