英悬赏1000英镑求解：为何热水结冰比冷水快

白熊1

作者：晨风 来源：新浪科技 发布时间：2012-6-29 8:49:07
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英悬赏1000英镑求解：为何热水结冰比冷水快





事实上，温度较高的水冻结的速度要快于温度较低的水。这一反常的现象被称作“姆潘巴现象”。对于现代科学界而言，它是1968年由一位坦桑尼亚学生发现的

北京时间6月28日消息，据国外媒体报道，你知道吗？事实上，温度较高的水冻结的速度要快于温度较低的水。这一反常的现象被称作“姆潘巴现象”。

这个问题看似简单，但就是这样一个问题却已经至少困扰了世界上最聪明的科学家们至少长达2300年之久：公元前4世纪，亚里士多德曾试图解开这一谜团却无果而终，令他苦恼不已。到了13世纪，罗杰·贝肯(Roger Bacon)曾经在他的《大著作》(Opus Majus)一书中引用这一现象来作为自己支持科学方法的论据。

而另一位贝肯(Francis Bacon)，他在1620年出版的著作《新工具》(Novum Organum)中这样写道：“那些温度稍高的水比那些低温的水更加容易结冰。”这个问题还曾经让17世纪大名鼎鼎的数学家和物理学家笛卡尔败下阵来。甚至20世纪和21世纪的科学家们面对这样一个“简单”的问题仍旧是束手无策。

现在英国皇家化学学会终于坐不住了，他们近日发布公告，悬赏1000英镑，奖励给任何能够对这一现象给出最佳解释的个人或团体。评审委员将会对这些提交上来的方案进行审核。除了常规要求之外，提交上来的解答还应当是那种充满创新性的，吸引眼球的。你可以以任何方式或媒介来提交自己的方案，你可以写成文字报告，做成演示文稿甚至拍录像。提交的方案可以是基于或引用现有的研究结果。最终胜出的方案首先应当在科学上是可靠的，并且还具备能够吸引人的呈现方式。

公众还有4周的时间来赢取奖金，4周之后，一项名为“Hermes 2012”的特别科学交流会议将在伦敦举行，届时全世界最聪明的年轻人将齐聚这里接受这项挑战，这是整个交流会议活动的一部分。英国皇家化学学会将会对所有经过严格挑选的青年科学家的英国之行给予资助，他们将在英国伦敦的温莎公园集合。Hermes 2012会议将在伦敦帝国学院举办，与会者来自世界各地。

温莎公园的活动中有一项是让各个小组制作视频并借以演示各种不同的科学现象，其中就会包括姆潘巴现象。皇家化学学会主席大卫·菲利普斯(David Phillips)教授表示：“现代的科学家仍然被这个看似简单的问题困扰。”

他说：“冰激凌制作者和酒吧服务员们在他们每天的日常工作中都会用到热水冷冻比冷水更快这一现象。这个问题已经成为世纪悬案，像亚里士多德和笛卡尔这样的哲学家都曾深入思考过这一问题。在1968年，这一问题被再次引入现代科学界的视野之中。这是一位年轻的坦桑尼亚学生的成就，他在一次实验课上指出了这一问题。”

菲利普斯教授指出：“这就是艾拉斯托·姆潘巴(Erasto Mpemba)。他向他的老师提问，为何煮沸的冰激凌结冰的速度会更快，但他的老师立即告诉他他一定是弄错了，或者只是在脑子里瞎想出来的。直到这位教师亲自做了这个实验，他才终于注意到这一反常现象。自从这一现象被发现之后，科学家们便一直在努力试图找出其背后的深层次原因，但是对于这一问题的答案究竟是什么仍然存在分歧。看起来这一问题似乎有很多种可能性，我们目前还没有统一的答案。”

他说：“前来参与此次会议的年轻科学家们可以说是科学界最杰出的一群人。现在我们想知道，在他们最终解决这一问题之前，在其他人中间是否有人能够给出一个令人信服的解决方案？”让我们拭目以待。不过请注意，参赛方案的提交时间截止日期是2012年的7月30日。



英国皇家化学学会相关公告
http://www.rsc.org/AboutUs/News/ ... t-water-ice-hot.asp

无心无存

1000英镑也太少了吧，后面再加个零还差不多

louis_14

为什么啊？

abb

这个现象似乎早就发现了啊。记忆中的印象是水结冰的时候其实是外围表面先结冰，很薄的一层，中间部分最后开始结冰。
根据这些现象推测，因为热水分子运动更剧烈，传热效果更好更快。当然冷却也更快，所以结冰更快。

这个时候有个问题，就是热水冷却到冷水的温度时，是不是也应该结冰慢呢？事实上不是这样。
这里有个概念没有分清楚。刚开始的热水和冷水是温度比较均匀的热水和冷水。而在结冰过程中，已经不是温度均匀的水了。

以上纯属猜测，醉话一篇

不西木瓜

内外都会结冰，所以表面结冰而内部没有不大能完美解释，我猜测与惯性类似，温度变化也会有一个速度维持

tood

我印象中“热水结冰比冷水快”与“温水煮青蛙”一样被否定了啊

壊蟑螂

但我记得有个学生做过实验，一杯热水和一杯冷水同时放冰箱是冷的先结冰，除非这个是有先决条件的。

老孤独

(1). 物理原因

从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流。通过实验观察并对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合效果。如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析其原因就更能说明问题了：

盛有初温4℃冷水的杯，结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热传导不良的材料，液体内部的热量很难依靠传导而有效地传递到表面。杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面。所
以水在表面处最先结冰，其次是向底部和四周延伸，进而形成了一个密闭的“冰壳”。这时，内层的水与外界的空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止或延缓了内层水温
继续下降的正常进行。另外由于水结冰时体积要膨胀，已经形成的“冰壳”也对进一步结冰起着某种约束或抑制作用。

盛有初温100℃热水的杯，冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”形成的现象，只是沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶（在初温低于12℃时，看不到这种现象）。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成了液体内部的对流，使水分子围绕着各自的“结晶中心”结成冰。初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大，正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖。由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大。当水面温度降到0℃以下并有足够的低温时，
水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后可以观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，
具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比初温低的水快得多。

(2). 生物原因

同雨滴的形成需要“凝结核”一样，水要结成冰，需要水中有许许多多的“结晶中心”。生物实验发现，水中的微生物往往是结晶中心。某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”就要比冷水中的“结晶中心”多得多，加速了热水结冰的协同作用：

围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核。对流又使各种取向的分子流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延生长出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中。结晶释放的能量则通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部冻结为止。

tood

能拿到1000英镑吗？

白熊1

百度百科的“姆潘巴现象”介绍，需要一定条件才能出现：
http://baike.baidu.com/view/118989.htm