形容天气很冷水结冰

导读：　形容天气很冷水结冰篇一《热冷水结冰快课题实验报告》 ...

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形容天气很冷水结冰篇一
《热冷水结冰快课题实验报告》

“热水比冷水结冰快吗”课题

实 验 报 告

课题组成员： 重庆37中初2005级2班全体同学 指导教师： 李曜庭 曾 葵 尚 军 周 智 幸 宇

一、实验原因

有一次，我班的一位同学上网时看到了一篇文章。文章指出，“在低温环境中，热水结冰的速度比冷水快。”这就是“姆佩巴效应”。这种说法是否正确呢？通过上网查找资料和问卷调查，我们没有得到统一的答案。于是，我们想通过实验对这个问题作进一步的研究。

二、实验过程 (一)第一次实验 1．实验的实施

我们周末回家后在没有老师的指导下利用家里的电冰箱做了实验。 同学们第一次实验的结果有很大的不同，实验过程也相差很大。 2．关于第一次实验的总结讨论

就第一次实验的结果，同学们和老师一起进行了讨论。我们发现在这次实验中，我们有很多不足，实验设计也不够完善，在观察中还存在一些问题：

①观察间隔时间太长或者太短。有同学将水放入冰箱后每次间隔45分钟才观察，在

45分钟内有可能热水和冷水都结冰了，无法观测谁先结冰。有的同学打开冰箱太频繁，可能受到外界影响很大，造成实验结果不准确。

②水温相差不大或温差过大。有同学选用的热水和冷水温度相差并不大，结冰的时间可能很接近，观测的结果不是很明显。有同学用开水和很冷的水做实验，温度相差太大，可能冷水已经结冰而开水还在降温。

③温度测量不准确。很多同学做实验时由于准备不够充分，开始实验时没有用温度计测量并记录放入冰箱前两杯水的温度，也没有定时记录两杯水温度的变化情况，记录的结果是用眼睛观察或者用手感觉水温，观察结果不够准确。

④还有的同学由于不太仔细，并没有在相同的时间间隔内打开冰箱进行观察，甚至将水放入冰箱后忘记了观察。

在与老师的交流讨论中，我们发现，大家对问题的思考不够深。除了水的初始温度会影响结冰的快慢之外，还有一些因素可能会影响结冰的快慢。同学们认为，水量不同也许会影响结冰的快慢，100mL的水和200mL的水结冰速度可能不同；水中是否含有杂质，水中所含的其他成分也会影响结冰的速度，盐水和自来水结冰的速度也许会不同；冰箱内部的温度，冰箱冷冻室的大小等因素也可能影响水结冰的快慢；不同的液体，结冰速度也是不同的。有的同学甚至提出：水的颜色也可能影响结冰的速度。同时同学们也提出一些改进意见：

①实验时应该考虑其他相关因素对实验结果的影响。如水量，冷冻室温度，冷冻室的大小，水中是否含其他成分等。

②实验前应当选取合适水温的水进行比较。

③实验记录可以更准确。实验之前应该用温度计对水的温度进行测量；实验过程中，应该每隔一定时间对水温进行一次观测。

④实验的过程及结果应该以表格的形式反映出来。

(二)第二次实验 1．实验的实施

这次进行实验之前我们进行了分工。有的同学分别研究水的初始温度对结冰速度的影响。有的同学负责研究水的体积对结冰速度的影响。有的同学则研究水的颜色对水结冰速度的影响。有的同学研究不同液体结冰快慢是否相同。周末，同学们分别回家进行了第二次实验，并用自己设计的表格记录了实验结果。

张慧玉同学的实验记录如下：

贾问秋同学的实验数据记录如下：

徐科同学记录数据如下：

旷植元同学记录数据如下：

鄢然同学记录数据如下：

2．关于第二次实验的总结讨论

在与老师的交流讨论中，每位同学都对自己的实验过程进行了说明，其他同学也提出了一些意见和建议。我们发现在这次实验中还存在以下问题：

①在这次实验中，一些同学还是在实验中没有用温度计测量水的温度变化过程。 ②实验时每次观察间隔的时间仍然不合适。

③有的同学没有记录冰箱冷冻室的温度和冷冻室的大小。这样使实验观测缺少了一些必要的数据，结果实验的误差比较大。

④实验记录不够科学。虽然用自己设计的表格记录了实验过程，但是没有用实验报告的形式写出实验步骤和实验结果，只能口头描述实验的过程和结果。

⑤变量控制不够准确。虽然我们在实验中开始用物理实验中的控制变量法对实验过程中可能影响结果的因素加以控制，但并没有把一些因素控制得一样，使实验结果不好比较。

同学们也提出了一些改进意见。为了提高实验的效率，同学们对影响实验结果的一些因素的进行了统一：①实验中水的初始温度分别确定为80℃、50℃、20℃；②水量统一为100mL或200mL；③选用的水可以是自来水和盐水。同学们根据讨论的结果准备进行第三次实验。

(三)第三次实验 1．实验的实施

在进行第三次实验之前我们再次对实验内容进行分工。有的同学用3杯200mL温度分别为80℃、50℃和20℃的自来水做实验；有的同学用3杯温度为80℃、50℃和20℃的200mL盐水做实验；有的同学都用3杯100mL温度分别为80℃、50℃和20℃的自来水做实验。在实验前老师给我们发了温度计和统一的实验报告，这样实验就会更加规范。

周末，大家又进行了第三次实验。 李熠、鄢然同学实验记录如下：

形容天气很冷水结冰篇二
《水滴下去就结冰。形容天气十分寒冷。滴水成冰勤奋不懈可以弥补天生》

形容天气很冷水结冰篇三
《各种因素对过冷水发生结冰的影响_曲凯阳》

第24卷　第6期

2003年12月

　　　　　　　　　　　　　

太　阳　能　学　报　　　　　　　　　　　　　Vol.24,

ACTAENERGIAESOLARISSINICA

No.6

Dec.,2003

文章编号:0254-0096(2003)06-0814-08

各种因素对过冷水发生结冰的影响

曲凯阳,江　亿

(清华大学建筑学院建筑技术科学系,北京100084)

摘　要:研究外界因素对过冷水发生结冰的影响,是研究防止结冰以及制冰方法的基础。本文研究了结冰基体表面粗糙度,表面材料,表面面积,对结冰基体表面的摩擦、按压等作用,水的流动状态以及对水的磁化等对过冷水发生结冰的影响,对实验结果进行了初步的理论解释,并对文献的实验结果进行了分析。关键词:过冷水;结冰发生;影响因素;制冰方法;防止结冰中图分类号:TK511　　　　文献标识码:A

0　引　言

结冰的过程是这样的:首先水的温度降到0℃以下,成为过冷水,当过冷水中出现尺寸大于临界尺寸的冰核时,结冰过程开始,冰核的过冷水中长大,最终成为宏观意义上的冰。一定过冷度的过冷水是否发生结冰受到许多因素的影响,其中可能包括水的流动状态,结冰基体表面几何特性、物理特性、表面面积以及外加的作用力等等。研究这些因素对过冷水发生结冰的影响,有助于提出防止结冰发生的新思路,从而推动解决寒冷地带输水、过冷水制冰等工业应用中水的结冰问题,尤其能够推动解决太阳能热水系统中的防冻问题,这将极大地推动太阳能热水系统的应用。

研究者们曾对结冰基体表面粗糙度、结冰基体表面面积、水的体积以及流动等因素对结冰发生的影响进行了研究。

Wakomoto

[1]

表面的Ra值达到200μm时,过冷水更容易发生结冰。

稻叶英男[2]又比较了不同面积的同种表面上以一定速度冷却的水所能达到的最大过冷度,实验中表面面积最大相差2倍,实验结果表明,表面面积对最大过冷度影响不大。稻叶英男[2]还研究了盛在玻璃试管中的水在一定的冷却速度下所能达到的最大过冷度,得到最大过冷度Δtm水的体积V之间的关系如下:

Δtm=13.4-1.48ln(V)

　　作者

[3]

(1)

曾经详细研究了管内流动对结冰发生

的影响,并对A.P.S.Arora[4],六串俊巳[5],冈田孝夫[6],稻叶英男[7-10]的研究结果进行了分析,认为在通常的流动状态下,管内流动对结冰的发生没有影响。

斋滕彬夫[11,12]研究了复杂流动以及对结冰基体表面的按压、摩擦等作用对于结冰发生的影响,认为施加的外力能够使固体表面水分子的距离更加靠近,从而使可自发长大冰核的形成更加容易造成的。

Wakomoto和稻叶英男对结冰基体表面粗糙度的影响的研究结果存在矛盾。Wakomoto认为结冰基体的表面粗糙度的增大能够促进过冷水发生结

冰,但是稻叶英男的实验结果表明表面粗糙度的变化对过冷水发生结冰影响不大。稻叶英男对结冰基体表面面积的影响的研究中,面积变化范围太小,尚不足以说明问题。斋滕彬夫对复杂流动以及对结

研究了结冰基体表面粗糙度对过

冷水发生结冰的影响。他用过氧化氢蚀刻铜表面来减少表面的粗糙度,表面Ra值(轮廓算术平均偏差)最小达到0.1μm,实验结果表明,表面上的过冷水在连续冷却情部下能够达到的最大过冷度随着蚀刻次数的增多而增大。因而Wakomoto认为结冰基体表面粗糙度的增大能够促进过冷水发生结冰。稻叶英男

[2]

用锉刀磨搓表面来增大表面的粗

糙度,实验结果表明,当表面的Ra值为5、10、100μm时过冷水发生结冰的情况没有差别,但当

　　收稿日期:2002-08-06

　6期　　　　　　　　　　　　　曲凯阳等:各种因素对过冷水发生结冰的影响　　　　　　　　　　　　　　　815　　

冰基体表面的按压和摩擦作用对结冰发生的影响的结论有失妥当。因为冰的密度小于水,冰中水分子之间的距离大于水中水分子之间的距离,因而当施加的外力使固体表面附近水分子之间的距离更加靠近时,不仅不能使过冷水结冰的可能性增加,相反,却有可能使冰融化为水。而且在斋滕彬夫的实验结果中,复杂流动对过冷水发生结冰的影响并不明显。

总之,在已经进行的研究中,研究者对各种因素对过冷水发生结冰的影响的研究尚欠妥当。而且还有一些影响因素,譬如结冰基体表面的物理特性以及外加力场等,还没有进行研究。本文将对水的流动状态、结冰基体表面粗糙度、材料特性、表面面积以及外加的作用力等对结冰发生的影响进行实验研究,并试图从理论上对实验结果进行解释,同时也对其他研究者的实验结果进行解释。

有外界因素干扰时,可能会使结冰基体表面状态或者过冷水的状态发生变化,从而使测得的表面tNLU值发生变化。tNLU的变化反映了外界因素对过冷水发生结冰的影响。在以下实验研究中,作者通过测量不同外界因素干扰下结冰基体表面tNLU值变化来研究其对过冷水发生结冰的影响。

2　实验研究

2.1　结冰基体表面粗糙度的影响2.1.1　实验装置与实验方法

作者用不同的方法对不锈钢(1Cr18Ni9)平板的表面进行处理,得到了不同的表面粗糙度,处理方法和得到的表面的Ra值(轮廓算术平均偏差)如表1所示,表面粗糙度的测量在清华大学摩擦学国家重点实验室进行。测量这些不同粗糙度的表面tNLU值,可以研究表面粗糙度对过冷水发生结冰的影响。表面tNLU值的测量按照本文第1节中阐述的方法。

测量表面上过冷水的结冰时间的实验装置如图1所示。其中不锈钢平板的上表面就是预先处理过的具有一定粗糙度的待测表面。不锈钢平板上表面

1　水的最低不结冰温度

作者[13]曾详细研究了不同的结冰基体表面温度下过冷水发生结冰的规律。研究表明,对于一定的结冰基体表面上一定状态的过冷水,存在一温度值,当结冰基体表面温度高于该温度值时,过冷水在10s(约30年)内发生结冰的概率小于0.01,定义该温度值为该结冰基体表面的实际最低不结冰温度(tPLU,thepracticallylowestunfrozentemperature)。实际利用过冷水时,为防止非均质形核结冰的发生,需要且只需要保证结冰基体表面的温度高于该表面的tPLU。

结冰基体表面的tPLU值实际上难以测量。为了便于研究,如下定义结冰基体表面的名义最低不结冰温度。对于一定的结冰基体表面上一定状态的过冷水,存在一温度值,当结冰基体表面温度高于该温度值时,过冷水在1s内发生结冰的概率小于1/1801,定义该温度值为该结冰基体表面的名义最低不结冰温度(tNLU,thenominallylowestunfrozentemperature)。研究表明,表面tNLU高于tPLU不超过1K。可以通过测量表面的tNLU大致推算其tPLU。

表面tNLU可以直接测量。测量方法如下:在t1,t2,…,tn共n个表面温度下分别测量表面上过冷水的结冰时间,t1<t2<…<tn,记在1800s内过冷水发生结冰的所有测量中表面温度的最高值为ti,LUiti+19

图1　研究表面粗糙度、表面材料、对表面的摩擦、按压作用以及复杂流动等对过冷水发生

的影响的实验装置

Fig.1　Apparatusforstudyingtheaffectionofsurfaceroughness,Surfacematerial,rubbingorpressingonthesurfaceandcomplexflowxonthesurpercooledwater

freezingoccurrence

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　816太　　阳　　能　　学　　报　　　　　　　　　　　　　　　　　24卷　

粘附聚四氟乙烯圆筒,实验用水盛在该圆筒中,圆筒内径0.5cm,其中水柱高3cm。与水接触的不锈钢平板表面积为0.85cm2。聚四氟乙烯圆筒的外表面及不锈钢平板的上表面均良好保温。圆筒上覆盖透明玻璃片。低温冷媒在不锈钢平板下面快速流过,通过不锈钢平板冷却聚四氟乙烯圆筒中的水。为了避免破坏不锈钢平板上表面的性状,测温用T型热电偶焊在不锈钢平板的下表面。实验用纯水由清华大学微电子所提供,清华大学环境模拟与污染控制国家重点实验室测得其电阻率为1.2MΨ·cm。

在实验过程中近似认为不锈钢平板下表面的温度等于其上表面的温度,为了考察这种近似的误差,制作了与上述实验装置完全相同的另一实验装置。在该实验装置中,除了在不锈钢平板下表面焊接一热偶外,在上表面上另外焊接一热电偶,以测量不锈钢平板上下表面的温差。测量结果表明,当水的初始温度与低温冷媒的温度差不大于20℃时,不锈钢上下表面之间的温差能够在30s内减小到0.1℃以内。因而上述近似的误差一般不超过0.1℃。

实验操作过程如下。实验开始前,在聚四氟乙烯小筒内盛满水,将系统中低冷媒的温度稳定在预定的温度值,但不通过不锈钢平板下面的流道。实验开始后,打开阀门,让低温冷媒突然开始冲刷不锈钢平板的下表面,并启动温度测量系统。不锈钢平板表面温度迅速下降,并达到一稳定数值。当发现不锈钢平板表面温度突然上升时,表明结冰发生,停止实验。

2.1.2　实验结果

图2是某一次实验的温度变化曲线。实验过程开始后,测量点温度的很短时间内降至某一温度,并稳定在该温度上,直至结冰发生。过冷水结冰时

在短时间内释放出大量潜热,温度迅速升高,图2中曲线上的小尖峰标志着结冰的发生。从测量点温度降至预定温度开始到过冷水发生结冰为止的时间即为过冷水的结冰时间。

表1给出了不同粗糙度表面的tNLU值。使用以上不同的处理方法得到的具有不同粗糙度的表面的tNLU值并无明显差别,表明在上述处理方法下,表面粗糙度对过冷水发生结冰并无明显影响。

表1　用不同方法处理得到的不同粗糙度的

不锈钢表面的tNLU值

Table1　tNLUforthestainlesssteelsurfaceswithdifferentroughnessobtainedbydifferentmethods处理方法未处理天然鹿皮打磨800目水砂纸打磨400目水砂纸打磨

Ra/μm0.0170.0380.0530.146

tNLU/℃-6.6～-6.9-6.5～-6.8-6.6～-6.9-6.7～-7.0

2.2　表面材料的影响2.2.1　实验装置与实验方法

在2.1节的实验装置中的不锈钢平板的上表面

涂刷不同的材料,测量表面的tNLU值。涂刷的材料和工艺过程如表2所示。

表2　不同材料表面的tNLU值

Table2　tNLUforthedifferentmaterialsurfaces表面材料不锈钢石蜡硬脂酸聚四氟乙烯酚醛树脂

制作工艺

—固体直接刮涂固体直接刮涂悬浊液浸涂,高温烧结

液体浸涂,自干

tNLU/℃-6.6～-6.9-9.8～-10.5-9.4～-10.0<-12.0-10.5～-11.3

2.2.2　实验结果

表2给出了不同表面的tNLU值。结冰基体表面材料对tNLU值有明显影响,因而其对过冷水发生结冰具有明显影响。

2.3　对结冰基体表面摩擦、按压的影响

2.3.1　实验装置与实验方法

在2.1节的实验装置中,使用上表面Ra值为

图2　某一次实验的温度变化曲线curve0.017μm的不锈钢平板。在不锈钢平板上表面温t

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水的结冰时间,确认1800s内过冷水未发生结冰之后,用不锈钢针头在不锈钢平板表面划过或用不锈钢针头按压不锈钢平板表面,观测过冷水发生的情况。2.3.2　实验结果

不锈钢平板表面上的过冷水在1800s内未发生结冰,当不锈钢针头在不锈钢平板上表面划过或用不锈钢针头按压不锈钢平板上表面后,结冰立即发生,表明正是由于不锈钢针头对不锈钢平板上表面的摩擦或按压导致了过冷水发生结冰。表3列出了实验中结冰发生时不锈钢平板上表面的温度以及以前所测量到的该表面的tNLU值,对不锈钢平板上表面的摩擦和按压明显提高了该表面在过冷水发生结冰时的温度。

表3　不锈钢针头对不锈钢表面的摩擦或按压使过冷水发生结冰时的表面温度

Table3　Stainlesssteelsurfacetemperatureswhenthesupercooledwaterfrozeforthestainlesssteelsyringe

rubbingorpressingthesurface

tNLU/℃-6.6～-6.9

tfraction/℃-5.3

tpress/℃-5.5

2.5　复杂流动对过冷水发生结冰的影响

2.5.1　实验装置与实验方法在2.1节的实验装置中,使用上表面Ra值为0.017μm的不锈钢平板,并去掉盛水的聚四氟乙烯圆筒上的玻璃盖板,将一

不锈钢针头垂直向下插入水中,针头的头部尽量接近不锈钢平板但不接触不锈钢平板。在以下四种情况下,分别测量不锈钢表面的tNLU值:1)无外界扰动;2)用不锈钢针头搅动水,在不锈钢平板上表面附近产生复杂水流;3)用注射器通过不锈钢针头将水喷向不锈钢上表面,在不锈钢平板上表面附近产生复杂水流;4)用注射器通过不锈钢针头将空气喷向不锈钢上表面,在不锈钢平板上表面附近产生复杂水流。2.5.2　实验结果

表5给出了在以上四种情况下,不锈钢表面的tNLU值。不锈钢平板上表面的tNLU值并未因表面附近流动情况的变化而发生明显变化,因而流动对过冷水发生结冰没有明显影响。

表5　外界扰动在不锈钢表面附近引起

复杂流动对表面tNLU值的影响

Table5　tNLUofthestainlesssteelsurfacewhenthecomplexflowswerecreatedinthevicinityofthesurface外界扰动情况

tNLU/℃-6.6～-6.9-6.4～-6.9-6.3～-6.8-6.7～-7.2

tfraction、tpress,分别表示对表面的摩擦或按压使过冷水发生结冰时表面温度

2.4　对水进行磁化的影响2.4.1　实验装置与实验方法

在2.1节的实验装置中,使用上表面Ra值为0.017μm的不锈钢平板。水以0.5m/s的流速从磁场

强度为2000高斯、长度为20cm的磁化器中流过,分别使用磁化前后的水测量不锈钢上表面的tNLU值。磁化器由清华大学环境科学与工程系提供。2.4.2　实验结果

表4列出了分别使用磁化处理前后的水测得的不锈钢上表面的tNLU值。对于磁化处理后的水,不锈钢上表面的tNLU降低,表面磁化处理对过冷水发生结冰具有迟滞作用。

表4　对水磁化处理前后不锈钢表面的tNLU值Table4　tNLUforthestainlesssteelsurfacebeforeandafterthewaterwasmagnetizing

磁化处理前

磁化处理后

无

用不锈钢针头搅动水

用注射器通过不锈钢针头将水喷向不锈钢上表面

用注射器通过不锈钢针头将空气喷向不锈钢上表面

2.6　结冰基体表面面积的影响2.6.1　实验装置与实验方法

实验装置的结构如图3所示。套管的内管为不锈钢(1Cr18Ni9)圆管,内径为9mm,壁厚

0.5mm,两端向上弯起。外管材料为普通碳钢,内径为32mm。套管外部良好保温。水盛在内管中,低温冷媒从内管与外管之间的流道中流过。当冷媒分别按实箭头指标的方向和虚箭头指示的方向流动时,受到冷却的内管内表面的面积分别为0.6cm2、120cm2。测量这两种情况下内管内表面

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发生结冰的影响

。成是通过水分子的相对运动实现的。非均质形核一般总在盛水容器或者水流通道的壁面上发生,达些壁面附近总有粘性底层存在。表7给出了不同过冷

度下的临界冰核的曲率半径,同时给出了在直径为10mm的圆管中流动的水在不同的Re数下的粘性

T-温度测点

底层的厚度。在一般流动状态下,粘性底层的厚度不应低于这个量级。表7表明,粘性底层的厚度远远大于临界冰核的曲率半径。在粘性底层中,分子之间的相对运动不受流动的影响,因而形成冰核的水分子的相对运动也不受流动的影响。因而流动不能对过冷水中大于临界尺寸的冰核的形成产生影响,也不能对过冷水发生结冰产生影响。这正是2.5节中的实验结果。

表面粗糙度不可能冰核的形成过程产生影响,但是可能通过影响临界冰核的大小影响大于临界尺寸的冰核的形成。一般表面的Ra值总大于0.01μm,这个数值比冰核的临界尺寸要高一个数量级,因而其数值的变化不会对临界冰核的大小产生影响,也就不会对过冷水中大于临界尺寸的冰核

2

图3　研究结冰基体面积对过冷水发生结冰的影响的实验装置

Fig.3　Apparatusforstudyingtheaffectionofthesurfaceareaonthesupercooledwaterfreezingoccurrence

2.6.2　实验结果与分析

表6给出了在两种不同的冷媒流动方向的情况下测量到的内管内表面的tNLU值,两者相差0.2～0.3℃。表明结冰基体的表面积对过冷水发生结冰具有一定的影响,但并不显著。

表6　面积不同的不锈钢表面的tNLU值Table6　tNLUforthestainlesssteelsurfaces

withdifferentareas

面积tNLU/℃

0.6cm

2

120cm

的形成产生影响,也不会影响过冷水发生结冰。这

是2.1节中的实验结果。但是,如果从更微观的量级(0.001μm)去看,表面的粗糙度有所不同的话,则可能对过冷水发生结冰产生影响。

表7　水在圆管内流动时粘性底层厚度和

冰核临界半径的比较

Table7　Comparisonbetweenthesublayerthicknessforwaterflowinginsideacirculartubeandthecritical

radiusoftheicenucleus

Re

1000050000100000

δ/m7.95E-51.94E-51.06E-5

t/℃

-5-10-15-20-33

r:最小可自发长大冰核的曲率半径。

r/m8.08E-94.07E-92.70E-92.00E-91.16E-9

-5.9～-5.5-5.6～-5.3

3　对实验结果的理论解释

过冷水结冰的过程分为两个阶段,形核阶段和核的长大阶段。在形核阶段中,过冷水中形成大于

临界尺寸的冰核,在核的长大阶段中,这样的核在过冷水中自发长大。过冷水是否发生结冰取决于其中是否有大于临界尺寸的冰核的形成。外界因素可能通影响核的大小或者核的形成过程来影响核的形成。形核又分为两种情形:均质形核和非均质形核。非均质形核指在过冷水中杂质的表面上形成大于临界尺寸的核,均质形核则不在杂质的表面上发生。均质形核形成的核的形状是球体,非均质形核形成的核是球冠形状。在同样的过冷度下,两者具有相同的曲率半径,因而,同样的过冷度下非均质形核的核要小于均质形核的核,非均质形核因而更容易发生。均质形核只有在实验室条件下才能观察到,在实际情形中,很难见到均质形核的情形。

流动不能影响临界冰核的大小,只有可能通过,δ;水在直径为10mm的圆管内流动时的粘性底层厚度;

结冰基体表面材料不同时,在表面上形成的核与表面的接触角的大小不同,由于核的曲率半径只与水的过冷度有关,因而在表面上形成的临界核的大小也会不同,形成的难易也会不同,因而结冰的发生难易不同。这是2.2节中的实验结果。

形容天气很冷水结冰篇四
《为什么热水比冷水在冰箱中先结冰》

为什么热水比冷水在冰箱中先结冰? 热水和冷水一样多 在冰箱里其他各环境相同 2006年2月19日 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。 姆潘巴问题的奥秘 1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃，他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中放进冰箱的冷冻室内冷冻。因为学校里做的同学多，所以冷冻室放冰格的位置一直比较紧张。有一天，当姆潘巴来做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几了，一位同学为了抢在他前面，竟把生牛奶放入糖后立即放在冰格中送进了冰箱的冷冻室，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不得冷

却，立即把滚烫的牛奶倒入冰格里，送入冰箱的冷冻室内，过了一个半小时后，姆潘巴发现他的热牛奶已经结成冰而其他同学冷牛奶还是很稠的液体，没有冻结，这个现象使姆潘巴惊愕不已！ 他去请教物理老师，为什么热牛奶反而比冷牛奶先冻结？老师的回答是：“你一定弄错了，这样的事是不可能发生的。”后来姆潘巴进了伊林加的姆克瓦高中，他向物理老师请教：“为什么热牛奶和冷牛奶同时放进冰箱，热牛奶先冻结？”老师的回答是：“我所能给你的回答是：你肯定错了。”当他继续提出问题与老师辩论时，老师讥讽他：“这是姆潘巴的物理问题。”姆潘巴想不通，但又不敢顶撞老师。一个极好的机会终于来到了，达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯玻恩博士访问该校，作完学术报告后回答同学的问题。姆潘巴鼓足勇气向他提出问题：如果你取两个相似的容器，放入等容积的水，一个处于35℃，另一个处于100℃，把它们同时放进冰箱，100℃的水先结冰，为什么？奥斯玻恩博士的回答是：“我不知道，不过我保证在我回到达累斯萨拉姆之后亲自做这个实验。”结果他和他的助手做了这个实验，证明姆潘巴说的现象是事实！这究竟是怎么一回事呢？ 发表在1969年英国《物理教师》杂志上的由姆潘巴和奥斯玻恩两个撰写的一篇文章中作了第一次尝试性的解释：他们做了一系列的实验，实验用的是直径4.5厘米容积100毫升的硼硅酸玻璃烧杯，同放70毫升沸腾过的各种不同温度的水。通过对实验结果的定量分析得出的结论是：冷却主要在于液体表面，冷却速率决定于液体表面的温度而不是它的整体的平均温度，液体内部的对流使得液面温度维持比体内温度高（假定温度高于4℃），即使两杯液体冷却到相同的平均温度，原来热的系统的热量损失仍要比原来冷的系统来得多，液体在冻结之前必须经过一系列的过渡温度，所以用单一的温度来描述系统显然是不够的，还要取决于初始条件的温度梯度。 后来许多人在这方面进行了大量的研究，发现这个看来似乎简单的问题，实际上要比我们的设想复杂得多，它不但涉及到物理上的原因，而且还涉及到微生物作为结晶中心的生物作用问题。 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，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结果，如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析原因就更能说明问题了：盛有4℃冷水的结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量很难依靠传

导有效地传递到表面，杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面，所以在水表面处最先结冰，其次是底部和四周，形成了一个密闭的“冰壳”，这时内层的水与空气隔绝，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，“冰壳”起着一种抑制作用。盛有100℃热水那一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”的现象，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，形成液体内部的对流，使水分子围绕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，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，最后我们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较初温低的水快得多。 从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水（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”比冷水中的多得多，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，对流使各种取向的分子都流过子晶，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，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。 以上是对观察到的现象进行分析，得出的一些结论和提出的一些解释。但要真正解开“姆潘巴问题”的谜，对其作出全面定量的令人满意的结论，还有待进一步探索。 大家一定要记得看完.并可访问“科学论坛”讨论 冷水与热水结冰先后问题

形容天气很冷水结冰篇五
《冷热水谁先结冰的研究》

冷热水谁先结冰的研究

人们通常都会认为，一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时，冷水结冰快。事实并非如此。1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。他的这一发现并没有引起老师和同学们的注意，相反在为他们的笑料。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为"姆佩巴效应"（MpembaEffect）。

那么我想，热水在降温过程中会经历和冷水一样的温度，这样之后与冷水情况一样，所以应该是冷水先结冰。但为什么姆佩巴的实验中却是热牛奶先结冰呢？带着这样的问题，我做了一个实验，我想要自己来证明，到底是热水先结冰还是冷水先结冰。

下面是我的实验记录。

【实验器材】两个形状和材料都相同的杯子、电热水壶、康师傅矿泉水。

【实验步骤】

1．将同等质量的常温的和刚烧开不久的矿泉水分别倒入两个杯子，把他们同时放到窗户外边，并且给两个杯子标号：甲、乙。

2．每隔1小时查看一次两个杯子里水的状态。

3．整理数据，得出结论。

【实验记录】

将两个杯子同时放到窗外。

一个小时后观察，发现甲、乙两杯子水温均明显降低。甲杯子用手触摸明显感觉到冰凉，而乙杯子的温度却感觉不是那么冷。

又过了一个小时，打开冰箱，观察两个杯子。甲杯子水面的边缘出现细碎冰渣，乙杯子变得有些冻手，但是没有结冰。

又过了一个小时，再次观察。甲杯子水面结了一层薄冰，乙杯子水面边缘出现冰渣。 半小时后再次观察。甲杯子已经结了一层比较厚的冰，而乙杯子水面却是刚刚结成薄冰。

【实验结论】可以看出在同样的温度条件下，质量相同的冷水比热水先结冰。

为什么我做的实验结果和姆佩巴遇到的情况不一样呢？带着问题，我到网上查找了关于姆佩巴效应的一系列资料。

对姆佩巴效应的各种解释

什么是Mpemba效应？有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是

在任何情况下，都会这样。例如，99.9℃的热水和0.01℃的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。

一般人会认为这似乎是不可能的，还有人会试图去证明它不可能。这种证明通常是这样的：30℃的水降温至结冰要花10分钟，70℃的水必须先花一段时间，降至30℃，然后再花10分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰慢。这种证明有错吗？

这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70℃的水，冷却到平均温度为30℃的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30℃的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。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。

看了资料，我对这一问题也有了一定的认识。但是却发现在很多情况下，热水较冷水先结冰，但并不是在所有实验中都能观察到这种现象。而且，尽管有很多解释，但仍没有一种完美的解释。所以，姆佩巴效应仍然是一个谜。

不能解释的事物还有很多，这就需要我们不断的去研究与探索。所以我们要努力学习，积极进取，未来是属于我们的。数风流人物，还看今朝！

O(∩_∩)O~

高一（11）班、司徒凌峰 2011年2月18日 星期五

形容天气很冷水结冰篇六
《热水比冷水结冰快的原理与实验》

热水比冷水结冰快的原理与实验 宁海大雅

水的特性：水分子在容器里是不断对流和窜动的，随着温度的高低它的活跃度产生变化。肉眼观察到在结冰凝固时可以理解为活跃度为零，在100摄氏度达到翻滚为可视的强烈状态。由此得出温度越高活跃度越大（变化表由实验得出），这是本身存在的一种状态。水表面遇到低温（容器形状所能接触到低温的表面）时会增加对流和窜动的活跃度，此活跃度的变化也可以由实验得出结果。在结冰过程的变化中，上述两种活跃度应该相加。

结冰实验：在足够水表面积遇到低温时，100度的水结冰的能力要比35度的水速度要强。在常规情况下容器内水温100~0度的速度慢，35~0的速度快，但由于活跃度指数的存在，在特定条件下，表面积受冷等因素，促使从外到内的结冰速度100~0要比35~0快。

实验分类：1，3种以上不同玻璃容器厚度、体积的100度

和35度水的结冰速度和状况的统计。三面

可视低温试验箱。

2，减少受冷面积后，结冰速度的状况的比较。 实验要求：1，提供足够恒定温度的设备。2，准确计算结

冰状况的方法，及每秒结冰变化速度的记

录。

其他现象：1，由于水的活跃与温度有关，当不同温度的水

倒在地上，声音会有不同。2，玻璃杯盛不同量

的水，能发出不同声音，也会随着温度的变

化，声音也会产生变化。3，不同温度的水，在

一个特定狭窄的空间，攀爬能力有不同，温度

越高，攀爬能力越好。

形容天气很冷水结冰篇七
《热水比冷水先结冰的奥秘》

热水比冷水先结冰的奥秘

上海市市三女初初二（6） 陈嘉韵

准考证号码 联系电话

姆潘巴现象

实验目的：证明在同等体积、同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体（热水）比温度略低的液体（冷水）先结冰的现象。

实验构想：冬天在饮水间里倒水时，我常常会看见在热水出水处会有薄冰，但冷水出水处却不会结冰。

实验步骤：1）同时各取300ml的热水和冷水（不能正好满到杯口）

2）将两个杯子同时放进冰箱

3）每隔十分钟观察两个杯子是否有结冰的迹象

4）记录实验结果

实验结论：在同等体积、同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体（热水）比温度略低的液体（冷水）先结冰。

附件1：实验结果的数据：

附件2：实验过程的图片：

参考文献：

1姆潘巴现象

科学的原理起源于实验的世界和观察的领域，观察是第一步，没有观察就不会有接踵而来的前进。 ——门捷列夫（俄）

中学生姆潘巴的精心观察对权威的牛顿冷却定律提出挑战

我（姆潘巴）在坦桑尼亚的马干巴中学读三年级时，校中的孩子们做冰淇淋

总是先煮沸牛奶，待到冷却后再倒入冰盘，放进电冰箱。为了争得电冰箱的最

后一只冰盘，我决心冒着弄坏电冰箱的风险而把热牛奶放进去了。一个多小时

以后，我们打开电冰箱，里面出现了惊人的奇迹：我的冰盘里的热牛奶已结成坚硬的冰块，而他们的冰里还是稠稠的液体。我飞快地跑去问物理老师，他淡淡地回答说：“这样的事一定不会发生。”

进入高中后，在学习牛顿冷却定律时，我又问物理老师，他同样轻率地否定了我的观察。我继续述说我的理由，可老师不愿意听，在一旁的同学们也帮着老师质问我：“你究竟相不相信牛顿冷却定律？”我只好为自己辩解：“可定律与我观察的事实不符嘛！”在同学们的讪笑声中，老师带着无可奈何的神情说道：“你说的这些就叫做姆潘巴的物理吧！”从此以后，“姆潘巴的物理”便成了我的绰号，只要我做错一点，同学们就马上说“这是姆潘巴的什么……。”尽管如此，我仍然坚信我的观察是正确的，其中可能包含着更为深刻的道理。 就在这一年，坦桑尼亚最高学府达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士来我校访问，我决心求助于博士，我向他讲述了我的奇遇。他先是笑了一下，然后认真地听取了我的复述，博士回校后亲自动手并观察到了同一事实。他高度评价了我的观察，他说：“姆潘巴的观察，事实上提出了权威物理学家可能遇到的危险，同时也对物理教师提出了一个感兴趣的问题。”

博士邀请我联名发表一篇论文，登载于《英国教育》，对热牛奶在电冰箱中先行冻结的现象作了介绍和解释。其主要内容是：

1．把牛奶换成水以后再进行观察，发现电冰箱中的热水仍在冷水之前冻结成冰。

2．把热水放入电冰箱冷却时，水的上表面（S）与底部（B）之间存在着显著的温度差。缓慢冷却时的温度差几乎是观察不到的。图1-1是初始温度分别为70℃（实线）和47℃（虚线）的水的S-B温度差随时间变化的观测记录图。从图中可看出，初始时，上表面与底部不存在温度差，但一经急剧冷却，温度差就立即出现，其中初温为70℃的水内产生的最高温度差接近14℃,而初温为47℃的水内产生的最高温度差只有10℃左右，这就是我们所观察到的冷、热水在急剧冷却时的重大差别。

在以上定量观测的基础上，我们对热牛奶（或热水）先冻结的现象作出如下解释：

1．冷却的快慢不是由液体的平均温度决定的，而是由液体上表面与底部的温度差决定的，热牛奶急剧冷却时，这种温度差较大，而且在整个冻结前的降温过程中，热牛奶的温度差一直大于冷牛奶的温度差。

2．上表面的温度愈高，从上表面散发的热量就愈多，因而降温就愈快。

基于以上两方面的理由，热牛奶以更高的速度冷却着，这便是热牛奶先冻结的秘密。 除了作出热牛奶先冻结的解释外，我们还大胆地类推出一个有趣的“猜想”：在发生严重冰冻的日子里，热水管应该先于冷水管发生冻结，是不是这样呢？由于我们生活在赤道附近的坦桑尼亚，这里气候四季炎热，难以观察到这十分有趣的现象，欢迎能观察到这一现象的中学朋友们，为我们提供信息，共同讨论。

自从我们的文章发表后，世界上很多科学杂志都刊登了这一自然现象，认为这是对牛顿冷却定律的严峻挑战。而且还以我的名字把这一自然现象命名为“姆潘巴效应”。这真叫人不好意思呀！

2问题远比想象的要复杂

后来许多人也在这方面做了大量的实验和研究，人们发现，这个看来似乎简单的问题实际上要比我们的设想复杂得多，它不但涉及到物理上的原因，而且还涉及到作为结晶中心的微生

物的作用，是一 个地地道道的“多变量问题”。

(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。

以上是科学家对观察到的现象进行综合分析所得出的一些结论和提出的一些解释。但要真正

解开“姆潘巴问题”的谜，对其做出全面定量而令人满意的结论，还有待于进一步的探索。

形容天气很冷水结冰篇八
《为什么热水比冷水结冰快》

英报：科学家揭开热水比冷水结冰快的奥秘

自古希腊亚里士多德那时起，科学家们就知道相同条件下，温度略高的水结冰比温度略低的水快。然而，迄今为止他们一直在力图解释这是为什么。新加坡的一组科学家认为，他们已经揭示了姆潘巴效应的奥秘，这缘于把水凝聚在一起的化学键的独特性质。

据英国《每日邮报》11月1日报道，姆潘巴效应是以坦桑尼亚的一名学生的名字命名的。上世纪60年代，在一次厨艺课上，姆潘巴发现热的冰激凌混合物比冷的混合物凝结得快。

新加坡南洋理工大学的张希（音）带头进行的这项研究说，姆潘巴效应是由将水凝聚在一起的分子键的独特性质造成的。

一个单个的水分子由一个较大的氧原子和两个氢原子利用共价键结合在一起。但是当一个水分子中的氢原子靠近另外一个水分子中的氧原子时，它就和这个氧原子结合在一起，并产生了一种名为氢键的化学键。

氢键让单个的水分子紧密结合在一起，这导致水分子之间产生自然的排斥，并导致氧原子和氢原子之间的共价键一面尽力拉伸，一面存储能量。

所以，随着水温度升高，它使得水分子彼此之间的距离也随着氢键的延展而变得更远。当水温变低时，水分子之间的距离也会收缩，同时释放出能量，这也导致水进一步冷却，科学家们说这意味着温水比冷水凝结得快，从而解释了姆潘巴效应。

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