為什麼熱水放在冰箱比冷水早凍,為什麼熱水比冷水放在冰箱裡更快結冰?是不是溫差大散熱快之類的?

2022-11-03 21:37:06 字數 5374 閱讀 8767

1樓:員躍大歆

從物理方面來說,致冷有四種並存的機制:輻射、傳導、汽化、對流。通過實驗觀察並對結果進行比較,發現引起熱水比冷水先結冰的原因主要是傳導、汽化、對流三者相互作用的綜合效果。

如果把熱水和冷水結冰的過程敘述出來並分析其原因就更能說明問題了:

盛有初溫4℃冷水的杯,結冰要很長時間,因為水和玻璃都是熱傳導不良的材料,液體內部的熱量很難依靠傳導而有效地傳遞到表面。杯子裡的水由於溫度下降,體積膨脹,密度變小,集結在表面。所

以水在表面處最先結冰,其次是向底部和四周延伸,進而形成了一個密閉的「冰殼」。這時,內層的水與外界的空氣隔絕,只能依靠傳導和輻射來散熱,所以冷卻的速率很小,阻止或延緩了內層水溫

繼續下降的正常進行。另外由於水結冰時體積要膨脹,已經形成的「冰殼」也對進一步結冰起著某種約束或抑制作用。

盛有初溫100℃熱水的杯,冷凍的時間相對來說要少得多,看到的現象是表面的冰層總不能連成冰蓋,看不到「冰殼」形成的現象,只是沿冰水的介面向液體內生長出針狀的冰晶(在初溫低於12℃時,看不到這種現象)。隨著時間的流逝,冰晶由細變粗,這是因為初溫高的熱水,上層水冷卻後密度變大向下流動,形成了液體內部的對流,使水分子圍繞著各自的「結晶中心」結成冰。初溫越高,這種對流越劇烈,能量的損耗也越大,正是這種對流,使上層的水不易結成冰蓋。

由於熱傳遞和相變潛熱,在單位時間內的內能損耗較大,冷卻速率較大。當水面溫度降到0℃以下並有足夠的低溫時,

水面就開始出現冰晶。初溫較高的水,生長冰晶的速度較大,這是由於冰蓋未形成和對流劇烈的緣故,最後可以觀察到冰蓋還是形成了,冷卻速率變小了一些,但由於水內部冰晶已經生長而且粗大,

具有較大的表面能,冰晶的生長速率與單位表面能成正比,所以生長速度仍然要比初溫低的水快得多。

2樓:汝靈慧塗荌

初中的物理知識,因為熱水蒸發速度快,水的比熱容又大,所以冷卻減少了水量的熱水的速度遠比冷卻較多量冷水發速度。

為什麼熱水比冷水放在冰箱裡更快結冰?是不是溫差大散熱快之類的?

3樓:匿名使用者

姆佩巴效應

這些因素會改變冰箱內,容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。

1.蒸發——在熱水冷卻到冷水的初溫的過程中,熱水由於蒸發會失去一部分水。質量較少,令水較容易冷卻和結冰。

這樣熱水就可能較冷水早結冰,但冰量較少。如果我們假設水只透過蒸發去失熱,理論計算能顯示蒸發能解釋mpemba效應。這個解釋是可信的和很直覺的,蒸發的確是很重要的一個因素。

然而,這不是唯一的機制。蒸發不能解釋在一個封閉容器內做的實驗,在封閉的容器,沒有水蒸氣能離開。很多科學家聲稱,單是蒸發,不足以解釋他們所做的實驗。

2.溶解氣體——熱水比冷水能夠留住較少溶解氣體,隨著沸騰,大量氣體會逃出水面。溶解氣體會改變水的性質。

或者令它較易形成對流(因而較易冷卻),或減少單位質量的水結冰所需的熱量,或者改變沸點。有一些實驗支援這種解釋,但沒有理論計算的支援。

3.對流——由於冷卻,水會形成對流,和不均勻的溫度分佈。溫度上升,水的密度就會下降,所以水的表面比水底部熱—叫"熱頂"。

如果水主要透過表面失熱,那麼,"熱頂"的水失熱會比溫度均勻的快。當熱水冷卻到冷水的初溫時,它會有一熱頂,因此與平均溫度相同,但溫度均勻的水相比,它的冷卻速率會較快。雖然在實驗中,能看到熱頂和相關的對流,但對流能否解釋mpemba效應,仍是未知。

4.周圍的事物——兩杯水的最後的一個分別,與它們自己無關,而與它們周圍的環境有關。初溫較高的水可能會以複雜的方式,改變它周圍的環境,從而影響到冷卻過程。

例如,如果這杯水是放在一層霜上面,霜的導熱效能很差。熱水可能會熔化這層霜,從而為自己創立了一個較好的冷卻系統。明顯地,這樣的解釋不夠一般性,很多實驗都不會將容器放在霜層上。

最後,過冷在此效應上,可能是重要的。過冷現象是水在低於0℃時才結冰的現象。有一個實驗發現,熱水比冷水較少會過冷。

這意味著熱水會先結冰,因為它在較高的溫度下結冰。但這也不能完成解釋mpemba效應,因為我們仍需解釋為什麼熱水較少會過冷。

4樓:匿名使用者

首先,應當明確一杯熱水和一杯涼水取自同一水源,該水源可以是自然界的地表水或地下水,如河水、湖水、井水,也可以是自來水,但絕不是無離子水(純淨水、超純水)。

河水、湖水、井水、自來水中含有水溶性的鹽類,其中有水溶性的碳酸氫鈣、碳酸氫鎂,碳酸氫鈣、碳酸氫鎂在加熱時會分解成不溶於水的碳酸鈣、碳酸鎂及二氧化碳和水。

熱水中 含有大量因加熱生成的細小的不溶於水的碳酸鈣、碳酸鎂,當水相變成冰時,即水結晶的過程,這些細小的不溶於水的碳酸鈣、碳酸鎂成為水結晶的晶核,大量的晶核有加速結晶,促進水結晶變成冰的作用。

冷水中 含有比熱水更多的水溶性鹽類,比熱水多出未被分解的水溶性的碳酸氫鈣、碳酸氫鎂。水溶性的鹽可以降低水的凝固點,因此冷水冰點比熱水冰點要低。同時,冷水比熱水中少很多水溶性的碳酸氫鈣、碳酸氫鎂分解形成的大量細小的不溶於水的碳酸鈣、碳酸鎂晶核。

因此在結冰時較熱水結冰慢,由於缺乏晶核極易形成過冷,消耗更多的製冷量並且使結冰時間延長。

綜合效果是:取自自然界的地表水或地下水或自來水,一杯熱水和一杯涼水同時放入冰箱裡,熱水會先結冰。

如果使用無離子水(純淨水、超純水),情況就會完全相反,冷水比熱水先結冰。

5樓:匿名使用者

所謂凍得快的定義是什麼,我猜可能是下降幅度比較大的吧,這很正常啊,從能量擴散來說,熱水溫度相對於冷水比周圍溫度高,由擴散定律,其能量(即熱量)要擴散的快些。

為什麼熱水放在冰箱中會比冷水先結冰?

6樓:匿名使用者

mpemba效應。 大多數情況下,熱水比冷水先結冰,但是這實驗不是每次都是熱水先結冰的,所以...是否真是熱水先結冰還有待商榷!

7樓:匿名使用者

根據分子運動原理,溫度越高分子運動越快,其熱交換也就越快,故熱水先結冰

8樓:深嶺獨孤

冷凍室裡溫度在一個設定時,根據分子運動原理,溫度越高分子運動越快,其熱交換也就越快,高於這個溫度,冰箱工作放進去熱水就是讓冰箱不斷製冷,所以熱水凍冰快·。

9樓:匿名使用者

因為熱水的水分子比冷水的要活躍,所以熱的先結冰。

10樓:匿名使用者

這是個偽科學!已經證實是假命題了!

11樓:匿名使用者

這是因為溫差大,分子運動劇烈,所以作用的推動力就大,從而作用速率快

12樓:匿名使用者

2023年時的解釋是這樣的:

發表在2023年英國《物理教師》雜誌上的由姆潘巴和奧斯玻恩兩個撰寫的一篇文章中作了第一次嘗試性的解釋:他們做了一系列的實驗,實驗用的是直徑4.5釐米容積100毫升的硼矽酸玻璃燒杯,同放70毫升沸騰過的各種不同溫度的水。

通過對實驗結果的定量分析得出的結論是:冷卻主要在於液體表面,冷卻速率決定於液體表面的溫度而不是它的整體的平均溫度,液體內部的對流使得液麵溫度維持比體內溫度高(假定溫度高於4℃),即使兩杯液體冷卻到相同的平均溫度,原來熱的系統的熱量損失仍要比原來冷的系統來得多,液體在凍結之前必須經過一系列的過渡溫度,所以用單一的溫度來描述系統顯然是不夠的,還要取決於初始條件的溫度梯度。

13樓:灰太狼qq宇

因為熱水蒸發需要吸熱,同時,熱水降溫的同時需要向外界放熱,這樣自身溫度下降的快,也就比冷水結冰快。

為何熱水放入冰箱比冷水放入冰箱凍結的快呢?

14樓:唯美

有人說在冰箱冷凍室內放入熱水比放入冷水凍結得更快,是這樣嗎?如果是這樣,那是為什麼?

這個問題在《新科學家》上提出來已經有好些年了,一直沒有得到令人滿意的答案。這一次,我們有意給出幾位做過實驗的讀者的答案,希望能夠引起討論。事實好像違反直覺,但是,熱水似乎確實比冷水凍結得更快。

對這種現象的最好解釋,大概是把盛熱水的容器放進製冰室,熱接觸變得更好了,同時,出現了一種不同的熱對流方式加快了水凍結成冰。究竟哪一種效應是主要的,則取決於冰箱、盛水容器和容器擺放的位置。——《新科學家》編者

提問題的朋友提到的那種說法是正確的。製冰塊用熱水的確比用冷水凍結得更快。如果把盛熱水的容器擺放在冷凍室的霜層或冰層上面,就會出現這種效果。

這時,溫度較高的容器底將下面與之接觸的冰層表面融化,極大地改善了容器底與冰層的熱接觸,加快了容器的散熱效率。散熱效率的提高,足以抵償因為是熱水而需要散失更多熱量而有餘。如果將容器架空,或者擺放在冷凍室的沒有霜或冰的幹表面上,就不會有這種效果。

最早注意到這種效應的是生活在16~17世紀的那位大名鼎鼎的哲學家弗朗西斯·培根,他把一隻盛水的木桶放在冰上做實驗。我做的實驗表明,只要冰箱冷凍室的結霜足夠厚,用熱水,15分鐘就結成了冰塊,而用冷水,則需要20分鐘。顯然,住在澳大利亞的人要比住在寒冷國家的人更希望利用冰箱製冰塊的時間能夠短一些。

最早注意到這種效應的不是弗朗西斯·培根,而是亞里士多德。亞里士多德在他的《氣象學》一書中有一段敘述指的就是這種效應:「許多人為了將水儘快冷卻,會把水先在太陽下晒一會兒。

在冰上捕魚(在冰層上鑿洞,然後在洞口捕魚)的人,為了在冰上搭建臨時棚屋,會在立杆周圍澆熱水加快凍結,使它們儘快穩固。」

但是,說「如果將容器架空,或者擺放在冷凍室的沒有霜或冰的幹表面上,就不會有這種效果」,似乎不一定對……——《新科學家》編者

這個問題,《新科學家》早在2023年就提出來了,提問題的讀者是坦尚尼亞的一位學生伊拉斯托·姆佩姆巴。他發現,將製冰淇淋的混合液趁熱放入冰箱,要比等它涼至室溫再放入冰箱,凍結得要快些。我在完成六年級佈置的自行設計實驗作業時,也同姆佩姆巴一樣,實驗結果受到了老師的懷疑。

我的實驗首先證明了,無論用自來水還是用蒸餾水,結果同姆佩姆巴的冰淇淋混合液是一樣的。這說明,這種效果與液體的化學組成無關。其次,我的實驗還證明,熱水凍結得反而更快,不是熱水蒸發體積變小了的緣故。

我把熱電偶插入水中測量溫度,發現溫度為10℃的水要比溫度為30℃的水更快達到凝固點,這與牛頓的冷卻定律是一致的。但是,達到凝固點之後,原來溫度較高的水反而會凝固得更快。

我的實驗表明,把水放入冰箱凍結為固體,所需時間最長的是溫度大約為5℃的水;所需時間最短的是溫度大約為35℃的水。這個好像不合理的結果可以用水中的垂直溫度梯度來加以說明。如果表面一層液體的溫度始終都比下面液體的溫度高的話,那麼,從液麵散失熱量的速度就會比液體內溫度作均勻分佈時,從僅具有平均溫度的液麵散失熱量的速度更快。

如果不是把水盛在一個淺碟中,而是盛在一個高金屬罐中,就不會有熱水先凍結的結果。我猜想,這大概是高金屬罐的側壁散熱效果也很好,使得水中的熱傳匯出現了短路的緣故。

當實驗結果與根據原來知道的正確知識所預料的結果不相符時,我也是一下子難以放心地接受的。

驗證這個問題的經典實驗方法,是在寒冷的冬天用兩隻金屬桶分別裝上冷水和熱水於夜間放置在露天,有風的天氣更好。靜置不動的水導熱效能不好,它的頂層和周圍很快就會結冰。如果原來的溫度為10℃左右,水體的核心部分會冷卻得非常慢,尤其在頂層有浮冰的場合,正常的對流將受到抑制。

沒有對流,核心部分溫度較高的水便沒有辦法移動到溫度較低的金屬桶壁,在那裡把能量傳遞到外界。

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