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相同體積的熱牛奶和冷牛奶同時放進冰箱為什麼熱牛奶先凍住?

 推 薦 文 章
更新時間:2022-05-18

 一、姆佩巴效應
人們通常都會認為,一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱時,冷水結冰快。事實並非如此。1963年的一天,在地處非洲熱帶的坦桑尼亞一所中學裡,一群學生想做一點冰凍食品降溫。一個名叫埃拉斯托·姆佩巴的學生在熱牛奶裡加了糖後,准備放進冰箱裡做冰淇淋。他想,如果等熱牛奶涼後放入冰箱,那麼別的同學將會把冰箱占滿,於是就將熱牛奶放進了冰箱。過了不久,他打開冰箱一看,令人驚奇的是,自己的那杯冰淇淋已經變成了一杯可口的冰淇淋,而其他同學用冷水做的冰淇淋還沒有結冰。他的這一發現並沒有引起老師和同學們的注意,相反在為他們的笑料。姆佩巴把這特殊現象告訴了達累薩拉姆大學的物理學教授奧斯博爾內博士。奧斯博爾內聽了姆佩巴的敘述後也感到有點驚奇,但他相信姆佩巴講的一定是事實。尊重科學的奧斯博爾內又進行了實驗,其結果也姆佩巴的敘述完全相符。這就確切地肯定了在低溫環境中,熱水比冷水結冰快。此後,世界上許多科學雜志載文介紹了這種自然現象,還將這種現象命名為"姆佩巴效應"(mpembaeffect)。

二、姆佩巴效應的歷史
熱水比冷水更快結冰的事實已被知道了很多個世紀。最早提到並記載此一現象的數據,可追溯到公元前300年的亞裡斯多德,他寫道:
"先前被加熱過的水,有助於它更快地結冰。因此當人們想去冷卻熱水,他們會先放它在太陽下..."
但在20世紀前,此現象只被視為民間傳說。直到1969年,才由mpemba再次在科學界提出。自此之後,很多實驗證實了mpemba效應的存在,但沒有一個唯一的解釋。
大約在1461年,物理學家giovannimarliani在一個關於物體怎樣冷卻的辯論上,說他已經證實了熱水比冷水更快結冰。他說他用了四盎司沸水,和四盎司未加熱過的水,分別放在兩個小容器內,置於一個寒冷冬天的屋外,發現沸水首先結冰。但他沒能力解釋此一現象。
到了十七世紀初,此現象似乎成為一種常識。1620年培根寫道"水輕微加熱後,比冷水更容易結冰。"不久之後,笛卡兒說"經驗顯示,放在火上一段時間的水,比其它水更快地結冰。"
直至1969年,那已是marliani實驗500年之後,坦桑尼亞中學的一個命叫mpemba的中學生再發現此現象的故事,被刊登在《新科家》(newscientist)雜志。這個故事告訴科學家和老師們,不要忽視非科學家的觀察,和不要過早下判斷。
1963年,mpemba正在學校造雪糕,他混合沸騰的牛奶和糖。本來,他應該先等牛奶冷卻,之後再放入冰箱。但由於冰箱空間不足,他不等牛奶冷卻,就直接放入去。結果令他很驚訝,他發現他的熱牛奶竟然比其同學的更早凝固成冰。他問他的物理老師為什麼,但老師說,他一定是和其它同學的雪糕混淆了,因為他的觀察是不可能的。
當時mpemba相信他老師的說法。但那一年後期,他遇見他的一個朋友,他那朋友在tanga鎮制造和售賣雪糕。他告訴mpemba,當他制造雪糕時,他會放那些熱液體入冰箱,令他們更快結冰。mpemba發覺,在tanga鎮的其它雪糕銷售者也有相同的實踐經驗。
後來,mpemba學到牛頓冷卻定律,它描述熱的物體怎樣變冷(在某些簡化了的假設下)。mpemba問他的老師為什麼熱牛奶比冷牛奶先結冰。這位老師同樣回答是一定mpemba混淆了。當mpemba繼續爭辯時,這位老師說:"所有我能夠說的是,這是你mpemba的物理,而不是普遍的物理。"從那以後,這位老師和其它同學就用"那是mpemba的數學"或"那是mpemba的物理"來批評他的錯誤。但後來,當mpemba在學校的生物實驗室,嘗試用熱水和冷水做實驗時,他再一次發現:熱水首先結冰。
更早時,有一位物理教授osborne博士訪問mpemba的那間中學。mpemba問他這個問題。
 冷的快,呵呵
 

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