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埃拉斯托巴效应

 配资在线 2020-09-16 配资服务

孟巴效应。 人们通常认为,当一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时,冷水很快就会结冰。 事实并非如此。 1963年的一天,非洲热带地区的一所坦桑尼亚中学的一群学生想用一点冷冻食品降温。 一个叫ErastoMpeba的学生把糖放到热牛奶里,准备把糖放到冰箱里做冰淇淋。 他想,如果牛奶冷却后放在冰箱里,其他学生就会把牛奶装满,放在冰箱里。 不久,他打开冰箱,令人惊讶的是,他的冰淇淋变成了美味的冰淇淋,而其他学生用冷水做的冰淇淋却没有冷冻。 他的发现没有引起老师和学生的注意,而是因为他们的笑话。 姆佩巴告诉医生。达累斯萨拉姆大学物理学教授奥斯本(Osborne)对这一特殊现象的看法。

埃拉斯托巴效应

奥斯本听到姆佩巴的说法也很惊讶,但他相信姆佩巴一定说的是实话。 再次进行了科学尊重的奥斯本实验,结果与姆佩巴的叙述完全一致。 这正好证实了在低温环境中热水比冷水结冰得快。 从那时起,世界上许多科学期刊都发表了关于这种自然现象的文章,并将这种现象命名为“Mpeba效应。” 热水比冷水冻得快的事实已被许多世纪所知。 记录这种现象的数据可以追溯到公元前300年的亚里士多德,他写道:“以前加热的水有助于它更快地冻结。 。 所以当人们想冷却热水时,他们先把它放在阳光下。“。 但在20世纪之前,这种现象只被认为是一种民间传说。 直到1969年,Mpemba才在科学界再次被提出。

此后,许多实验证实了Mpemba效应的存在,但没有单一的解释。 大约在1461年,物理学家Giovanni Marliani在一场关于物体如何冷却的辩论中说,他已经证实热水比冷水结冰得快。他说他用了四盎司的沸水和四盎司的未加热的水。在寒冷的冬天,水被放在两个小容器里,放在房子外面。 发现沸水先结冰。 但他无法解释这种现象。 到17世纪初,这种现象似乎已成为常识。 在1620年,培根写道:“水的轻微增加热后,冰比冷水更容易。 “不久之后,笛卡尔说,”经验表明,水在火中一段时间,比其他水冻结得更快。 “。 直到1969年,在Marliani实验500年后,坦桑尼亚的一名中学生打电话给Mpemba,再次发现了这一点,并在新家庭(新科学家)杂志上发表。

这个故事告诉科学家和老师,不要忽视非科学家的观察,不要判断得太早。 。 1963年,姆本巴在学校做冰淇淋,他把沸腾的牛奶和糖混合在一起。 原来,他应该等牛奶冷却下来,然后把它放在冰箱里。 但由于冰箱空间不足,他没有等牛奶冷却,就把它放进去。 结果让他大吃一惊,他发现他的热牛奶比他的同学早凝固成冰。 他问他的物理老师为什么,但老师说,他一定和其他学生的冰淇淋混淆了,因为他的观察是不可能的。 当时姆彭巴相信他的老师。 但那年晚些时候,他遇到了他的一个朋友,他的朋友在坦噶镇做和卖冰淇淋。 他告诉姆彭巴,当他下雪的时候当蛋糕的时候,他会把那些热液体放进冰箱,让它们冷冻得更快。

姆彭巴发现,唐加镇的其他冰淇淋销售商也有同样的实践经验。 。 后来,Mpemba学习了牛顿的冷却定律,它描述了热的物体是如何冷却的(在一些简化的假设下)。 姆彭巴问老师为什么热牛奶在冷牛奶之前结冰。 正如老师回答的那样,姆彭巴一定很困惑。 当Mpemba继续争论时,老师说:“我只能说,这是你的Mpemba物理,而不是宇宙物理。 从那时起,老师和他的同学就用Mpemba数学或物理批评他的错误。 但后来,当Mpemba在学校的生物实验室,试图用热水和冷水进行实验时,他再次发现热水先结冰。 早些时候,物理学教授奥斯本博士。 D.参观了姆彭巴的中学。 姆彭巴问他这个问题。

博士。 奥斯本说他想不出任何解释,但他稍后会尝试这个实验。 当他回到实验室时,他打电话给一个年轻人一名技术人员去测试Mpemba实验。 然后,技术人员报告说,是热水先结冰,并说:“但我们将继续重复实验,直到得到正确的结果。 然而,实验报告给出了相同的结果。 姆彭巴和奥斯本在1969年报告了他们的结果。 在同一年,最常见的科学巧合之一,凯尔博士独立撰写了一篇关于冷水前热水冷冻的文章。 凯尔表明,如果最初假设水通过蒸发冷却,并保持均匀的温度,热水就会失去足够的质量,首先结冰。 因此,Kell表明这种现象是真实的(当时,这是加拿大城市的谣言。 可以用蒸发来解释。 然而,他不知道奥斯本的实验。

奥斯本测量损失的质量,发现蒸发不足,无法解释这一现象。后来的实验使用密封容器来排除蒸发的影响,仍然发现热水先结冰。 三.建议。 对Mpeba效应的各种解释。 什么是Mpemba效应? 有两个形状相同的杯子,里面装的水体积相同,唯一不同的是水的温度。 现在两杯酒 在相同的环境中冷却。 在某些条件下,在较高温度下,水首先结冰,但在任何情况下都不会冻结,一切都会是这样的。 例如,99。 9℃热水和0。 ℃冷水,所以,冷水会先结冰。 姆彭巴效应不是在任何初始温度、容器形状和冷却条件下,你可以看到它。 一般人会认为这是不可能的,其他人会试图证明这是不可能的。 。 证明通常是30℃的水需要10分钟冷却到冰上,70℃的水必须先花一段时间,降到30℃,然后再花10分钟冷却到冰上。

因为冷水要做什么,热水也必须做,所以热水慢慢结冰。 这个证明是错的吗? 这个证明是错误的,它隐含地假设水冰只受平均温度的影响。 但事实上,除了平均温度外,其他因素也很重要。一杯均匀的初始温度,70℃的水,冷却到30℃的水,水已经改变了,不像那个杯子,初始温度是均匀的,30℃的水。 前者质量较低,溶解气体和对流,温度分布不均匀。 这些因素改变了冰箱,容器周围的环境。 这四个因素分别考虑素食者...1。 蒸发——在将热水冷却到冷水初始温度的过程中,热水会因蒸发而失去部分水分。 较低的质量使水更容易冷却和冻结。 这样,热水可能比冷水更早结冰,但冰更少。 如果我们假设水只通过蒸发失去热量,理论计算可以证明蒸发可以解释Mpemba效应。

。 这种解释是可信和直观的,蒸发确实是一个非常重要的因素。 然而,这不是唯一的机制。 蒸发不能解释在封闭容器中进行的实验。 在封闭的容器中,没有水蒸气可以离开。 许多科学家声称,仅仅蒸发不足以解释他们的实验。 。 2. 溶解气体-热水比冷水能保留较少的溶解气体。 当它沸腾时,大量的气体会从水面逸出。 。溶解的气体会改变水的性质。 要么使其更容易形成对流(因此更容易冷却),要么降低单位质量水冻结所需的热量,要么改变沸点。 有一些实验支持这一解释,但没有理论计算。 。 3. 对流-由于冷却,水会形成对流,并且温度分布不均匀。 随着温度的升高,水的密度降低,所以水面比水底更热——所谓“热顶”。

。 例如果水主要通过表面热损失,然后,“热顶”水的热损失快于温度。 当热水冷却到冷水的初始温度时,它会有一个热顶,因此与平均温度相同的水相比,它会有更快的冷却速度,但温度是均匀的。 虽然在实验中可以看到热顶和相关的对流,但对流是否能解释Mpemba效应尚不清楚。 ..4. 他们周围的东西——两杯水的最后区别——与他们自己无关,而是与他们周围的环境有关。 初始温度高的水可能以复杂的方式改变其周围环境,从而影响冷却过程。 例如,如果把水玻璃放在一层霜上,霜的导热系数就很差。 热水可能会融化霜冻,为自己创造一个更好的冷却系统。显然,这种解释不够笼统,许多实验没有把容器放在霜层上。

最后,过冷度可能在这一效应中很重要。 冷却是水在小于0℃时结冰的现象。 一次实验发现热水比冷水过冷少。 这意味着热水首先会结冰,因为它在较高的温度下结冰。 但它没有完成解释Mpemba的效果,因为我们仍然需要解释原因热水较少过冷。 在许多情况下,热水在冷水之前结冰,但在所有实验中都没有观察到这一点。 而且,尽管有许多解释,但仍然没有完美的解释。 所以Mpeba效应仍然是个谜。

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