熱水比冷水更易結(jié)冰嗎

人們通常都會(huì)認(rèn)為，一杯冷水和一杯熱水同時(shí)放入冰箱時(shí)，冷水結(jié)冰快。事實(shí)并非如此。有經(jīng)驗(yàn)的汽車(chē)駕駛員都知道，冬天洗車(chē)最好用冷水而不用溫水，否則溫水一沾到車(chē)廂便會(huì)馬上結(jié)冰。難道溫水比冷水結(jié)冰快？這是為什么呢？

從做冰淇淋中發(fā)現(xiàn)的“姆潘巴效應(yīng)”

1963年的一天，在地處非洲熱帶的坦桑尼亞一所中學(xué)里，一群學(xué)生想做一點(diǎn)冰凍食品降溫。

一個(gè)名叫埃拉斯托·姆潘巴的學(xué)生在熱牛奶里加了糖后，準(zhǔn)備放進(jìn)冰箱里做冰淇淋。他想，如果等熱牛奶涼后放入冰箱，那么別的同學(xué)將會(huì)把冰箱占滿(mǎn)，于是就將熱牛奶放進(jìn)了冰箱。過(guò)了不久，他打開(kāi)冰箱一看，令人驚奇的是，自己的那杯已經(jīng)變成了一杯可口的冰淇淋，而其他同學(xué)用冷水做的冰淇淋還沒(méi)有結(jié)冰。

姆潘巴把這個(gè)特殊現(xiàn)象告訴了達(dá)累斯薩拉姆大學(xué)的物理學(xué)教授奧斯博爾內(nèi)博士。尊重科學(xué)的奧斯博爾內(nèi)又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果也與姆潘巴的敘述完全相符。這就確切地肯定了在低溫環(huán)境中，熱水比冷水結(jié)冰快。此后，世界上許多科學(xué)雜志載文介紹了這種自然現(xiàn)象，還將這種現(xiàn)象命名為“姆潘巴效應(yīng)”。

“姆潘巴效應(yīng)”是特例嗎

有研究人員用純凈水反復(fù)做了類(lèi)似實(shí)驗(yàn)，結(jié)果始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“姆潘巴現(xiàn)象”。還有對(duì)此感興趣的研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，只有當(dāng)冰箱內(nèi)有顯著溫差、或牛奶含糖量不同、或糖沒(méi)有溶解、或做冰淇淋的液體中含有較多淀粉等非液體成分時(shí)，“姆潘巴現(xiàn)象”才會(huì)出現(xiàn)。

科學(xué)家揭開(kāi)謎底

美國(guó)華盛頓大學(xué)的喬納森·卡茨在對(duì)“姆潘巴效應(yīng)”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實(shí)際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過(guò)程中，一些通常會(huì)使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會(huì)被“驅(qū)逐”出來(lái)形成固體沉淀，這就是日常生活中常見(jiàn)的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。而水在達(dá)到沸點(diǎn)以后，就會(huì)因“硬物”被絕大部分清除而軟化。卡茨發(fā)現(xiàn)，同樣是冷凍結(jié)冰，未經(jīng)加熱的硬水在結(jié)冰過(guò)程中，由于其內(nèi)部“硬物”作祟，使得硬水的冰點(diǎn)要比被加熱后的軟水冰點(diǎn)低一些，這就減緩了硬水結(jié)冰的速度。

但僅憑這個(gè)發(fā)現(xiàn)還不能直接破解“姆潘巴現(xiàn)象”，因?yàn)槟放税偷耐瑢W(xué)們?cè)谧霰苛艿倪^(guò)程中，都先把生牛奶煮熟了。那為什么姆潘巴的熱牛奶會(huì)先凍結(jié)呢？卡茨發(fā)現(xiàn)，原因還是出在水里的“硬物”上：為了吃到可口的冰淇淋，他們都在牛奶里加糖，而糖實(shí)際上會(huì)使牛奶液體變“硬”。但同樣是煮熟、加糖的牛奶，熱牛奶液體的硬度實(shí)際要比冷牛奶的硬度要低一點(diǎn)，這個(gè)硬度的差異造成了它們冰點(diǎn)的差異，硬度較高的冷牛奶冰點(diǎn)相對(duì)要低些。這樣，冰點(diǎn)略高的熱牛奶自然要比冰點(diǎn)略低的冷牛奶要先結(jié)冰了。

那么為什么在眾多實(shí)驗(yàn)中，“姆潘巴現(xiàn)象”不會(huì)每次都出現(xiàn)呢？卡茨認(rèn)為，原因就在于試驗(yàn)者一開(kāi)始用的就是軟水。用同樣的軟水來(lái)做冷熱實(shí)驗(yàn)，由于水的冰點(diǎn)都一樣，而且散熱速度的快慢對(duì)結(jié)冰速度的影響很微弱，所以“姆潘巴現(xiàn)象”就不那么顯而易見(jiàn)了。

（文內(nèi)配圖均已獲得圖蟲(chóng)創(chuàng)意授權(quán)）

本文節(jié)選自《百科知識(shí)》雜志

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