Mpemba效应:热水真的冻结速度比冷水吗?

Mpemba效应是一个物理概念,假设,当热水和冷水被放置在相同的冷冻环境中,热水会冻结速度比冷水。

Erasto Mpemba指出,班上做冰淇淋的时候,他把一个接近沸腾的混合糖和牛奶(主要是水)成一个冰箱,和它冻结之前其他混合物被冷却到室温之前冻结。

Mpemba从这个观察推断,当相同体积的水一个在华氏212度(摄氏100度)和其它在华氏95度(摄氏35度)- - -被放置在相同的烧杯放在冰箱,212度水会变成冰得更快。Mpemba冰淇淋观察和水假定对准他的许多世纪的科学家们也怀疑这不同寻常的性质的水。

当水冻结成冰,它经历相变;它把从液体变成固体。物理学家传统申报物质的阶段平衡。这意味着物质处于一个稳定状态,和大量的能量从一个地区到另一个地方。这也意味着它的体积和温度保持稳定。当物质不平衡时,它的能量波动,那么(潜在)其状态的物质。

水冻结,冻结,个人水粒子必须达到平衡。如果太多的能量通过非平衡水时,它将固体和液体之间的波动(低温)或液体和气体(高温)。越早,水粒子达到平衡在低能量水平,他们就能越早冻结。

物理学家仍在讨论是否热水一致冻结速度快比冷水。当它发生时,必须满足一定的前提条件。

当一船水浸在冰冷的环境中,水的不同部位在不同的时间达到平衡。水在郊区的船越冷得更快,这意味着它可能冻结而水中间的船保持液态。当你特别的地方热水的容器在冰箱(如描述的212度沸水Mpemba),这也是释放蒸汽船的顶部,这减少需要冻结的水的总量。

此外,冷水(甚至室温水)经常在其表面形成一层霜冷冻过程的一部分。具有讽刺意味的是,这暂时隔离霜水(就像一个冰屋如何使其居民对冷空气),它可以减缓整个冻结过程。18新利最新登入热水,至少在早期阶段,块冻的形成,使冷空气渗透入更深的船。

这些都是热水的一些方法可以产生冻结速度比冷水。但请记住,水冻结,冻结,它必须达到一种平衡的状态。

如果有证据证明Mpemba效应是真实的和一致的,它来自2020年的一项研究由约翰·Bechhoefer Avinash Kumar。发表在《自然》杂志上研究受到微小的玻璃珠,他们称之为一个“能源景观”控制的激光。研究者加热不同温度的珠子。然后他们观察到的珠子第一能源景观内达到一个平衡状态。

Bechhoefer Kumar观察到微小的珠子,开始在高温下达到平衡的速度比那些开始在较低的温度。这是有趣的,但如何达到平衡与冻结?18新利最新登入

连接来自陆Zhiyue之前工作的北卡罗莱纳大学和奥伦拉兹在以色列魏茨曼科学研究所的。他们的论文”,非平衡态热力学的马尔可夫链的Mpemba效果和它的逆矩阵”,发表在《美国国家科学院学报》(PNAS)和描述广达电脑杂志假定热系统的物质可以跳过的过程中达到平衡,从而达到稳定状态的速度比一个冷系统。

如果放松对平衡是一个重要的基准在冰冷的水的过程,然后结合Bechhoefer和Kumar Lu和拉兹可能Mpemba效应的存在。

Mpemba效果不均匀接受证明科学现象。18新利最新登入然而,几个世纪以来的观察,加上最近Bechhoefer, Kumar Lu和拉兹让许多物理学家相信,在适当的情况下,热水真的可以达到冰点比冷水快。

一些科学家,像哈里·布里奇和保罗·林登仍持怀疑态度。他们承认有些船只的热水可以冻结速度比大小相同的船只的冷水,即使是最轻微的擦除效果的转变条件。布里奇和林登的2016年的研究中,“质疑Mpemba效应:热水不酷比冷要快多了,“发现任何证据证明Mpemba效应取决于大小的水船和温度计的位置。在另一项研究中,研究人员詹姆斯Brownridge发现杂质在水的容器(例如Mpemba冰淇淋混合物)改变液体的冰点。虽然承认有些时候热水比冷水结冰更快,这些科学家认为这种现象不一致适用于自然。

18新利最新登入然而其他物理学家劳尔斯大黎加提问西班牙格拉纳达大学的,相信这些新的数据集,如提供的Bechhoefer库马尔,意义重大。“我的观点是,Mpemba效应可以发生在一些特殊的情况下,“黎加阿拉说,“但是我们仍在试图找出最小条件要实现这一目标。”

黎加阿拉指出仪式Mpemba效应总是涉及激烈的温度差异一个容器的水和周边环境。他补充道,你可以观察到同样有趣的现象,当你改变温度和冻成冰的热环境。

Mpemba效应,黎加阿拉说,“似乎是一大群的一个异常热化效应,当系统发生突然把接触热浴在不同的温度。”The Mpemba Effect describes a hot-to-cold phase change like "when you take a hot cup and you put it in the fridge or in the freezer." But cold-to-hot phase changes also invoke unusual results. "Interesting effects take place when you perform temperature quenches from cold to hot," says Rica Alarcón, "like when you put an ice cube into boiling water."

我们知道很多一代又一代的科学家们观察到热水冻结以惊人的速度。黎加阿拉敦促我们把这个过程更全面的了解,并思考Mpemba效应作为一个更大的现象。“热化,”他解释说,“因为可以按照违反直觉的路径的过程发生的平衡。”