姆潘巴現象:坦尚尼亞中學生姆潘巴發現,熱的牛奶混合物比涼的能更快凝結成冰激凌。他曾請教老師和同學,卻被無視和嘲笑。在一個物理講座上,他提出了自己的疑問,引起了來自達累斯薩拉姆學院的教授丹尼斯·奧斯波昂博士的興趣,經證實確有此事後,邀請姆潘巴對這個問題進行了深入研究。
其實這個現象並不是必然的,目前比較認同的是“在同等體積、同等質量和同等冷卻環境下,溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰”。值得注意的是,這裡說的是略高,而不是我們理解的溫度差異很大的兩杯牛奶。
關於這個現象,科學家們直到現在也沒有一個準確的解釋。主要提出了以下幾種觀點:
冰霜融化
液體表面凝結的冰霜導熱性比水差,熱牛奶能融化冰霜,減少了其阻礙作用,最佳化傳熱,更容易結冰。
水汽蒸發
蒸發使得水分子減少,要凍結的水分子也相應變少,所以加速了熱水結冰速度。
熱梯度對流
液體的冷卻開始於容器的表面及側面,然後冷水下沉,熱水上升,產生對流。低溫環境中的熱牛奶,靠近容器的部分迅速降溫而下沉,而內部溫度不變有所上升,因溫度差引起熱對流。溫差越大對流就越激烈,牛奶冷卻就越快。
過冷現象
過冷現象指液體或氣體的溫度到其凝固點以下,但沒有凝固的現象。而原本溫度較低的牛奶比原本溫度較高的牛奶更易發生過冷,那麼它的確可能比熱水結冰更慢。
可溶解氣體
溫度越高,氣體在水中的溶解度就越小,因此熱水裡溶解的氣體要少於冷水,由於水在溶解一些氣體後凝固點會降低,而熱水的氣體含量更低,凝固點也相應變高,結冰更快。
牛奶雜質
牛奶中不可避免含有微生物,它們在熱水中繁殖得更快,這些大小在微米量級的微生物恰好可以充當水結冰所需要的凝結核,成為其優先結冰的優勢條件。
連線水分子之間的化學鍵的性質
熱牛奶中的弱氫鍵已經斷裂,其中的水分子群形成簇團更容易失去熱量,而強氫鍵更多,更容易結成冰晶。冷水中的弱氫鍵發生斷裂需要更多的時間和能量,因而要比熱牛奶結冰更慢。
個體水分子的速度
較高溫度意味著在分子水平上運動更多,會釋放更多的能量,因此暖和的液體比較低溫度的液體更快結冰。
這些也都是猜想和解釋,並沒有一個準確的定論,更多的奧妙還在發覺知之中。其實,每一個細小的生活現象後面都隱藏著很多深奧的知識,等待著我們去發掘。
我是生活教練田雪,正在推廣“好好吃飯”的理念,用最簡單的211飲食法輕鬆搞定營養三餐。
姆潘巴現象:坦尚尼亞中學生姆潘巴發現,熱的牛奶混合物比涼的能更快凝結成冰激凌。他曾請教老師和同學,卻被無視和嘲笑。在一個物理講座上,他提出了自己的疑問,引起了來自達累斯薩拉姆學院的教授丹尼斯·奧斯波昂博士的興趣,經證實確有此事後,邀請姆潘巴對這個問題進行了深入研究。
其實這個現象並不是必然的,目前比較認同的是“在同等體積、同等質量和同等冷卻環境下,溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰”。值得注意的是,這裡說的是略高,而不是我們理解的溫度差異很大的兩杯牛奶。
關於這個現象,科學家們直到現在也沒有一個準確的解釋。主要提出了以下幾種觀點:
冰霜融化
液體表面凝結的冰霜導熱性比水差,熱牛奶能融化冰霜,減少了其阻礙作用,最佳化傳熱,更容易結冰。
水汽蒸發
蒸發使得水分子減少,要凍結的水分子也相應變少,所以加速了熱水結冰速度。
熱梯度對流
液體的冷卻開始於容器的表面及側面,然後冷水下沉,熱水上升,產生對流。低溫環境中的熱牛奶,靠近容器的部分迅速降溫而下沉,而內部溫度不變有所上升,因溫度差引起熱對流。溫差越大對流就越激烈,牛奶冷卻就越快。
過冷現象
過冷現象指液體或氣體的溫度到其凝固點以下,但沒有凝固的現象。而原本溫度較低的牛奶比原本溫度較高的牛奶更易發生過冷,那麼它的確可能比熱水結冰更慢。
可溶解氣體
溫度越高,氣體在水中的溶解度就越小,因此熱水裡溶解的氣體要少於冷水,由於水在溶解一些氣體後凝固點會降低,而熱水的氣體含量更低,凝固點也相應變高,結冰更快。
牛奶雜質
牛奶中不可避免含有微生物,它們在熱水中繁殖得更快,這些大小在微米量級的微生物恰好可以充當水結冰所需要的凝結核,成為其優先結冰的優勢條件。
連線水分子之間的化學鍵的性質
熱牛奶中的弱氫鍵已經斷裂,其中的水分子群形成簇團更容易失去熱量,而強氫鍵更多,更容易結成冰晶。冷水中的弱氫鍵發生斷裂需要更多的時間和能量,因而要比熱牛奶結冰更慢。
個體水分子的速度
較高溫度意味著在分子水平上運動更多,會釋放更多的能量,因此暖和的液體比較低溫度的液體更快結冰。
這些也都是猜想和解釋,並沒有一個準確的定論,更多的奧妙還在發覺知之中。其實,每一個細小的生活現象後面都隱藏著很多深奧的知識,等待著我們去發掘。
我是生活教練田雪,正在推廣“好好吃飯”的理念,用最簡單的211飲食法輕鬆搞定營養三餐。