【物理】把70度的水和100度的水放進冰箱哪一個會先結冰???


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有個著名的效應稱為「彭巴效應」,這個效應剛好和你問的是相關的,彭巴效應說,當熱水和冷水同時放入冷凍庫時,熱水會先結冰,目前諸多說法,但我記得還沒有具有公信力的權威說法.(如果有的話就是我的資料太老舊啦~)

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雖然原po問題有點瑕疵

不過我大膽猜測他想問的是說

一般情況之下 兩杯水量一樣but溫度高低不同的水

同時放進冰箱冷凍 哪杯會先結冰

何不自己親自做做實驗,

再來看看底下的文章?

直觀來講或許大家會覺得低溫那杯會先結冰

假設是80度C(簡稱A杯)和60度C的水(簡稱B杯)好了

感覺來說A杯的水降到60度C時

B杯水應已下降的更低的溫度 (或許是50度)

當A杯水再降到50度C時,

B杯水又已降到更低溫

依此B杯水會比較快結冰

就直觀上 邏輯上的推論 這樣講似乎沒有錯

不過物理當然不是能坐在房間裡面靠著邏輯推演的學問

大概再六零年代吧

非洲有位學生叫彭巴

有一天他與同學在學校學習製做冰淇淋,

他們依照老師的指示,首先將牛奶煮到沸騰,

然後把牛奶與糖混合均勻,冷卻後製入冰箱即可.

但是學校的冰箱空間不大,彭巴又比較晚開始做,眼見同學們的混合物都已經冷卻的差不多,

即將可以放入冰箱,彭巴想著自己就快要搶不到冰箱的好位置,

於是他等不及他的混合液冷卻,就直接放進冰箱.

他心裡琢磨著,雖然這樣一來,可能會比花多點時間,才能做好冰淇淋,

但最起碼,自己的容器佔在冰箱裡的一個好位置上,想到這,心裡還是非常高興.

其他的同學則都按部就班,按照老師的指示做,一直等到牛奶冷卻到室溫,才放入冰箱中.

等了一段時間後,大家打開冰箱,檢查冰淇淋是否做好,逐一地瞧去,似乎都還沒做好,

正準備關上冰箱們時,突然看到正中間的一個容器裡的冰淇淋已經好了,

看看容器上的標籤,寫著彭巴.而彭巴呢? 正在旁邊休息,壓根兒,也沒想到自己的冰淇淋會先好.

聽到同學叫說,自己的冰淇淋已經好了,急忙跑向前去看,想說是否搞錯了.

仔細端詳之後,確實是自己的沒錯,但心裡還在想自己只比別人早不到幾分鐘放進去,

而溫度又比大家高出那麼多,怎麼竟比其他同學快出許多.

根據牛頓的溫度冷卻定律(或者前面提到直觀的想法,講的都是一樣的東西)

這似乎件不可能的事情

彭巴詢問自己的老師,當然也得到不可能如此的答案

但有一天,彭巴遇到小鎮上賣冰淇淋的小販,便向他提及這件事情

小販告訴他說這沒有什麼好希奇的

製作冰淇淋的過程經驗早已告訴他

於是乎 彭巴用熱水冷水又重新做了幾次實驗來驗證這個觀察的結果

果然,如同冰淇淋一樣,熱水較冷水快結冰

當彭巴再度向老師請教的時候

老師還是搬出了牛頓定律告訴他

"You're wrong. It disobey Newton's law .This is immpossible! "

幾年後有位英國物理學家來到這所中學演講

演講會後彭巴像這位教授提出他的疑問,並告訴他他所做出研究的成功

此物理學家當然對此現象甚表詫異

當下他和彭巴說他沒辦法給他一個很好的解釋

但他回國後會好好研究此現象

當然,在精密實驗條件設計下,教授仍得到和彭巴相同的結果

"熱水較冷水快結冰"

在此時,加拿大(應該是?!)有位科學家也發現了這個現象

因為在那位科學家的家鄉便有如此的說法

如果將等量的熱水與冷水至於冰凍的戶外,熱水會先結冰.

雖然這個說法流傳甚廣,並未引發人們認真對待,都以為只是一個玩笑.

此科學家也認真的設計了實驗來觀察

他利用它所知道物理知識

將其解釋為冷水與熱水主要是利用蒸發的方式來降溫,由於熱水的蒸發速率比冷水大,

會失去較多的質量,因為熱水的量變少了,所以比冷水先結冰.

不過之後更機密的測量證實了揮發掉的水量並不足以解釋這個現象

也有人在密閉的容器了做了相同的實驗,而結果依然是熱水降溫降的較快

此現象稱為"彭巴效應"

就我所知目前為止還沒有辦法給這個現象一個很好的解釋

各科學家有努力給此效應一個解釋

例如高溫容器的與環境有較大的溫差可產生較佳的熱傳導與對流,

使得熱能更容易流到周遭的環境中

另外有人認為熱水溶有較多的溶質,可以較容易產生冰晶,使熱水更容易結冰

不過這些說法都沒有獲得大部分的科學的家認同

並不是說這些說法不正確的

只是這些說法沒有辦法很完整的解釋這個現象(就好比之前提到的蒸散)

希望這個小故事能對你的了解有所幫助 :)

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比較熱的要是可以先達到1℃,那表示中間過程的某一點時間熱水追上冷水,兩杯會等溫,那從這點開始之後兩杯的降溫速度就會一樣,和假設矛盾。

所以有兩種可能

1.推論證明一定要結冰才會有這效應,所以這和結冰的過程有關連。

2.推論有瑕疵,例如水的溫度可能不均勻,造成對流速度不同之類的,於是溫度相同時降溫速度還是不一樣

彭巴......你確定它是非洲人不是南美人嗎?xd

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其實我想了一想.....發現這真的很不合常理

假如今天是一杯趨近於零度的冰水

跟一杯趨近於100度沸騰的熱水

同質量、同時 降溫

想也知道低溫那杯會先結冰

因為他已經快結冰了阿

因此,這現象應該只有在特定的溫差才有效吧.....否則水將無法結冰

例如

一杯水降溫到再5分鐘就結冰了

你能說高它一度的水在5分鐘內就可以結冰?

要是溫度再高一些,更快結冰?

反之溫度越低結冰就更慢?

這樣......100度的水要結冰必須過一段時間是事實

0度將要結冰的水會比較慢.....所以他會更久????????

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其實我想了一想.....發現這真的很不合常理

假如今天是一杯趨近於零度的冰水

跟一杯趨近於100度沸騰的熱水

同質量、同時 降溫

想也知道低溫那杯會先結冰

因為他已經快結冰了阿

因此,這現象應該只有在特定的溫差才有效吧.....否則水將無法結冰

例如

一杯水降溫到再5分鐘就結冰了

你能說高它一度的水在5分鐘內就可以結冰?

要是溫度再高一些,更快結冰?

反之溫度越低結冰就更慢?

這樣......100度的水要結冰必須過一段時間是事實

0度將要結冰的水會比較慢.....所以他會更久????????

同意+1

如果真的熱水會較溫水容易結冰

那麼一定會有經過"同溫"的情況

既然都同溫了那就應該不會有任何差別才是啊

感覺上好像哪裡有矛盾

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恩...

看了彭巴效應後

產生的想法....

100度的水跟70度的水放進冰箱後

100度又蒸發較快]

因為冒煙的關係

帶動杯口的冷熱空氣交換

降溫速度較快

然後兩杯水都因為週遭溫度提高而減緩冷卻

兩杯水達到相同度溫度

(空氣和兩杯水的溫度應該需要都一樣吧??)

然後當週遭溫度開始下降

100度的因為部分蒸發

體積小

然後70度的水蒸發較緩

體積比100的大

所以100就先結冰了

恩...

我是亂坳的....

只是有這個想法...

像我在吃麵時(剛煮出來會冒煙的)

吃了幾口就會想再把他抓進微波爐再熱一次(我愛吃燙的)

可是喝溫熱水

冷的感覺就不會這麼快了

空氣和兩杯水的溫度

應該需要都一樣吧??

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恩...

看了彭巴效應後

產生的想法....

100度的水跟70度的水放進冰箱後

週遭溫度開始上升

100度又蒸發較快

然後兩杯水都因為週遭溫度提高而減緩冷卻

當週遭溫度開始下降

然後兩杯水達到相同度溫度

100度的因為部分蒸發

體積小

然後70度的水蒸發較緩

體積比100的大

所以100就先結冰了

恩...

我亂坳的....

只是有這個想法...

樓上某位大大的文章中提到

水蒸發的影響是很小的...

小到可以忽略它

再說如果真的要考慮到體積改變

那麼原先所考慮的系統也就不一樣了啊

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雖然原po問題有點瑕疵

不過我大膽猜測他想問的是說

一般情況之下 兩杯水量一樣but溫度高低不同的水

同時放進冰箱冷凍 哪杯會先結冰

何不自己親自做做實驗,

再來看看底下的文章?

直觀來講或許大家會覺得低溫那杯會先結冰

假設是80度C(簡稱A杯)和60度C的水(簡稱B杯)好了

感覺來說A杯的水降到60度C時

B杯水應已下降的更低的溫度 (或許是50度)

當A杯水再降到50度C時,

B杯水又已降到更低溫

依此B杯水會比較快結冰

就直觀上 邏輯上的推論 這樣講似乎沒有錯

不過物理當然不是能坐在房間裡面靠著邏輯推演的學問

大概再六零年代吧

非洲有位學生叫彭巴

有一天他與同學在學校學習製做冰淇淋,

他們依照老師的指示,首先將牛奶煮到沸騰,

然後把牛奶與糖混合均勻,冷卻後製入冰箱即可.

但是學校的冰箱空間不大,彭巴又比較晚開始做,眼見同學們的混合物都已經冷卻的差不多,

即將可以放入冰箱,彭巴想著自己就快要搶不到冰箱的好位置,

於是他等不及他的混合液冷卻,就直接放進冰箱.

他心裡琢磨著,雖然這樣一來,可能會比花多點時間,才能做好冰淇淋,

但最起碼,自己的容器佔在冰箱裡的一個好位置上,想到這,心裡還是非常高興.

其他的同學則都按部就班,按照老師的指示做,一直等到牛奶冷卻到室溫,才放入冰箱中.

等了一段時間後,大家打開冰箱,檢查冰淇淋是否做好,逐一地瞧去,似乎都還沒做好,

正準備關上冰箱們時,突然看到正中間的一個容器裡的冰淇淋已經好了,

看看容器上的標籤,寫著彭巴.而彭巴呢? 正在旁邊休息,壓根兒,也沒想到自己的冰淇淋會先好.

聽到同學叫說,自己的冰淇淋已經好了,急忙跑向前去看,想說是否搞錯了.

仔細端詳之後,確實是自己的沒錯,但心裡還在想自己只比別人早不到幾分鐘放進去,

而溫度又比大家高出那麼多,怎麼竟比其他同學快出許多.

根據牛頓的溫度冷卻定律(或者前面提到直觀的想法,講的都是一樣的東西)

這似乎件不可能的事情

彭巴詢問自己的老師,當然也得到不可能如此的答案

但有一天,彭巴遇到小鎮上賣冰淇淋的小販,便向他提及這件事情

小販告訴他說這沒有什麼好希奇的

製作冰淇淋的過程經驗早已告訴他

於是乎 彭巴用熱水冷水又重新做了幾次實驗來驗證這個觀察的結果

果然,如同冰淇淋一樣,熱水較冷水快結冰

當彭巴再度向老師請教的時候

老師還是搬出了牛頓定律告訴他

"You're wrong. It disobey Newton's law .This is immpossible! "

幾年後有位英國物理學家來到這所中學演講

演講會後彭巴像這位教授提出他的疑問,並告訴他他所做出研究的成功

此物理學家當然對此現象甚表詫異

當下他和彭巴說他沒辦法給他一個很好的解釋

但他回國後會好好研究此現象

當然,在精密實驗條件設計下,教授仍得到和彭巴相同的結果

"熱水較冷水快結冰"

在此時,加拿大(應該是?!)有位科學家也發現了這個現象

因為在那位科學家的家鄉便有如此的說法

如果將等量的熱水與冷水至於冰凍的戶外,熱水會先結冰.

雖然這個說法流傳甚廣,並未引發人們認真對待,都以為只是一個玩笑.

此科學家也認真的設計了實驗來觀察

他利用它所知道物理知識

將其解釋為冷水與熱水主要是利用蒸發的方式來降溫,由於熱水的蒸發速率比冷水大,

會失去較多的質量,因為熱水的量變少了,所以比冷水先結冰.

不過之後更機密的測量證實了揮發掉的水量並不足以解釋這個現象

也有人在密閉的容器了做了相同的實驗,而結果依然是熱水降溫降的較快

此現象稱為"彭巴效應"

就我所知目前為止還沒有辦法給這個現象一個很好的解釋

各科學家有努力給此效應一個解釋

例如高溫容器的與環境有較大的溫差可產生較佳的熱傳導與對流,

使得熱能更容易流到周遭的環境中

另外有人認為熱水溶有較多的溶質,可以較容易產生冰晶,使熱水更容易結冰

不過這些說法都沒有獲得大部分的科學的家認同

並不是說這些說法不正確的

只是這些說法沒有辦法很完整的解釋這個現象(就好比之前提到的蒸散)

希望這個小故事能對你的了解有所幫助 :)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

佩服

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我們自然老師說還跟熱輻射有關係

就這個網址的論敘來看 熱輻射的影響比蒸散造成的影響還小的多 :p

http://www.school-for-champions.com/science/mpemba.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect

我簡單看了一些網站 大致上的敘述其實都大同小異

這兩個網站雖然是英文的

不過用字淺詞都不困難

大家有興趣可以花個幾分鐘讀讀~

(ps 我參考過英文版的維基百科的範圍有化學物理數學,

個人認為在這方面的條目維基寫的相當有水準,是非常好用且方便的工具.)

google搜尋的到有人做過科展的數據資料

簡單的來講就是水的冷卻過程中還有更多應該考慮到的因素

(not only 牛頓冷卻定律, 畢竟所謂的定律也只是個近似大概的現象而非絕對的真理)

很多的因素總體造成的效果便是彭巴所觀察到的現象.

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我倒覺得這跟運動學上的一些現象類似

以題目來說 70度跟100度的水

70度的水就好比速度10 加速度10的車

100度的水就好比速度5加速度20的車

(當然 每一個溫度都會有當時所謂的"加速度" 因此結冰是個"變加速度運動")

(速度就類比結成冰的速度 加速度就類比成溫差間的淨熱流)

以V-t圖來看(對比到熱就類似單位時間的溫度-t的圖)

100度的水下圍的面積(類比成車子的路程圖)

100度水的溫度圖面積(即溫度的圖面積)是有可能超過70度水

當然就如同順利大所說 溫差要在一定限度(即車子的加速度跟速度)

否則不會出現熱的水比較快結冰的現象 個人想法 請指教

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