正文 第103章 第一百?? 在冰箱冷凍室裏冷水比熱水凍結得更快嗎?(1 / 1)

是的不是的依情況而定

製冰塊用熱水,的確比用冷水凍結得更快。但是具體的情況還是依操作而定的。

最早注意到這種效應是亞裏士多德。亞裏士多德在他的《氣象學》一書中,有一段敘述指的就是這種效應:“許多人為了將水盡快冷卻,會把水先在太陽下曬一會兒。在冰上捕魚(在冰層上鑿洞,然後在洞口捕魚)的人,為了在冰上搭建臨時棚屋,會在立杆周圍澆熱水加快凍結,使它們盡快穩固。”後來注意到這種效應的是哲學家弗朗西斯·培根,他把一隻盛水的木桶放在冰上做實驗。不要對此感到奇怪,因為那個時候,哲學是無所不包的,物理也算是哲學研究的一方麵。

這個問題提出來已經有好些年了,一直沒有得到令人滿意的答案。事實好像違反直覺,熱水似乎確實比冷水凍結得更快。但是我們知道,影響結冰的有幾個物理因素,傳導、對流、輻射和蒸發。對這種現象的最好解釋,是由於把盛熱水的容器放進製冰室,熱接觸變得更好了,同時,出現了一種不同的熱對流方式,加快了水凍結成冰的過程。究竟哪一種效應是主要的,則取決於冰箱、盛水容器和容器擺放的位置。

如果把盛熱水的容器擺放在冷凍室的霜層或冰層上麵,就會出現快速結冰的情況。這時,因為溫度較高的容器底,將下麵與之接觸的冰層表麵融化,改善了容器底與冰層的熱接觸,加快了容器的散熱效率。散熱效率的提高,足以抵償熱水比冷水多餘的熱量帶來的,對結冰速度的降低。如果將容器架空,或者擺放在冷凍室沒有霜或冰的幹表麵上,就不會有這種效果。

現代的實驗表明,隻要冰箱冷凍室的結霜足夠厚,用熱水,15分鍾就結成了冰塊,而用冷水,則需要20分鍾。實驗證明了,無論用自來水還是用蒸餾水,或者混合液結果都是一樣的。這說明,這種效果與液體的化學組成無關。其次,實驗還證明,熱水凍結得更快,不是熱水蒸發,體積變小了的緣故。這與牛頓的冷卻定律是一致的。但是,達到凝固點之後,原來溫度較高的水反而會凝固得更快。實驗表明,把水放入冰箱凍結為固體,所需時間最長的是溫度大約為5℃的水;所需時間最短的是溫度大約為35℃的水。這個好像不合理的結果可以用水的垂直溫度梯度來加以說明。如果表麵一層液體的溫度,始終都比下麵液體的溫度高,那麼,從液麵散失熱量的速度更快。

另外,這個問題其實在純理論上看起來很簡單,能夠被算出來。隻要考慮到傳導、對流、輻射和蒸發,根據公式設幾個方程,求出可解的邊界條件。用數學計算的結果表明,在一些特定的邊界條件下,熱水是比某些溫度的涼水更快達到零度。

“格言”謬誤的好處是一時的,真理的好處是永久的;真理有弊病,這些弊病很快就會消滅的,而謬誤的弊病則與謬誤始終相隨。

——狄德羅牛頓冷卻定律:溫度高於周圍環境的物體,向周圍媒質傳遞熱量,逐漸冷卻時,所遵循的規律。當物體表麵與周圍存在溫度差時,單位時間與單位麵積散失的熱量與溫度差成正比,比例係數稱為熱傳遞係數。牛頓冷卻定律是牛頓在1701年用實驗確定的,在強製對流時與實際符合較好,在自然對流時隻在溫度差不太大時才成立。