清华附物理作业2这个实验几乎全体翻车

清华附寒假物理作业其实真不算多，9个实验任意选3个拍视频（另外还有原创科技文章的阅读和纪录片观后感），可做起来才发现，哪个也不是白给的。9个实验分别是：

制作过冷水（想想就知道难度不小，网上有成功视频相当惊艳）

洒水成冰（北京这温度好像不够低啊）

比较冷水和热水在低温下结冰的快慢（这个看上去容易，就选它）

测量雪的密度（这个最容易，可老天不下雪咋办？）

自制土电话（这个容易，是不是技术含量有点低）

自制小孔成像仪（这个入选了，也费了一番周折才成功）

自制日晷（入选，过程在前一篇文章里讲了，相当蹉跎）

自制潜望镜（家里愣是没找到块小镜子）

自制人造小彩虹（试了试，一般的小喷壶可出不来效果）

看来看去，儿子决定找个容易成功的入手，一眼就选中了冷水热水哪个先结冰这个，只需要容器、冷水、热水、冰箱，材料易得，拍摄容易，就是它了，没想到这却是个几乎全体翻车的实验。

姆潘巴效应发现于年的现象。当时，一名叫埃拉斯托·姆潘巴的学生在做冷冻食品的课堂上，往热牛奶里加了糖，并准备放进冰箱里做冰淇淋。后来等他打开冰箱后，他惊奇的发现只有自己的杯子里变成了美味的冰淇淋，而其他同学用冷水做的还没有结冰。热水比冷水先结冰这一现象引发了姆潘巴的好奇，他把这一发现告诉了告诉达累斯萨拉姆大学物理学教授奥斯本博士，为了求证真实性，奥斯本又进行了一次实验，结果符合姆潘巴的描述，证实了热水在低温下比冷水结冰快。

儿子的实验是他来做，我帮忙拍摄的，过程和结果却让我们大跌眼镜......

刚烧开的水，大约过了15分钟吧，水温估计在90度左右，儿子在两个一样的碗里一个倒了半碗热水，一个倒了半碗凉水，水量基本一致，放到冰箱冷冻室里，大约40分钟，满怀希望打开看——

结果令人失望，冷水已经结了一层薄冰，热水还是水。是不是时间不够呢，继续冷冻40分钟......

这次2碗水都冻了冰，不过冷水的比热水的冻得更结实，冰层更厚。这是怎么回事呢？

于是我把这个失败的实验发到了朋友圈，结果出乎意料，引起了热烈的讨论——

有人根本不相信热水会先冻冰。这有悖常理啊！！！

有人对水温、水质，冷冻环境提出质疑......

有科学精神的妈妈、爸爸还是很多滴......

孩子的小学数学老师还举一反三提出了泼水成冰那个实验也是要用热水才能成功，说明热水是有可能先结冰的，只是这个条件比较难以控制，还给我发来了唯美的视频。（数学老师的思维就是跨度大）

于是我和儿子又上网去查，发现这个热水先结冰的说法不是个定理，需要一些特定条件，因为这个实验受到很多不确定因素的影响，比如冷水到底多冷？热水多热？容器要什么形状？表面积大一些还是小一些？容器的底是平的还是有圈足的？水放多少？温度要多低？放在冰箱什么位置？......所有因素都可能影响最终结果。我们问了几个做这个实验的其它同学，竟然全都失败了。其实冷水和热水哪个先结冰，科学家也很懵。

姆潘巴现象背后的几种解释

　　为了解释为什么有时候热水结冰比冷水快，50多年来，许多物理学研究者先后对此现象进行了大量的研究，尝试着从不同的角度去解释。

　　冰霜融化说据了解，为了研究姆潘巴现象，很多学者进行了实验观察。液体表面凝结的冰霜会影响其向周围导热的速率。冰霜导热性比水差，热水使得冰霜融化，减少了其阻碍作用，优化传热。不过有充分的证据证明，在试验过程中全部排除冰霜的干扰或抑制冰霜的融化，姆潘巴现象依然存在。因此，这种说法并不成立。

　　水汽蒸发说一些学者相信，热水温度较高导致水蒸发的速率变快是造成姆潘巴现象的首要原因，因为蒸发使得水分子减少，要冻结的水分子也相应变少，所以加速了热水结冰速度。不过，一些科学家对结冰前后水的质量进行了测量，发现质量差从未超过3%，尽管蒸发后的水减少了，但是这3%的水分子并不能够显著影响水结冰需要的时间。与此同时，水汽蒸发过程中消耗的热量也不能够忽视，可惜的是，对于热量消耗的对照试验并不容易实现，因为它需要对开放容器和密闭容器进行测量，但是在密闭环境下，水汽蒸发和热量的传导都会受到阻碍，无法测量单一变量的影响。

　　可溶解气体说温度越高，气体在水中的溶解度就越小，因此热水里溶解的气体要少于冷水，由于水在溶解一些气体后凝固点会降低，而热水的气体含量更低，凝固点也相应变高，这可能是热水结冰较快的一个原因，同时也有实验发现脱气水比非脱气水结冰更快。

　　热梯度对流说热梯度对流观点认为，热水比冷水结冰更快是因为对流的增加。由于水的冷却是从容器的表面以及侧面开始，使得冷水下沉，热水上升，因此产生对流。当热水放入低温环境中，靠近容器的水迅速降温，而内部水温不变，这样就产生了温度差并引起热对流。在冷却的过程中，这个热对流一直存在，温差越大对流就越激烈，水冷却就越快。

　　过冷现象说在年初，英国皇家化学会特意举办了一场比赛，评选姆潘巴现象的最佳原理解释。而比赛获胜者提出的解释就是过冷现象。过冷现象指液体或气体的温度到其凝固点以下，但没有凝固的现象，而原本温度较低的水比原本温度较高的水更易发生过冷，那么它的确可能比热水结冰更慢。

　　目前，尽管对于姆潘巴现象并没有一个令所有人都信服的完美解释，但是科学家仍然在不断提出各种理论来解释这一现象。

　　并非所有时候热水结冰都比冷水快，姆潘巴效应偶有成功，条件难寻，复现不易，这就是目前我们得出的结论。

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