在实验中实现滴水成冰,需要一些特定的条件和步骤。首先,需要使用纯净的水,因为水中的杂质可能会影响实验结果。其次,需要在非常低的温度环境下进行实验,通常是零下几十度。为了达到这个条件,可以使用干冰或液氮将周围环境降温。然后,需要将水滴在非常冷的表面上,并确保水滴在落下的过程中保持低温。这可以通过使用冷冻剂或用低温恒温器来达到。最后,在适当的环境和条件下,水滴可能会在落到表面之前就结冰,从而实现了滴水成冰的效果。需要注意的是,这个实验需要非常精细的控制和条件,以避免水滴在落到表面之前就蒸发或解冻。因此,进行这个实验需要一定的专业知识和技能。
滴水成冰的实验需要使用纯净水、烧杯、冰点温度计和冷冻剂。首先,将纯净水倒入烧杯中,然后将其放入冰箱冷冻室中冷冻。冰点温度计则需放入烧杯中,以便观察水温的变化。冷冻一段时间后,当水温达到冰点以下时,纯净水就会开始结冰。此时,继续观察并等待水完全结冰。最后,将烧杯取出,即可完成滴水成冰的实验。需要注意的是,实验所用的纯净水必须非常纯净,不能含有任何杂质,否则会影响实验结果。同时,冷冻剂也是实验的关键,需要选择适合的温度和浓度。
在同等质量和同等冷却环境下,热水会比冷水先结冰。该现象被称为姆潘巴现象(Mpemba effect),由坦桑尼亚的中学生姆潘巴在1969年发现。2012年英国***学会赞助了一项解释姆潘巴现象的比赛,当时把奖项颁给了自然对流散热理论。不过很多科学家并不买账,于是又有人提出,水的分子间氢键才是解释姆潘巴现象的关键。水分子之间的氢键是有弹性的,而热水的氢键被拉得更开,所以在冷却时的收缩速度更快,从而导致热水温度能更快地降到冰点
开水先结冰吧。
冷却主要取决于液体表面,冷却速率决定于液体表面的温度而不是它整体的平均温度,液体内部的对流使液面温度维持得比体内温度高,即使两杯液体冷却到相同的平均温度,原来热的系统其热量仍要比原来冷的系统损失得多。
从两个方面详细解释,过程比较复杂.
1、物理原因
从物理方面来说,致冷有四种并存的机制:辐射、传导、汽化、对流.通过实验观察并对结果进行比较,发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合效果.如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析其原因就更能说明问题了:
盛有初温4℃冷水的杯,结冰要很长时间,因为水和玻璃都是热传导不良的材料,液体内部的热量很难依靠传导而有效地传递到表面.杯子里的水由于温度下降,体积膨胀,密度变小,集结在表面.所
以水在表面处最先结冰,其次是向底部和四周延伸,进而形成了一个密闭的“冰壳”.这时,内层的水与外界的空气隔绝,只能依靠传导和辐射来散热,所以冷却的速率很小,阻止或延缓了内层水温
继续下降的正常进行.另外由于水结冰时体积要膨胀,已经形成的“冰壳”也对进一步结冰起着某种约束或抑制作用.
盛有初温100℃热水的杯,冷冻的时间相对来说要少得多,看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖,看不到“冰壳”形成的现象,只是沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶(在初温低于12℃时,看不到这种现象).随着时间的流逝,冰晶由细变粗,这是因为初温高的热水,上层水冷却后密度变大向下流动,形成了液体内部的对流,使水分子围绕着各自的“结晶中心”结成冰.初温越高,这种对流越剧烈,能量的损耗也越大,正是这种对流,使上层的水不易结成冰盖.由于热传递和相变潜热,在单位时间内的内能损耗较大,冷却速率较大.当水面温度降到0℃以下并有足够的低温时,
水面就开始出现冰晶.初温较高的水,生长冰晶的速度较大,这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故,最后可以观察到冰盖还是形成了,冷却速率变小了一些,但由于水内部冰晶已经生长而且粗大,