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必邦黄金玛卡:相同容积的冷水跟开水一起放在冰箱里里,哪一个比较容易结冻?
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发布时间: 2022-12-16 10:30:57

炎热夏日,急于用冰的你,都会选择将冷水或是开水放入冰箱呢?基本常识告诫我们,肯定要用冷水。由于冷水温度变低,因此更加容易结冻。但是几十年前,一位青少年结果发现:电冰箱中,开水要比冷水先结冻。这不但改变了大家黄金玛卡10粒价格的认识,还在学界引起了将近五十年的争执。

开水其实比冷水迅速结冻,这一广为人知这样的说法身后还有一个有趣的小故事。1963 年,还在下中学的坦桑尼亚青少年埃拉斯托?姆潘巴(Erasto Mpemba)和同学一起制作冰淇淋。为占领有限的资源电冰箱室内空间,姆潘巴并没有像别的同学一样等牛乳制冷到室内温度,反而是直接将刚蒸好的热奶扔到了电冰箱。一个半个小时后,他发现自己热奶早已冻住了冰激凌,但跟热奶一起放入冰箱的冷牛奶仍是粘稠炼乳状态。热奶为什么会比冷牛奶迅速冻洁呢?姆潘巴十分疑惑,就出去了解自身中学的老师,对方表示:“你一定是搞错了,那不可能会发生。”

姆潘巴满怀这样的疑问,一直等到科学家丹尼斯?奥斯本(Denis Osborne)赶到姆潘巴的普通高中旁边听物理课程。奥斯本一直还记得,那个少年伸手询问道:“假如你用2个量杯,各自装相等水,但一杯水是 35°C,另一杯是 100°C。再将两杯水一起放入冰箱,你就会发现 100°C 的那一杯水更先冻洁,这是什么原因?”奥斯本乍听之下并不坚信,但觉得好玩,他做了试验。然后奥斯本邀约姆潘巴到坦桑尼亚达累斯萨拉姆高校(University of Dares Salaam)一同科学研究这个现象,并把它被命名为“姆潘巴效应”(Mpemba effect)。

姆潘巴和奥斯本于 1969 年于《物理教育》(Physics Education)杂志上发布了文章内容,初次展现了姆潘巴效应。但是令人费解的是,她们没法在后期实验操作中平稳地反复最初实验结论。从而引起了极大的分歧:试验不成功到底代表了姆潘巴效应不会有?或是因为试验过度不光滑,没有考虑到不明自变量产生的影响?实际上,冻洁试验十分细致,一切细微的细节可能会影响冻洁全过程。

从前的几十年里,专家给出了诸多基础理论来描述姆潘巴效应。有些人认为:开水比冷水挥发更快,容积要比冷水小,因此能迅速结冻;另一些人觉得:冷水中融解女性口服购买黄金玛卡多少钱一盒气体大量,因此零度也更加低;还有人认为是外在因素在作祟:杯内在电冰箱时会凝固出一层霜,它可防止发热量从冷水散发。但开水会不断地溶化这一层霜,进而更有效地释放发热量、制冷结冻。

但是,这种表述都有一个前提条件 —— 姆潘巴效应现实存在,开水确实比冷水迅速结冻。但并不是所有人认可这一前提条件。

2016 年,美国伦敦帝国学院(Imperial College London)的科学家伯特?伯赫伯特(Henry Burridge)和英国剑桥大学(University of Cambridge)的一位数学家韦德?林登(Paul Linden)尝试了姆潘巴效应。因为不能直接观察冻洁全过程,伯赫伯特和林登继而精确测量水的温度从原始温度降到 0℃所需要的时长。她们惊奇地发觉,这样的结果在于温度计在水里摆放位置:假如温度计放置于同样深层,那样冷水热水间不会有姆潘巴效应;那如果温度计摆放深度哪怕有 1 公分的误差,就很有可能不恰当地“确认”姆潘巴效应。

伯赫伯特和林登的此项实验结论,展现了冻洁试验的相对高度敏感度,尽管没法判断姆潘巴效应存不存在,但是它揭露了这一效用这般不稳定重要缘故:一杯水在快速降温减温的过程当中,是一个不稳定非均衡系统。

做为比照,常温下水便是处在热力循环状态下的系统,能用三个主要参数来表示:温度、容积和分子数。假若把这一杯水放入冰箱,不难想象,接近杯内的两侧水分处严寒,但水杯内部水分依然保持温馨。这时,杯里液态就不会再用温度与压力等主要参数确切地叙述,由于全部主要参数都是在随时变化,它也就变成了不稳定非平衡态系统。而一直以来,科学家对非平衡态系统了解很少。

英国北卡罗来纳高校(University of North Carolina)化学系终身教授 Zhiyue Lu 在少时看到姆潘巴效应,就会产生求知欲。在研究生阶段,他学了非均衡热学后,就开始设计验证姆潘巴效应的试验。Lu 美国黄金玛卡胶囊之后认识了奥伦?拉兹(Oren Raz),后面一种在非洲魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)科学研究非平衡态统计物理,二人便一同制定了科学研究姆潘巴效应的研究视角。

2017 年,Lu 和拉兹在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发布了文章内容。根据任意粒子动力学模拟,发现在一些特殊条件下,姆潘巴效应和逆姆潘巴效应(例如冷水比开水迅速提温)都可能发生。科学研究数据显示,较热系统的粒子有更多动能,因而能来尝试大量温度转变的路线,这当中也包括一条“近道”:在制冷环节中,热系统根据近道能超出冷系统,更有效地到达最后情况。

“大家都主观臆断地觉得,温度趋势是线形的 —— 或增或减,”拉兹讲到。“系统一直从比较高温度,降至正中间温度,再从相对较低的温度。可是非均衡系统用温度叙述,本是个缪误。如此一来,存有‘怪异近道’也就不再有意思了。”

2019 年,国外弗吉尼亚大学(University of Virginia)统计分析科学家玛利亚?武采利亚(Marija Vucelja)和拉兹等明确提出基础理论预测分析:姆潘巴效应在大多数混乱原材料(材料上的分子结构非周期性排序)里都可能会发生,例如夹层玻璃。此项基础理论预测分析覆盖面积极广,包括了各种各样原材料,但是水并不是混乱原材料,没有在此项基础理论的描述范围之内。

因为认证这种基础理论预测分析,拉兹和 Lu 找到实验物理学家罗伯特?贝希霍夫(John Bechhoefer)。贝希霍夫与他的合作方阿维纳什?库马尔(Avinash Kumar)给出了一个巧妙的实验方法。她们采用细微的玻璃珠(显微镜下才由此可见)代替系统里的外部经济粒子,并且用激光制造出 W 型“动能景貌”(energy landscape)。W 形中比较深的谷代表了系统最后的平稳平衡态;而另一个偏浅的谷,则意味着系统间距最后平衡态近点的一个亚稳态,由于粒子很有可能掉入在其中,但是最终更有可能掉入比较深的峡谷里。

他将“动能景貌”放进水里,玻璃珠就可以解决作用力,随意挪动。然后,她们把这个玻璃珠摆放到动能景貌中的差异部位,反复一千次试验后,累加统计分析这一千次的观察最后。那样一千个单独粒子的系统就等额的于一个带有一千个粒子的系统。

科研人员将玻璃珠放置于动能景貌里的哪里都,来仿真模拟原始较热系统。由于热系统蕴涵大量动能,粒子能够更活跃地在动能景貌中四处行走探寻。而仿真模拟较凉的系统时,那就需要把玻璃珠的原始部位控制在接近幽谷的地区。仿真模拟制冷全过程时,玻璃珠都会先沉到其中一个谷,然后在水分振荡下,玻璃珠会到2个谷间往返弹跳。当玻璃珠在每一个谷平均停留时长比例平稳时,就能判断它已经完成制冷全过程。依据玻璃珠所在环境中的水的温度及其动能景貌尺寸的差别黄金玛卡辉腾哪里买 ,判断制冷是不是完成规范也会有所不同。比如,可以按 20% 的时间也掉入亚稳态和 80% 的时间也掉入稳定态来判断该粒子已经完成制冷。

在一些状态变量下,热系统会比冷系统制冷变慢,这合乎我们自己的判断力。但有时候,热系统里的粒子更加容易地沉到深谷。当试验主要参数调节恰到好处时,热系统的粒子似乎是马上做到所规定的制冷进行态,比冷系统快得多 —— 拉兹和武采利亚等早就预测分析到这种情况,并把它被命名为强姆潘巴效应。2020 年,这些人在《自然》(Nature)杂志上发布这一结论。今年初,他又在《美国国家科学院院刊》上发布了相关逆姆潘巴效应的实验分析。

“结论十分明确,”意大利科尔多瓦高校(University of Granada)的劳尔?里卡?阿拉尔孔(Raúl Rica Alarcón)讲到,他正在进行姆潘巴效应的有关试验。“这种科学研究都显示,离总体目标情况更远的系统其实是可以更有效地到达总体目标状态下的。”

贝希霍夫的试验提供了一种表述 —— 姆潘巴效应可能会发生在亚稳态的系统中。但是它是不是唯一的解释?别的化学物质又是怎样亲身经历非均衡的加温和降温环节,是不是会有姆潘巴效应呢?各种问题至今仍是不解之谜。甚至是水里存不存在姆潘巴效应,也仍然是难以解决问题。

“了解系统从非平衡态弛豫时间至平衡态的一个过程,是很重要的课题研究。但挑明而言,让我们迄今都没有好的思想体系。”拉兹讲到。分辨什么系统也会像姆潘巴效应一样,很有可能以反直觉的形式运作,“会有利于人们更好的了解系统的弛豫时间全过程。”

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