冰箱制冷小论文
根据中学物理理论，热水和冷水在质量相同、外界环境温度相同的情况下，不仅温度在变化，而且它们在密封状态下各自的密度、体积、质量和气压都在变化，这就使得初始温度高的水的冷却速度总是比初始温度低的水快。只要外界环境温度持续下降，初始温度高的水最终会有更低的温度。(注:在常压下，当两个初始温度都不低于4℃时即可成立)；当两者的初始温度不高于4℃时无效；当其中一个不高于4℃，另一个不低于4℃时，就要讨论它们在密封状态下的初始温度、密度、体积、质量和气压。)Mpamba问题讨论的是初始温度为35℃的水和初始温度为65，438+000℃的水，两者都高于4℃，所以会出现MP AMBA效应。冰箱温度不均匀。如果Mpamba恰好把它的冰盒放在冷却管附近，甚至接触到它，热牛奶完全有可能比冷牛奶先结冰。2.如果Mpamba不爱吃甜的，他在雪糕里放的糖少了，或者因为匆忙没时间搅拌，糖粒沉在箱底形成固体，实验证明可以先结冰；3.Mpamba自制的雪糕，不仅在牛奶中加了糖，还加了淀粉类物质，少放糖少放牛奶会先结冰。
受访者:a348488974 |二级| 2010-11-19 22:26。
姆平巴效应(Mpemba effect)，也称姆平巴效应，是指同体积、同质量、同
在同等冷却环境下，温度稍高的液体比温度稍低的液体先冻结的现象。亚里士多德、培根和笛卡尔都以不同的方式描述了这一现象，但都未能引起广泛关注。1963坦桑尼亚马坎巴中学初三学生姆班巴经常和同学一起做冰淇淋。在烹饪的过程中，他们总是将生牛奶煮沸，加入糖，冷却后倒入冰块中，然后放入冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴在做冰淇淋的时候，冷冻室已经没有多少空间了。为了抢占冰箱的剩余空间，姆潘巴不得不匆忙将牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就将煮沸的牛奶倒入冰块中，送进冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他非常不解的现象:他放进去的热牛奶已经变成了冰，而其他同学放进去的冷牛奶还是一种非常粘稠的液体。按理说水温越低结冰越快，牛奶含有大量水分。应该是冷牛奶比热牛奶结冰快，但是事实怎么反过来呢？Mpamba把这个疑问从初中带到了高中。他先后咨询了几位物理老师，都没有得到答案。一位老师觉得他问的问题近乎荒谬，于是用讽刺的口吻说:你说的这叫姆彭巴效应！然而，执着的Mpamba并不认为他的问题很可笑。他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯本博士来他们学校参观的机会，提出了自己的问题。医生没有嘲笑他的问题。回到实验室后，医生按照Mpamba的说法做了冷热牛奶和冷热水物理的实验。结果他观察到了Mpamba描述的颠覆常识的奇怪现象。于是他邀请Mpamba和他一起深入研究这一现象。1969年，他和Denis G. Osborne)***博士就此现象写了一篇论文，因此该现象以此命名。“mpemba效应”真的能颠覆我们之前关于水结冰的常识吗？四十多年来，许多论文和实验都试图证实这一现象背后的原理，但由于缺乏科学的实验数据和定量分析，至今没有定论。
受访者:a348488974 |二级| 2010-11-19 22:26。
姆平巴效应(Mpemba effect)，也称姆平巴效应，是指同体积、同质量、同
在同等冷却环境下，温度稍高的液体比温度稍低的液体先冻结的现象。亚里士多德、培根和笛卡尔都以不同的方式描述了这一现象，但都未能引起广泛关注。1963坦桑尼亚马坎巴中学初三学生姆班巴经常和同学一起做冰淇淋。在烹饪的过程中，他们总是先将生牛奶煮沸，加入糖，冷却后倒入冰块中，然后放入冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴在做冰淇淋的时候，冷冻室已经没有多少空间了。为了抢占冰箱的剩余空间，姆潘巴不得不匆忙将牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就将煮沸的牛奶倒入冰块中，送进冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他非常不解的现象:他放进去的热牛奶已经变成了冰，而其他同学放进去的冷牛奶还是一种非常粘稠的液体。按理说水温越低结冰越快，牛奶含有大量水分。应该是冷牛奶比热牛奶结冰快，但是事实怎么反过来呢？Mpamba把这个疑问从初中带到了高中。他先后咨询了几位物理老师，都没有得到答案。一位老师觉得他问的问题近乎荒谬，于是用讽刺的口吻说:你说的这叫姆彭巴效应！然而，执着的Mpamba并不认为他的问题很可笑。他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯本博士来他们学校参观的机会，提出了自己的问题。医生没有嘲笑他的问题。回到实验室后，医生按照Mpamba的说法做了冷热牛奶和冷热水物理的实验。结果他观察到了Mpamba描述的颠覆常识的奇怪现象。于是他邀请Mpamba和他一起深入研究这一现象。1969年，他和Denis G. Osborne)***博士就此现象写了一篇论文，因此该现象以此命名。“mpemba效应”真的能颠覆我们之前关于水结冰的常识吗？四十多年来，许多论文和实验都试图证实这一现象背后的原理，但由于缺乏科学的实验数据和定量分析，至今没有定论。
坚硬的东西会造成伤害。
最近，美国华盛顿大学的乔纳森·凯兹通过对姆彭巴效应的深入研究，抓住了隐藏的幽灵。他证实，这种现象不仅是真实的，而且是造成这种现象的鬼魂。然而，鬼只是一些隐藏在水中的普通“硬物”。在破译mpemba效应的过程中，Katz把目光盯在了水面上。我们知道，当水被加热时，隐藏在水中的一些可溶性硬物质，如碳酸钙、碳酸镜等，会被排出，形成沉淀物。我们日常生活中常见的水壶内壁附着的水垢就是它们被赶出去的证据。达到沸点后，水将因除去大多数硬物而变软。卡茨发现，不加热的硬水的冰点低于加热的软水，是因为里面有坚硬的物体，减缓了硬水的冻结速度。这个原理就像雪后在路面撒盐会防止结冰一样。盐的混合会降低雪的冰点，所以雪结冰的过程会被拉长。但仅凭这一发现并不能直接解决mpemba效应，因为MP emba的学生在制作冰淇淋的过程中，先将生牛奶煮熟。那为什么Mpamba的热牛奶会先结冰？卡茨发现原因还是水中的硬物:为了吃到美味的冰淇淋，他们都在牛奶中加入了糖，糖实际上使牛奶液体变硬了。但热奶液的硬度其实比冷奶低，导致两者冰点的差异。硬度较高的冷牛奶冰点相对较低。这样，冰点稍高的热牛奶自然比冰点稍低的冷牛奶先结冰。当然，降低低温水的结冰速度还有一个原因，因为实验证明，水散热的速度取决于温差，也就是说，在同样的低温环境下，温度相对较高的水比温度相对较低的水散热更快。牛奶也是如此。那么为什么mpemba效应在很多实验中并不是每次都出现呢？卡茨认为，原因是实验者一开始用的是软水。用同样的软水做冷热实验，由于水的冰点相同，散热速度对冻结速度影响不大，所以mpemba效应没有那么明显。
“硬水理论”的误区
第一，自然界中能满足人类生活要求的水的硬度不能很高，否则会危害健康。所以，人类使用的硬水即使烧开后，冰点温度也不会明显升高，一般冰箱制冷的情况下，热水也很难先结冰。不然经常会出现热水比冷水先结冰的情况，物理老师也不能说mpemba效应是骗人的。如果“硬水理论”成立，前提是所有完成沸水冷冻实验的研究人员首先选择了硬度极高的水，这对人类是有害的，这显然不符合常识。其次，理论上，自然界有很多情况可以使水沸腾后冰点上升。比如水或牛奶被微生物污染时，冰点温度会下降，但煮沸后也会上升，等等。再次，根据水的基本物理特性，mpemba效应的实验也可以用软水来完成，现实中也有很多用软水来完成这个实验的例子。
编辑这一段去掉常识
目前，这一现象已被向明中学中国三名女学生证明只是上述四个因素的巧合。一般情况下，冷水还是先结冰。超过100次的实验，最终带来了数万条有价值的数据。虽然有先进的自动化仪器帮助，但是整理、分析、汇总成千上万的数据还是挺麻烦的。暂且不论课题组花了多长时间画出11的分析示意图，我们只需要摘录论文的“数据记录分析”部分，其复杂程度可见一斑:冷热纯牛奶的对比；冷热糖奶的比较；不加糖和淀粉的冷牛奶和热牛奶的比较；含糖和淀粉的冷牛奶和热牛奶的比较:冷热纯水的比较；冷热糖水的对比；冷盐水和热盐水的比较；冷纯净水对比纯牛奶；糖冷热淀粉与无糖冷热淀粉的比较...经过严格分析，结论自然得出:在同等质量、同等外界温度环境条件下，不会出现mpemba效应，热液体不可能先结冰。最后四个月得出结论:在均质等量和外界温度环境条件下，热液体不可能先于冷液体冻结，并提出造成误解的三种可能。他们认为，只有当冰箱存在温差，牛奶中的糖分含量不同，或者糖分没有溶解，含有较多淀粉等非液体成分时，才可能发生mpemba效应。(央视V2 2005年7月6日20: 30播出Mpamba)热水的分子活性比较强，冷的时候容易凝结。
姆彭巴效应的证明
异质性造成了这种现象。
姆彭巴效应被称为世界物理难题。但是根据中学物理的理论可以发现，Mpamba问题只是一个中学生知识的综合问题，每个中学生都能掌握证明的方法。证明:假设热水能先于冷水结冰，必要条件要么是热水的冰点高于冷水，要么是热水的冷却速度快于冷水。因为在常压下，纯热水的冰点与冷水的冰点相同，所以要证明mpemba效应，必须证明热水的冷却速度比冷水快。根据物理学的基本理论，热水的蒸发强度大于冷水，密度小于冷水。如果你拿两个相同的未密封的容器，放入等量的水，一个是热水，一个是冷水，同时把它们放在相同的外部环境温度下。在冷却的过程中，热水由于蒸发损失的水分比冷水多，所以初始温度高的水最终质量必然小于初始温度低的水，热水的冷却速度必然总是比冷水快。如果你拿两个完全相同的密封容器，放入等量的水，一个是热水，一个是冷水，同时把它们放在相同的外界环境温度下。在冷却的过程中，热水密度的增加和体积的减少所形成的容器内的气压必然低于冷水。热水的沸点温度比冷水低，对流强度比冷水大。热水在单位时间内损失的热量总是比冷水多，所以热水的冷却速度总是比冷水快。同时，根据水的三相图理论，当水的气压降低时，冰点温度升高。初始温度高的沸水的冰点比冷水的冰点高，是因为它受到的气压比初始温度低的冷水低。因为在相同质量、相同外界环境温度的情况下，热水的冷却速度总是比冷水快，所以当外界环境温度处于持续冷却状态时，热水的温度会低于冷水的温度；当外界环境温度在特定时间或温度范围内处于冷却状态时，热水的温度会等于或高于冷水的温度。因此，在量和外界环境温度均质的情况下，热水的温度会低于冷水的温度是一种普遍现象，而在特定的外界环境温度条件下，冷水比热水先结冰是一种特殊现象。如果我们选择同样质量和数量的纯水，一个是4℃的冷水，一个是100℃的开水，在同样的使两者冷却速度非常慢的外界环境温度条件下做实验，那么没有人能使4℃的冷水先于100℃的热水结冰。可以通过实验证明mpemba效应符合物理学的基本理论，人们否定mpemba效应主要是因为自身在观察客观事物或冷冻实验过程中的不足。根据中学物理的基本理论和目前已经掌握的正确实验方法，我们可以知道，只有在相同的外界环境温度条件下，将初始温度较低的冷水冷却到长时间或无限长时间完全冻结的状态，才可能或必须发生mpemba效应。因此，mpemba效应的发生需要制冷机缓慢降温，制冷机降温越慢，温度不均匀现象越弱，对实验结果的影响越小。冰箱降温越快，温度不均现象越强烈，有利于冷水先冻，不利于热水先冻。Mpamba将牛奶煮沸后立即放入冰箱，但他的同学将冷牛奶不加热直接放入冰箱。如果两个人都把糖放在冰箱里，热牛奶里糖的溶解速度要比冷牛奶快很多，所以最先结冰的应该还是同学的冷牛奶。Mpemba效应作为一个客观事实，几十年来一直受到世界物理学界的怀疑和争议，近年来国内也出现了否定的声音。其实完成这个证明很简单:将等量的初始温度为100℃的开水和初始温度为35℃的冷水同时放入冰柜。如果冷冻室的温度条件导致水迅速降温，我们经常会看到初始温度低的水先结冰，但这只是片面现象。只要切断冰箱的电源，冰柜里的温度就会升高。当冻结的开水和冷水完全溶解后，再进行冻结实验，结果只能是原来的开水先冻结。如果重复这个实验过程，所有的结果都是一样的。所以在急速冷却的状态下，冷水是可以出现的，而且只结冰一次。如果冰箱冷冻室的温度条件对水形成缓慢冷却状态，我们看到的是初始温度高的开水先结冰。如果此时提高冰柜内的温度，沸水和冷水完全溶解后再冷却再次冻结，那么无论冰柜内的温度条件如何，原来的沸水都会先冻结。像这样反复操作，只能让原来的开水先结冰。所以冷水不可能在缓冷状态下先结冰。姆平巴效应使我们对水的特性有了更多的了解，姆平巴效应的经历表明了科学和认真的态度在认识和掌握自然中的重要性。
沸水先冷冻的实验操作
先用未密封容器完成沸水结冰实验的操作方法:(供参考)1，控制冰箱冷冻室实验初始温度为4℃，取两个相同的盘子，放入等量的水，一个是4℃的冷水，一个是100℃附近的热水，同时放入冰箱冷冻室。控制冷冻室温度每小时下降65438±0℃(或每两小时下降65438±0℃)，冷冻后记录热水和冷水的最终质量。2.冬季，实验通过自然冷却完成。当中午室外温度不低于4℃，夜间最低温度为-2~3℃时，可以选择中午取两个相同的盘子，放等量的水，一个是接近100℃的热水，一个是室外温度相同的冷水。将它们同时放在同一室外位置，记录热水和冷水完全冻结的时间及其最终质量。3.根据上海三名高中生的实验方法，记录了热水和冷水冷冻后的最终质量。根据热水最终质量小于冷水的事实，证明了热水能先于冷水结冰是因为它的冷却速度总是比冷水快。4.取两个相同的容器，放入相同重量的均质纯水，一个是100℃的开水，一个是35℃的冷水，同时放入常温(不低于水的冰点)。时间长了(5小时，10小时或1天2天)原因:开水和冷水长时间处于同一外界温度环境后，其温差几乎为零。如果容器是密封的，由于在冷却过程中密度的增加和体积的减小，容器内的气压小于冷水在容器内形成的气压。如果温度继续降低，初始温度高的沸水由于沸点更低，对流强度更大，单位时间内通过容器外壁的热传导损失的热量更多，所以沸水的冷却速度会更快达到冰点。如果容器处于未密封状态，热水因其蒸发强度大于冷水而失去更多水分，而如果继续降温，此时初始温度高的沸水比初始温度低的冷水温度低，所以单位时间的降温速度更快，可以先达到冰点。5.取同一个容器，分别将等量的开水和冷水(纯净水)同时放入冰箱。当两者都结冰时，切断冰箱电源，使冰柜内温度升至水的冰点以上。当两者都完全溶解后，再次打开冰箱电源继续冷冻，开水先结冰。出于同样的原因。6.当冰箱处于外界环境温度35℃时，切断冰箱电源，保持冷冻室温度在35℃。取同一个容器，将相同重量的100℃开水和35℃冷水(纯净水)同时放入冰箱，打开冰箱电源，控制冷冻室温度下降速度，使冷水冷却到冰点需要较长时间，然后开水先结冰。出于同样的原因。7.如果冰箱的冷冻室温度保持在0.1℃，取两个相同的容器，放入相同重量的均质纯水中，一个是0.1℃的冷水，一个是100℃的开水，同时放入冰箱，继续保持冷冻室温度在0.1℃。出于同样的原因。8、根据Mpamba问题给出的已知条件:我们可以将冷冻室的温度控制在35℃，取两个相同的容器，放入相同体积的纯水，一个是100℃的沸水，一个是35℃的冷水，同时放入冰箱并控制冷冻室的降温速率，使冷水从35℃冷却到冰点，然后是初始温度，需要很长时间。原因:常压下100℃沸水的密度小于35℃冷水的密度，所以沸水的质量小于同体积冷水的质量，所以Mpamba问题可以理解为:为什么在相同的外界环境温度下，少量热水先于大量冷水结冰？答案很简单:在急冷条件下，冷水因为初始温度低，可以先结冰；在缓冷条件下，热水的初始质量小于冷水的初始质量，由于热水的冷却，密封容器内的气压小于冷水所在的容器内的气压。在未密封的容器中，热水的蒸发强度大于冷水的蒸发强度，这使得热水和冷水的最终质量差更大，热水先结冰是因为单位时间内的冷却速度比冷水快。用密封容器做实验时，请参考未密封容器实验1，2，4，5，6，7，8的操作方法。此外，也有人认为亚里士多德原文中对这一现象的描述是这样的:“之前被加热过的水会帮助它更快地结冰”，而大多数人很可能误解了这句话的本意，即“相同温度下之前过热的水与之前未加热的水的比较”，而不是“热水与冷水的比较”。所以按照第二种理解，也就是上面讨论的，mpemba效应不成立；在第一种理解下，mpemba效应是可能成立的。
用定量分析证明mpemba效应
假设你拿两个一样的容器，分别放入1g热水和100g冷水，同时放入冰箱，人们会说热水先结冰，因为热水的质量比冷水小，热水的冷却速度更快。如果把热水的质量增加到2克，然后把它们同时放进冰箱，还是会有人说热水先结冰，也是因为热水的质量小于冷水的质量。但是我们知道，随着热水水质的提高，在冷冻室制冷强度条件不变的情况下，比之前的实验需要更长的冷冻时间。继续增加热水的质量，但总是小于冷水的质量。如果冷冻室的制冷强度条件不变，当一定质量的热水冷却到完全冻结所需的时间等于100g冷水冷却到完全冻结所需的时间时，结果是两者同时冻结。当热水小于这个“定量”时，可以先结冰，当热水大于这个“定量”时，冷水先结冰。如果通过改变冰柜中的制冷强度条件，冷却100克冷水需要更长或无限长的时间来完成冷冻，那么我们可以反过来推断，在这个更长或无限长的冷却时间里，会同时冷冻更多的优质热水或无限接近100克的热水和冷水。当热水的最终质量小于“无限接近100g”时，理论上可以先冻结热水。如果把同样质量一克的热水和冷水分别放入两个相同的未密封容器中，同时放入冰箱中，由于热水的蒸发强度大于冷水，在冷却过程中蒸发损失的水分比冷水多，热水的质量总是小于冷水，其冷却速度必然总是快于冷水。冷却一定时间后，两者温度相等，热水先结冰。如果要满足同时冻结条件，需要增加热水的初始质量，让热水的初始质量为b，和0
在本节中编辑mpemba效应的相关物理数据。
标准大气压下纯水的密度值:4℃时水的密度为0。99997;水在35℃时密度为0。99403;在100℃时，水的密度为0。95836。理论上，水在100℃时的质量比35℃时的质量小3.6%，比4℃时的质量小4.1%。纯水在标准大气压下蒸发失水的数据可以通过实验获得(由于水的蒸发受多种因素影响，数值仅供参考):首先取两个相同的直径为6。5厘米，身高9。将160克水放入5厘米的塑料杯中，一个是100℃的开水，一个是35℃的冷水。同时放入-18℃的冷冻室。30分钟后，开水质量为155克，水分因蒸发损失3%。冷水质量为159g，因蒸发损失0%水分。6%。第二，取两个相同的，直径25 cm，高3。3 cm金属板，放700克水，一个是100℃的开水，一个是35℃的冷水。同时放入-18℃的冷冻室。60分钟后，沸水会因蒸发而失去水分。5%;冷水由于蒸发而失去水分。4%。第三，直径25 cm，高3。3 cm金属板，100℃放880克开水，29℃放开水。在5℃(无风)的房间里，40分钟后，沸水冷却到35℃，质量为810g，蒸发损失8%的水分；75分钟后，沸水冷却至365438±0℃，质量为805克，由于蒸发损失了8%的水分。5%。实验二(国内否定mpemba效应的人提供):实验容器为烧杯(烧杯直径和高度不祥)，水的体积为3-5升，实验条件为在冰箱中冷却至0℃(可以推断蒸发环境温度低于0℃)。将3-5升开水放入烧杯中，用天平称量，然后放入冰箱冷却至0℃，再放在天平上称量。蒸发损失的水分为1%至3%。参考以上数据，根据Mpamba问题给出的条件，用相同体积的开水和35℃的冷水进行实验。当采用不同的方法时，开水的最终质量比冷水少4。6%(密度3。6%，蒸发量1%)-12。1%(密度3。6%。蒸发8。5%)。按照国内某些人的误解，如果用同样量的开水和35℃的冷水做实验，采用不同的方法时，开水的最终质量比冷水(蒸发)-8少1%。5%(蒸发)。如果选择蒸发面积更大、高度更小、环境温度更适宜、操作方法更科学的容器，实验过程中因蒸发而产生的热水和冷水的差别必然更大。