1樓：匿名使用者
"熱水比冷水先結冰"
事實上，在一般實驗條件下，熱水會比冷水更快結冰。這種現象違反直覺，甚至連很多科學家也感到驚訝。但它的確是真的，曾在很多實驗觀察和研究過。
雖然在經過亞里斯多德、培根，和笛卡兒 [1- 3] 三人的介紹後，此現象已被發現了幾個世紀，但卻一直沒有被引入現代科學。直至2023年，才由坦尚尼亞的一間中學的一個名叫 mpemba 的學生引入現代科學。這個效應早期發現史，和後期 mpemba 再發現的故事－－尤其是後者，都是充滿戲劇性的寓言。
寓意人們在判斷什麼是不可能時，別過於倉促。這一點，下面會說到。
熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「mpemba 效應」。無疑地，很多讀者對這一點很懷疑，因此，有必要先明確地指出，什麼是 mpemba 效應。有兩個形狀一樣的杯，裝著相同體積的水，唯一的分別是水的溫度。
現在將兩杯水在相同的環境下冷卻。在某些條件下，初溫較高的水會先結冰，但並不是在任何情況下，都會這樣。例如，99.
9° c 的熱水和 0.01° c 的冷水，這樣，冷水會先結冰。mpemba 效應並不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下，都可看到。
這似乎是不可能的，不少敏銳的讀者可能已經想出一個方法，去證明它不可能。這種證明通常是這樣的： 30° c 的水降溫至結冰要花 10 分鐘， 70° c 的水必須先花一段時間，降至 30° c，然之後再花 10 分鐘降溫至結冰。
由於冷水必須做過的事，熱水也必須做，所以熱水結冰較慢。這種證明有錯嗎？
這種證明錯在，它暗中假設了水的結冰只受平均溫度影響。但事實上，除了平均溫度，其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻，70° c 的水，冷卻到平均溫度為 30° c 的水，水已發生了改變，不同於那杯初始溫度均勻，30° c 的水。
前者有較少質量，溶解氣體和對流，造成溫度分佈不均。這些因素亦會改變冰箱內，容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。
所以前面的那種證明是行不通的，事實上，mpemba 效應已在很多受控實驗中觀察到 [5,7-14]。
這種現象的發生機制，仍然沒有得確切的瞭解。雖然有很多可能的解釋已被提出過，但到目前為止，還沒有一個實驗可以清晰地顯示它的機制。如果有的話，這實驗就十分重要了。
你可能會聽到有人很自信地說，x 是 mpemba 效應的原因。這些說法通常都是基於猜測，或只看著小量文獻的證據，而忽略其它。當然，有根據地猜測，和選擇你信賴的實驗結果，是沒錯的。
問題是，對於什麼是 x，不同的人提出不同的說法。
為什麼現代科學不回答這個看起來很簡單的結冰問題？主要的問題是，水結冰所花的時間的長短，對實驗設計中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質、結冰時間的定義，等等。
因為這種敏感性，即使有實驗支援 mpemba 效應的存在，但不能支援在這些條件之外， mpemba 效應的發生和發生的原因。正如 firth [7] 所講「這個問題有太多的變數，以致任何從事這項研究的實驗室，一定會得出和其它實驗室不同的結果。」
2樓：匿名使用者
姆潘巴的問題——開水比涼水先結冰的奧祕
如果向你提問：「同樣多的開水和冷水一同放進冰箱裡，哪個先結冰？」，你很可能帶著譏笑回答：「當然是冷水了！」錯啦！
1. 姆潘巴的物理問題
坦尚尼亞的馬乾巴中學三年級曾有一位名叫姆潘巴的學生，在學校他經常與同學一起做冰淇淋吃。他們的做法是這樣的：先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷卻後再倒入冰格中，然後放進冰箱的冷凍室內冷凍。
因為學校裡的同學很多，所以冷凍室放冰格的位置一直供不應求。
一九六三年的一天，當姆潘巴來做冰淇淋時，冰箱冷凍室內放冰格的空位已經所剩無幾了。一位同學為了搶在他前面，竟把生牛奶加糖後立即搶先放在冰格中送進了冰箱的冷凍室。而姆潘巴只好急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不得冷卻，立即把滾燙的牛奶倒入冰格，送入冰箱的冷凍室裡。
奇蹟發生了，過了一個半小時後，姆潘巴發現他的熱牛奶已經凍結了，而其他同的冷牛奶卻還是粘稠的液，並沒有結冰，這個現象使姆潘巴驚愕不已！
2. 嘲笑和回答
姆潘巴百思不得其解，就去請教物理老師：為什麼熱牛奶反而比冷牛奶先凍結？老師的回答是：「你一定弄錯了，這樣的事是不可能發生的。」姆潘巴並沒有就此罷休，他牢牢地記下了這個不同尋常
的現象，常陷入深思之中……
姆潘巴後來升入了伊林加的姆克瓦高中，他並沒有忘記這個問題，又向高中的物理老師請教：「為什麼熱牛奶和冷牛奶同時放進冰箱，熱牛奶先凍結？」他沒想到老師卻這樣嘲笑說：「我所能給你的回
答是：你肯定錯了。」當他繼續提出疑問與老師辯論時，老師又譏諷他：「這是姆潘巴的物理問。」姆潘巴想不通，不滿意，但又不敢頂撞教師。
3. 博士的答卷
終於，一個極好的機會來到了，達累斯薩拉姆大學物理系主任奧斯玻恩博士訪問姆克瓦高中。奧斯玻恩博士給學生作完了學術報告，接下去是回答同學的問題。姆潘巴經過充分的醞釀，鼓足勇氣向他
提出了那個多年思慮的問題：
如果你取兩個相似的容器，放入等容積的水，一個處於35℃，另一個處於100℃，把它們同時放進冰箱，100℃的水先結冰，為什麼？
奧斯玻恩博士在小姆潘巴面前接到了一份嚴肅認真的「考卷」，他還是第一次聽說到這個不同尋常的現象。感到為難和迷惑的博士並不掩飾什麼，而是實事求是地回答道：「這個，我不知道，不過我
保證在我回到達累斯薩拉姆之後親自做這個實驗。」回去後，他立即和他的助手做了這個實驗。結果證明，姆潘巴說的那個現象是一個實實在在的事實！這究竟是怎麼一回事？為什麼會這樣呢？
一九六九年，由姆潘巴和奧斯玻恩兩人撰寫的一篇文章發表在英國《物理教師》雜誌上，文章對「姆潘巴的物理問題」做了詳細的實驗記錄，並對問題的原因作了第一次嘗試性的解釋。
他們做了一系列的實驗。實驗用品是直徑4.5釐米，容積100毫升的硼矽酸玻璃燒杯，內放70毫升沸騰過的各種不同溫度的水。通過對實驗結果的定量分析得出了這樣的結論：
冷卻主要取決於液體表面；
冷卻速率決定於液體表面的溫度而不是它整體的平均溫度；
液體內部的對流使液麵溫度維持得比體內溫度高（假定溫度高於4℃）；
即使兩杯液體冷卻到相同的平均溫度，原來熱的系統其熱量仍要比原來冷的系統損失得多；
液體在凍結之前必然經過一系列的過渡溫度，所以用單一的溫度來描述系統的狀態顯然是不夠的，還要取決於初始條件的溫度梯度。
奧斯玻恩博士雖然沒有最終解決姆潘巴的物理問題，但面對科學和事實，他給了小姆潘巴和我們一份科學求實的答卷。
4. 問題遠比想象的要複雜
後來許多人也在這方面做了大量的實驗和研究，人們發現，這個看來似乎簡單的問題實際上要比我們的設想複雜得多，它不但涉及到物理上的原因，而且還涉及到作為結晶中心的微生物的作用，是一
個地地道道的「多變數問題」。
(1). 物理原因
從物理方面來說，致冷有四種並存的機制：輻射、傳導、汽化、對流。通過實驗觀察並對結果進行比較，發現引起熱水比冷水先結冰的原因主要是傳導、汽化、對流三者相互作用的綜合效果。
如果把熱水和冷水結冰的過程敘述出來並分析其原因就更能說明問題了：
盛有初溫4℃冷水的杯，結冰要很長時間，因為水和玻璃都是熱傳導不良的材料，液體內部的熱量很難依靠傳導而有效地傳遞到表面。杯子裡的水由於溫度下降，體積膨脹，密度變小，集結在表面。所
以水在表面處最先結冰，其次是向底部和四周延伸，進而形成了一個密閉的「冰殼」。這時，內層的水與外界的空氣隔絕，只能依靠傳導和輻射來散熱，所以冷卻的速率很小，阻止或延緩了內層水溫
繼續下降的正常進行。另外由於水結冰時體積要膨脹，已經形成的「冰殼」也對進一步結冰起著某種約束或抑制作用。
盛有初溫100℃熱水的杯，冷凍的時間相對來說要少得多，看到的現象是表面的冰層總不能連成冰蓋，看不到「冰殼」形成的現象，只是沿冰水的介面向液體內生長出針狀的冰晶（在初溫低於12℃時，看不到這種現象）。隨著時間的流逝，冰晶由細變粗，這是因為初溫高的熱水，上層水冷卻後密度變大向下流動，形成了液體內部的對流，使水分子圍繞著各自的「結晶中心」結成冰。初溫越高，這種對流越劇烈，能量的損耗也越大，正是這種對流，使上層的水不易結成冰蓋。
由於熱傳遞和相變潛熱，在單位時間內的內能損耗較大，冷卻速率較大。當水面溫度降到0℃以下並有足夠的低溫時，
水面就開始出現冰晶。初溫較高的水，生長冰晶的速度較大，這是由於冰蓋未形成和對流劇烈的緣故，最後可以觀察到冰蓋還是形成了，冷卻速率變小了一些，但由於水內部冰晶已經生長而且粗大，
具有較大的表面能，冰晶的生長速率與單位表面能成正比，所以生長速度仍然要比初溫低的水快得多。
(2). 生物原因
同雨滴的形成需要「凝結核」一樣，水要結成冰，需要水中有許許多多的「結晶中心」。生物實驗發現，水中的微生物往往是結晶中心。某些微生物在熱水（水溫在100℃以下一點）中繁殖比冷水中快，這樣一來，熱水中的「結晶中心」就要比冷水中的「結晶中心」多得多，加速了熱水結冰的協同作用：
圍繞「結晶中心」生長出子晶，子晶是外延結晶的晶核。對流又使各種取向的分子流過子晶，依靠晶體表面的分子力，抓住合適取向的水分子，外延生長出分子作有序排列的許多晶粒，懸浮在水中。結晶釋放的能量則通過對流放出，而各相鄰的冰粒又連結成冰，直到水全部凍結為止。
以上是科學家對觀察到的現象進行綜合分析所得出的一些結論和提出的一些解釋。但要真正解開「姆潘巴問題」的謎，對其做出全面定量而令人滿意的結論，還有待於進一步的探索。現在有的學者提
出用高錳酸鉀作液體示蹤劑，用雙層通電玻璃觀察窗來進一步觀察，有興趣的讀者不妨一試，或許揭開這個歷時二十多年奧祕的人將是你。
把一杯開水和一杯冷水同時放在冰箱裡凍，哪個先結冰？
3樓：想開點吧
熱的那杯會先結冰.
從物理學角度看，致冷有四種並存的機制：輻射、傳導、汽化、對流，通過實驗觀察發現，引起熱水比冷水先結冰的原因主要是傳導、汽化、對流三者相互作用的綜合結果。玻璃杯內盛有4℃冷水結冰時，因為水和玻璃都是熱的不良導體，液體內部的熱量很難靠傳導傳遞到表面，杯中水由於溫度下降，體積膨脹，密度變小而集結在表面，所以在水錶面處最先結冰，其次是底部和四周，從而形成一個密閉的「冰殼」。
這時內層的水便與空氣隔絕，只能靠傳導和輻射來散熱，冷卻得很慢，另外，這個「冰殼」對水結冰時體積膨脹起了「抑制」作用，這也延緩了內部結冰的速率。而盛有100℃熱水那一杯冷凍的時間相對來說要少得多，看到的現象是表面的冰層總不能連成冰蓋，看不到「冰殼」，看到的卻是沿冰水介面向液體內生長出針狀冰晶（在初溫低於12℃時看不到此現象），且逐漸變粗，這是因為初溫度的熱水，上層水冷卻密度變大向下流動，形成液體內部對流，使水分子圍繞各自的結晶中心結成冰，初溫越高，這種對流越激烈，能量損耗也越大，冷卻的速率也越快，儘管最後「冰蓋」還是形成了，冷卻速率變小，但由於水內冰晶已經生長且粗大，具有較大的表面能，所以冰晶生長的速率仍然比初溫低的水快得多。
從生物作用方面看，水中的微生物往往是水得以結冰的「結晶中心」。而某些微生物在熱水（100℃以下）中繁殖比冷水中快，這一來，熱水中的「結晶中心」比冷水中多得多，從而加速了熱水結冰的協同作用
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