靜電現(xiàn)象的應(yīng)用(姆潘巴現(xiàn)象的應(yīng)用)
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1、從物理學(xué)角度看,致冷有四種并存的機(jī)制:輻射、傳導(dǎo)、汽化、對流,通過實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn),引起熱水比冷水先結(jié)冰的原因主要是傳導(dǎo)、汽化、對流三者相互作用的綜合結(jié)果。
2、玻璃杯內(nèi)盛有4℃冷水結(jié)冰時,因?yàn)樗筒AФ际菬岬牟涣紝?dǎo)體,液體內(nèi)部的熱量很難靠傳導(dǎo)傳遞到表面,杯中水由于溫度下降,體積膨脹,密度變小而集結(jié)在表面,所以在水表面處最先結(jié)冰,其次是底部和四周,從而形成一個密閉的“冰殼”。
3、這時內(nèi)層的水便與空氣隔絕,只能靠傳導(dǎo)和輻射來散熱,冷卻得很慢,另外,這個“冰殼”對水結(jié)冰時體積膨脹起了“抑制”作用,這也延緩了內(nèi)部結(jié)冰的速率。
4、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(xiàn)象是表面的冰層總不能連成冰蓋,看不到“冰殼”,看到的卻是沿冰水界面向液體內(nèi)生長出針狀冰晶(在初溫低于12℃時看不到此現(xiàn)象),且逐漸變粗,這是因?yàn)槌鯗囟鹊臒崴?,上層水冷卻密度變大向下流動,形成液體內(nèi)部對流,使水分子圍繞各自的結(jié)晶中心結(jié)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,盡管最后“冰蓋”還是形成了,冷卻速率變小,但由于水內(nèi)冰晶已經(jīng)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。
5、 從生物作用方面看,水中的微生物往往是水得以結(jié)冰的“結(jié)晶中心”。
6、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(jié)晶中心”比冷水中多得多,從而加速了熱水結(jié)冰的協(xié)同作用。
7、 姆潘巴發(fā)現(xiàn)并提出的這個問題,至今仍停留在對現(xiàn)象觀察的定性分析上,真正解開“姆潘巴問題”之謎,對其做出全面的定量的理論解釋還有待進(jìn)一步探索。
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