对于“将热水和冷水同时放到冰箱里,哪个先结冰?”这个问题,我想大多数人第一感觉就是冷水结冰比较快,觉得冷水本来就温度低,但是上物理课有认真听课的同学都知道是热水先结冰。下面我用通俗和举例的方式给大家简单说下是什么原因:
第一个原因,传热有三种基本的方式,导热、对流和辐射,三种传热方式的传热量(速率)均与其传热系数和冷热源之间的温差相关,有的传热方式甚至与温度的4次方成正比,而热水的绝对温度以及与冷冻室环境温度之间的温差远大于冷水,同时,传热系数亦会随着温度的升高而有一定的变大,所以,尽管热水热容量大,但综合下来,热水的传热速率远远大于冷水。
就象两个赛跑能力相近的人赛跑,终点在同一地点,第一个人跑50米,另一人在60米外启功,以正常速度跑到还有50米处时第一人再从0启动,这时,两人的终点相同、距离相同,同为50米,但显而易见,第二个人占有绝对优势,会先到达终点,其实是赢在了起点。
第二个原因,传热具有热惯性,当冷水和热水与环境之间温差缩小甚至消失后,冷水由于传热速率小,传热惯性小,其传热过程会很快终结,结冰的过程会相对较慢,而热水由于传热速率高,传热惯性大,虽然与环境之间温差已基本消失,仍会继续高速传热,这个特性会让结冰的时间相对于冷水要短很多。
就象一个速度快的人到达终点后一定会多跑过十几甚至二十几米才能停下来一样,而一个速度慢的人会很快停下来。
以上两方面就是热水比冷水先结冰的主要原因。
温水和冷水哪个结冰更快?为什么?有科学依据吗?
首先要明确,一杯热水和一杯冷水来自同一个源头,可以是天然地表水或地下水,如河水、湖水、井水,也可以是自来水,但不是非离子水(纯净水、超纯净水)。河水、湖水、井水、自来水中含有水溶性盐类,包括水溶性碳酸氢钙、碳酸氢镁,碳酸氢钙、碳酸氢镁加热后会分解为不溶性碳酸钙、碳酸镁、二氧化碳和水。
热水中含有大量由加热产生的小型不溶性碳酸钙和碳酸镁。当水相变成冰,即水结晶的过程中,这些小的不溶性碳酸钙和碳酸镁成为水结晶的晶核,而大量的晶核可以加速结晶,促进水结晶成冰。
冷水比热水含有更多的水溶性盐类,比热水含有更多未分解的水溶性碳酸氢钙和碳酸氢镁。水溶性盐类会降低水的冰点,所以冷水的冰点比热水低。同时,冷水比热水中可溶性的碳酸氢钙、碳酸氢镁分解后形成大量不溶性的碳酸钙、碳酸镁小晶核。因此,冷冻过程比热水的冷冻过程要慢。由于缺乏晶核,容易形成过冷,消耗更多的冷却能力,延长了冻结时间。
其综合效果是,用天然地表水或地下水或自来水,一杯热水和一杯冷水同时放入冰箱,热水先冻结。如果使用非离子水(纯净水、超纯水),情况则完全相反,冷水先于热水结冰。
以上就是小编针对问题做得详细解读,希望对大家有所帮助,如果还有什么问题可以在评论区给我留言,大家可以多多和我评论,如果哪里有不对的地方,大家也可以多多和我互动交流,如果大家喜欢作者,大家也可以关注我哦,您的点赞是对我最大的帮助,谢谢大家了。。
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