对热水来讲，高于这个临界速度的水分子更多，所以单位时间进入空气而带走的能量越多。在表面会局部造成温度骤然下降导致结晶。
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system relaxation with environment, losing or gaining energy?
博文
Mpemba effect——较热的水为什么先结冰？ 
精选
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很好！做研究就要有这种刨根问底、尊重事实、实践第一的精神。值得我们学习。
今天有点时间，在网上翻了翻——这确实是一个古老的问题。但是后来被重新提出并加以研究。
重新提出这个问题的是一个坦桑尼亚中学生Erasto Mpemba。这个效应就是以他命名的。他有机会向一位到他们那里访问的英国University of College的Osbirne教授提问，这位英国教授在自己的实验室证实了这一现象，并与Mpemba一起在Phys. Educ. （vol. 4, 172-175, 1969）上发表的他们的研究结果。（我将10年后这一刊物重新刊登的这篇论文付在下面。）美国的一位中学老师对这个问题也做了实验（D. Auerbach, American J.Phy.63 (10) 882, 1995）。当然你也会发现最近的对这一问题的关注。
从Mpemba和Osbirne的第一篇文章看，这个问题的提法需要用更严格的中文来表述。实际上他们发现的是高于摄氏25度的条件下较热的水可以先“开始”结冰（见附件Fig. 1）——而不是更早“全部”结冰！
这个结果与小杨的实验在定性的意思上是一致的！！小杨也是先看到10度和100度的先结冰晶，而50度和70度的水没有变化。从附件Fig. 1的曲线看，20度以下是温度越低结冰晶越快，过了大约25度才变成温度高结冰晶快！50-70度要等几十分钟以后！
而因为热水与周围环境的温度梯度大，所以降温速率比初始温度低的水要快。等到它们达到相同温度时，就一起降温，直到一起全部结冰。
这与小杨的实验结果也是一致的！
小杨自己的文章里以为他得到的是负结果，主要是由于他看到的中文消息的表述不准确！
1. 祝贺小杨的实验成功验证了Mpemba效应。
2. 科学问题一定要表述清楚。很多“科普”文章的描述不清，会失之毫厘，差之千里。所以看中文的科普材料要设法找到原始出处来对照。
至于这个效应的原因，同意几位老师的看法：对确定的环境温度，水分子跑出水面进入空气的临界速度一定。对热水来讲，高于这个临界速度的水分子更多，所以单位时间进入空气而带走的能量越多。在表面会局部造成温度骤然下降导致结晶。
http://blog.sciencenet.cn/blog-39346-588230.html
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- [11]daxigo
- 写在姆潘巴之谜揭开之前。http://bbs.sciencenet.cn/thread-571134-1-1.html，有请各位老师指正。
- [10]孙捷
- 王老师，
您好，我也是大工校友，10年前上过您的科技英语课，热烈祝贺当选APS会士。孙捷 - 博主回复(2012-7-21 07:29)：谢谢！周末愉快！
- [9]mirrorliwei
- 【水分子跑出水面进入空气的临界速度一定】这是个动力学的思考，应该说很高档了。但是用在此处，难免是“杀鸡用了牛刀”。因为从现象论上说，是否蒸发，是要看饱和蒸汽压，不到饱和蒸汽压的话，分子就要由液体朝气体跑。到了饱和蒸汽压，温度没有变，但在形式上就不跑了。这时，考虑临界温度（速度）是否有些“用力过多”了呢？
- 博主回复(2012-7-4 15:32)：饱和蒸汽压大家都一样。杨国力的实验就是同一个环境里进行的。
确实分子动力学分析是微观图像，比较基本。具体测量还是要先看流体力学层面的参数。
- [8]李卫林
- 多年前我用温度高的水更容易结冰的想法去解释冷却器冻裂的现象，自以为有点诡辩。并没想去证明，现在看来，蒙着了。
- [7]mirrorliwei
- 理由1）4度时水的密度逆转，2）冰的密度低。所以【湖水、海水都是在表面结冰的】。也就是说，只有到了低温后，【湖水、海水都是在表面结冰的】的常识才好用，而高温时，并不好用。
- 博主回复(2012-7-3 19:23)：应该说初始温度高的水
- 博主回复(2012-7-3 19:22)：高温更是如此——实验证明了的。
- [6]吕喆
- 刚才的说法不够严密，应该补充一个限定条件——在水温高于环境气温的条件下。
- 博主回复(2012-7-3 17:00)：：）
- [5]吕喆
- 》》)：湖水、海水都是在表面结冰的。
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结冰，一定是在表面发生的。
- 博主回复(2012-7-3 17:01)：是的。即使有对流，还会在表面结冰晶，然后慢慢结成冰层
- [4]mirrorliwei
- 【对热水来讲，高于这个临界速度的水分子更多，所以单位时间进入空气而带走的能量越多。在表面会局部造成温度骤然下降导致结晶】的说法不妥。这样的话，液体的对流效果也会更大。用蒸发来解释上边结冰的理由不够充分。
- 博主回复(2012-7-3 15:53)：湖水、海水都是在表面结冰的。
- [3]朱亮亮
- 很有意思的一个现象。
- 博主回复(2012-7-3 15:33)：确实，悖于常识，仔细想想却有道理。
- [2]邸利会
- 科普这样不严谨的还有很多，确实是差之毫厘，谬之千里啊---
谢谢您的纠正！ - 博主回复(2012-7-3 15:32)：主要是文理分科的问题——写这些新闻的文科生缺乏基本的科学训练。
- [1]ivydy
- http://www.rsc.org/AboutUs/News/PressReleases/2012/mpemba-effect-water-ice-hot.asp
去解答吧，1000磅！！！！7月30号截止 - 博主回复(2012-7-3 15:31)：hh:)
科学需要实验数据的支持。有兴趣的可以做一些实验和分子动力学的数值模拟。
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