王夢(mèng)川 : 熱水比冷水先結(jié)冰的原因推測(cè)及可能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證建議
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- 安徽新天源建設(shè)咨詢有限公司
- 最后修訂:
- 2020-11-18 09:06:35
摘要:
關(guān)于熱水比冷水先結(jié)冰的現(xiàn)象,英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)曾在去年向全球懸賞解決此問(wèn)題,懸賞征稿提交期限在去年七月底之前,在提交期限內(nèi)收到數(shù)萬(wàn)征稿但研究至今無(wú)一人完美解決此問(wèn)題,詳見(jiàn)網(wǎng)址:http://www.rsc.org/AboutUs/News/PressReleases/2012/mpemba-effect-water-ice-hot.asp,這個(gè)問(wèn)題在歷史上曾難倒了亞里士多德、培根、笛卡爾等多位名人,這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生的發(fā)生溫度范圍至今在科學(xué)界尚未有確認(rèn)的范圍,本文已表示過(guò)在不同降溫速度下熱水比冷水先結(jié)冰的領(lǐng)先程度是不同的,(在極速降溫的情況下熱水比冷水高出幾十度也可以先結(jié)冰,在降溫較慢的情況下熱水只有比冷水溫度稍高才能先結(jié)冰,而降溫慢到一定程度熱水比冷水后結(jié)冰,且先結(jié)冰的領(lǐng)先時(shí)間值在不同的水溫和降溫速度下也不同),要用數(shù)值表示就要統(tǒng)計(jì)各組不同溫度的水在每秒于每單位體積散發(fā)不同焦耳量的熱能的情況下發(fā)生的結(jié)冰先后關(guān)系,顯然這類統(tǒng)計(jì)在不同情況下可得到無(wú)窮的不同的多組數(shù)據(jù)而且要求具有精密的實(shí)驗(yàn)條件才可完成,顯然這是實(shí)驗(yàn)科學(xué)家才有條件完成的任務(wù),不具備實(shí)驗(yàn)條件的理論研究者沒(méi)條件完成此任務(wù)??茖W(xué)史上往往出現(xiàn)理論研究走在實(shí)驗(yàn)科學(xué)的前面,由后來(lái)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家為先行的理論研究者完成實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充數(shù)據(jù),若是沒(méi)有明確的數(shù)據(jù)范圍就不能發(fā)科學(xué)論文則等于禁止理論研究走在實(shí)驗(yàn)科學(xué)的前面并全面禁止科學(xué)猜想。希望中科院不要比一百年前的外國(guó)科學(xué)機(jī)構(gòu)的思想更保守落后,不要以官僚作風(fēng)壓制異見(jiàn)思想。
水的凍結(jié)過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生一種和直覺(jué)相違背的姆潘巴現(xiàn)象,此現(xiàn)象就是有時(shí)會(huì)發(fā)生相同質(zhì)量的熱水比冷水先結(jié)冰。對(duì)此人們?cè)懈鞣N解釋,認(rèn)為可能是因?yàn)樗膶?duì)流、雜質(zhì)、過(guò)冷卻、蒸發(fā)等原因造成,也做過(guò)各種實(shí)驗(yàn),但不同情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不一致不能確定主要是什么原因造成了姆潘巴現(xiàn)象,對(duì)此現(xiàn)象一直沒(méi)有準(zhǔn)確公認(rèn)的科學(xué)解釋。筆者故為此根據(jù)有序的組合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和已知常識(shí)作出一些推測(cè),并由所作推測(cè)而設(shè)計(jì)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以求證實(shí)所作推測(cè)。
首先根據(jù)采用相同密閉容器容納相同成分和質(zhì)量的水在制冷裝置內(nèi)可能發(fā)生熱水比冷水先結(jié)冰的現(xiàn)象可以證明熱水比冷水先結(jié)冰的主要原因不是蒸發(fā)和雜質(zhì)所造成。接著做一個(gè)實(shí)驗(yàn)可證明熱水比冷水先結(jié)冰的主要原因不是對(duì)流造成。在兩個(gè)容器中分別裝入同等質(zhì)量的熱水與冷水,并在水中加入等質(zhì)量的棉纖維使水被棉纖維約束失去流動(dòng)性而不可能發(fā)生對(duì)流。再將兩個(gè)容器放入制冷裝置內(nèi),在制冷裝置可快速降溫且容器周圍環(huán)境溫度均勻降低的情況下依然可能發(fā)生熱水比冷水先結(jié)冰,而在制冷裝置降溫較慢或在降溫過(guò)程中多次中斷降溫又重啟降溫的情況下更多發(fā)生的是熱水比冷水后結(jié)冰。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明熱水比冷水先結(jié)冰不是由對(duì)流所決定,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到制冷環(huán)境降溫速度的影響。
再在不同的制冷條件下做凍結(jié)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。可發(fā)現(xiàn)在制冷效果弱而降溫緩慢的情況下容易發(fā)生熱水比冷水后結(jié)冰,在制冷效果強(qiáng)而降溫快的情況下容易發(fā)生熱水比冷水先結(jié)冰,且降溫越快則熱水比冷水先結(jié)冰的領(lǐng)先程度越明顯。再用高純凈度的水制作在零攝氏度以下未凝結(jié)的過(guò)冷水,可發(fā)現(xiàn)制冷效果太強(qiáng)降溫太快則不容易制得大體積的過(guò)冷水往往只能制得大量冰塊,但降溫相對(duì)較慢時(shí)則可制得大量的甚至滿容器的未凝結(jié)過(guò)冷水。據(jù)這些現(xiàn)象則可推測(cè)熱水比冷水先結(jié)冰應(yīng)該與過(guò)冷水的產(chǎn)生以及過(guò)冷水被解除過(guò)冷狀態(tài)而凍結(jié)有關(guān)。大體積的過(guò)冷水受到外物撞擊會(huì)迅速解除過(guò)冷狀態(tài)立即凍結(jié)是容易觀察到的常識(shí)現(xiàn)象,而微體積的過(guò)冷水受到外物撞擊也會(huì)迅速解除過(guò)冷狀態(tài)而立即凍結(jié),飛機(jī)在含有過(guò)冷水的云層中飛行時(shí),眾多的微小的過(guò)冷水滴撞到飛機(jī)會(huì)立即在飛機(jī)表面凍結(jié)形成冰殼,向過(guò)冷水發(fā)射高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)微粒也可促進(jìn)過(guò)冷水解除過(guò)冷狀態(tài)發(fā)生凍結(jié),這些現(xiàn)象就是所謂的過(guò)冷水的“撞凍”。在實(shí)際觀察中還可發(fā)現(xiàn)大體積的過(guò)冷水在與其溫差很小的盛裝過(guò)冷水的容器壁上緩慢流動(dòng)時(shí)并不會(huì)立即凍結(jié),但是過(guò)冷水流到其它與其溫差較大的容器上時(shí)更容易解除過(guò)冷狀態(tài)而迅速凍結(jié),在接觸到溫暖的手時(shí)可在人手上迅速凍結(jié)成冰粘緊皮膚然后被手的溫暖所融化。根據(jù)這些現(xiàn)象進(jìn)一步推測(cè):當(dāng)容器中的水受外部的強(qiáng)冷環(huán)境影響而迅速降溫時(shí),水的外層不斷出現(xiàn)了微量得難以被現(xiàn)有技術(shù)觀察到的過(guò)冷水,而內(nèi)部的水體與外層的過(guò)冷水的溫差較大時(shí)比溫差較小時(shí)更容易讓過(guò)冷水解除過(guò)冷狀態(tài)而凍結(jié)。水體在強(qiáng)冷環(huán)境中的結(jié)冰過(guò)程是一個(gè)水體的液態(tài)外層表面不斷出現(xiàn)微量過(guò)冷水而過(guò)冷水又不斷被解除過(guò)冷狀態(tài)而凍結(jié)使水體從外到內(nèi)逐漸凍結(jié)為固態(tài)的過(guò)程,微觀尺度下水體外圍微量的過(guò)冷水水分子受到做熱運(yùn)動(dòng)的附近水體水分子的碰撞時(shí)相比較于更大體積的過(guò)冷水受到外物宏觀尺度的撞擊時(shí)可能有著類似的“撞凍”效應(yīng),熱水比冷水的水分子的熱運(yùn)動(dòng)更為劇烈,當(dāng)微量的過(guò)冷水產(chǎn)生時(shí),熱水水分子對(duì)微量過(guò)冷水的碰撞更為強(qiáng)烈就更快地使過(guò)冷水解除過(guò)冷狀態(tài)而凍結(jié),使強(qiáng)冷環(huán)境中的熱水比冷水先完成結(jié)冰過(guò)程。
根據(jù)上述推測(cè)還可推導(dǎo)出兩個(gè)應(yīng)有現(xiàn)象:1、在降溫緩慢到致使水體內(nèi)層與外層的溫差小到一定程度時(shí),等質(zhì)量的熱水相比于冷水只能后完成結(jié)冰過(guò)程。2、在強(qiáng)冷環(huán)境快速降溫時(shí),對(duì)熱水和冷水水體都采用強(qiáng)烈擾動(dòng)、強(qiáng)超聲波干擾等方法盡快解除降溫過(guò)程產(chǎn)生的可觀察到和觀察不到的一切過(guò)冷水的過(guò)冷狀態(tài),則等質(zhì)量的熱水相比于冷水只能后完成結(jié)冰過(guò)程。做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這兩個(gè)現(xiàn)象是否成立就可驗(yàn)證上述推測(cè)。