是一杯水結(jié)冰的方法(哪一杯水先結(jié)冰)
1.哪一杯水先結(jié)冰
從物理方面來(lái)說(shuō)，致冷有四種并存的機(jī)制：輻射、傳導(dǎo)、汽化、對(duì)流。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較，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(duì)流三者相互作用的綜合效果。如果把熱水和冷水結(jié)冰的過(guò)程敘述出來(lái)并分析其原因就更能說(shuō)明問(wèn)題了： 盛有初溫4℃冷水的杯，結(jié)冰要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樗筒ＡФ际菬醾鲗?dǎo)不良的材料，液體內(nèi)部的熱量很難依靠傳導(dǎo)而有效地傳遞到表面。
杯子里的水由于溫度下降，體積膨脹，密度變小，集結(jié)在表面。所以水在表面處最先結(jié)冰，其次是向底部和四周延伸，進(jìn)而形成了一個(gè)密閉的“冰殼”。
這時(shí)，內(nèi)層的水與外界的空氣隔絕，只能依靠傳導(dǎo)和輻射來(lái)散熱，所以冷卻的速率很小，阻止或延緩了內(nèi)層水溫繼續(xù)下降的正常進(jìn)行。 另外由于水結(jié)冰時(shí)體積要膨脹，已經(jīng)形成的“冰殼”也對(duì)進(jìn)一步結(jié)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(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)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”形成的現(xiàn)象，只是沿冰水的界面向液體內(nèi)生長(zhǎng)出針狀的冰晶（在初溫低于12℃時(shí)，看不到這種現(xiàn)象）。 隨著時(shí)間的流逝，冰晶由細(xì)變粗，這是因?yàn)槌鯗馗叩臒崴蠈铀鋮s后密度變大向下流動(dòng)，形成了液體內(nèi)部的對(duì)流，使水分子圍繞著各自的“結(jié)晶中心”結(jié)成冰。
初溫越高，這種對(duì)流越劇烈，能量的損耗也越大，正是這種對(duì)流，使上層的水不易結(jié)成冰蓋。由于熱傳遞和相變潛熱，在單位時(shí)間內(nèi)的內(nèi)能損耗較大，冷卻速率較大。
當(dāng)水面溫度降到0℃以下并有足夠的低溫時(shí)，水面就開(kāi)始出現(xiàn)冰晶。初溫較高的水，生長(zhǎng)冰晶的速度較大，這是由于冰蓋未形成和對(duì)流劇烈的緣故，最后可以觀察到冰蓋還是形成了，冷卻速率變小了一些，但由于水內(nèi)部冰晶已經(jīng)生長(zhǎng)而且粗大，具有較大的表面能，冰晶的生長(zhǎng)速率與單位表面能成正比，所以生長(zhǎng)速度仍然要比初溫低的水快得多。
2.讓水瞬間結(jié)冰的神奇方法
為了便于理解思考過(guò)程，用問(wèn)答的方式進(jìn)行：?jiǎn)栴}1：水在神馬情況下結(jié)冰？一般來(lái)說(shuō)，高于0攝氏度的水先放熱降溫，降到0攝氏度，0攝氏度的水再放熱形成0攝氏度的冰（理解困難的童鞋考慮下逆過(guò)程，冰融化吸熱，水升溫也吸熱）問(wèn)題2：想做視頻里的實(shí)驗(yàn)的話，要神馬樣的水？為了讓水結(jié)冰，我們要想辦法讓水放熱，需要放的熱越少就越容易成功。
根據(jù)問(wèn)題1的答案，顯然直接用0攝氏度的水是最方便的，省去了水降溫至0攝氏度的放熱過(guò)程問(wèn)題3：想往0攝氏度的水里放點(diǎn)奇怪的東西，放進(jìn)去之后水結(jié)冰，這奇怪的東西要滿足神馬條件？既然水需要放熱，咱就放吸熱的東東進(jìn)去唄，把熱量吸走了水不就結(jié)冰了？于是要放能吸熱的東西問(wèn)題4：視頻里的Salt指的是神馬？大多數(shù)人第一反應(yīng)一定是：salt就是食鹽啊！氯化鈉啊?。。『冒?，暫且這么認(rèn)為~不過(guò)用氯化鈉做實(shí)驗(yàn)100%失敗，因?yàn)槭雏}溶于水整體上來(lái)說(shuō)是不吸熱的，所以salt不可能是氯化鈉如果視頻作者的原意就是食鹽，那么這視頻100%是偽造的那么會(huì)不會(huì)salt不是食鹽呢？化學(xué)中的鹽很多哦親?。。【褪撬釅A中和產(chǎn)物?。。∠跛徕洶∏杌c啥的都是鹽?。?！貌似有希望?。?！那salt是神馬鹽？這個(gè)得先問(wèn)下一個(gè)問(wèn)題——問(wèn)題5：為什么中文字幕粗線了原字幕里沒(méi)有得到硝酸銨？?jī)煞N情況：一是這字幕作者知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵角色就是硝酸銨（渠道未知），另一種是字幕作者根據(jù)自己的知識(shí)推測(cè)的。無(wú)論是哪種，硝酸銨都是個(gè)突破口，為神馬？因?yàn)檫@貨溶解吸熱！！！問(wèn)題6：那么，硝酸銨哪來(lái)的？杯子是玻璃的，顯然不是，那是……吸管里的？？？可惜吸管是塑料的，塑料是聚合物（聚丙烯神馬的，總之在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里不重要），那么只能是這個(gè)salt是硝酸銨，就是視頻開(kāi)頭說(shuō)的鹽就是硝酸銨問(wèn)題7：也就是0攝氏度的水和硝酸銨這么一整就結(jié)冰了？好像有道理……可是且慢，來(lái)定量分析下可行性水的熔化熱大約是3.35*10^5J/kg，就是1千克冰融化成1千克水需要吸收3.35*10^5J熱量，也就是1千克水凍成1千克冰需要放出3.35*10^5J熱量。
視頻中一杯水有多少？杯子大概和可樂(lè)罐（355mL）差不多大，保守點(diǎn)，假設(shè)水只有200mL(0.2kg)，這樣需要放出的熱量是6.70*10^4J，忽略熱吸管引入的熱量，就是6.70*10^4J這么多熱量需要由硝酸銨吸收問(wèn)題8：硝酸銨能吸收這么多熱量么？本來(lái)想找硝酸銨的溶解熱的[1]，不過(guò)看著忒不靠譜，不靠譜也試試先：溶解熱2614kJ/mol硝酸銨分子量80視頻里加進(jìn)去的那一丁點(diǎn)撐死也超不過(guò)3克（其實(shí)我想說(shuō)1克的）這么點(diǎn)硝酸銨能吸收的熱量是3/80*2614*1000=98025J=9.80*10^4J9.80*10^4J > 6.70*10^4J貌似可行？不過(guò)這數(shù)據(jù)不是不靠譜咩……咱換一個(gè)試試這個(gè)網(wǎng)站[3]提供了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)程序（其實(shí)有計(jì)算方法的，我太懶于是直接模擬實(shí)驗(yàn)了），看上去還是挺靠譜的，若干網(wǎng)站都是用了這個(gè)頁(yè)面里的計(jì)算方法。直接上實(shí)驗(yàn)2，硝酸銨讓它是3g，水最多只能100g，那就100g好了，反正咱算3g硝酸銨能吸收多少熱（根據(jù)前后水的溫差，用比熱容計(jì)算）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：水溫從23.2降到了21.4，差值1.8攝氏度水的比熱容4.2J/g·℃這個(gè)過(guò)程中水放出了4.2*1.8*100=756J熱量這些熱量顯然是硝酸銨吸收的啥？3g硝酸銨只能吸收756J熱量？反推一下溶解熱 756/(3/80)=20160J/mol=20.16kJ/mol前面那個(gè)還真是不靠譜?。。。?！果然應(yīng)該是20多?。。。?！差了一百倍啊一百倍！?。∮谑?g硝酸銨吸收的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于能讓一杯水結(jié)冰需放出的熱量也就是說(shuō)這視頻是假的？好吧，大概有人會(huì)說(shuō)過(guò)冷水[3]的問(wèn)題，那么最后一個(gè)問(wèn)題：如果這杯水是過(guò)冷水，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒γ?？好吧，如果這個(gè)被子里是過(guò)冷水的話，投入salt，插入吸管所造成的擾動(dòng)足以讓過(guò)冷水固態(tài)化，可是視頻里是直到抽出吸管才結(jié)冰，顯然不對(duì)嘛結(jié)論：這視頻是假的，起碼在硝酸銨溶解熱的數(shù)量級(jí)發(fā)生改變以前不會(huì)有可能做成功。
3.讓水結(jié)冰的方法,一定要是真的,如果可以說(shuō)說(shuō)原理
平時(shí)大家都會(huì)把一瓶水放在冰箱里面讓其結(jié)冰吧。但是純粹的結(jié)冰需要很長(zhǎng)的時(shí)間，通常要一天的時(shí)間才能讓其結(jié)冰，浪費(fèi)電也浪費(fèi)時(shí)間。
其實(shí)有一個(gè)方法可以讓水快速結(jié)冰。其實(shí)做法很簡(jiǎn)單而已。
首先讓一瓶水豎著放在冰箱的急冷的地方中，大概放10-20分鐘后慢慢地拿出來(lái)（時(shí)間按你水瓶的大小來(lái)決定），這時(shí)水瓶中的水仍然是液態(tài)的。輕輕地放在地上，用手拿著瓶子的頭部，快速地，稍微用力地，用瓶子的底部敲擊地面一下，這時(shí)候水瓶里面的水就會(huì)很快地結(jié)成大大的冰塊的了，因?yàn)樗肿記](méi)有結(jié)冰的時(shí)候是分散排列的，結(jié)冰后是整齊排列的，用力一砸，讓外力使水分子整齊的排列起來(lái)，所以就結(jié)冰了~不過(guò)也得凍到差不多啊。普通的冰水不行的，怎么也得凍到3.4度吧。而且要放在封閉的瓶子里面啊！砸完了注意看啊，很神奇的~~~
4.怎么樣才能讓水快速結(jié)冰
最佳答案
熱水熱水結(jié)冰為何快于冷水
(2006-06-05 11:26:27)
葛秋芳
本報(bào)訊 古希臘哲學(xué)家亞里士多德曾最先記載過(guò)這樣一個(gè)奇特現(xiàn)象——在同等低溫條件下，溫度高的水結(jié)冰速度快于冷水。坦桑尼亞學(xué)生姆潘巴1969年使這一現(xiàn)象變得更為人知曉，他發(fā)現(xiàn)加糖的牛奶加熱后比未加熱的牛奶結(jié)冰速度快。這種現(xiàn)象也被稱為“姆潘巴現(xiàn)象”。但個(gè)中原因是什么呢？
據(jù)6月3日出版的《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，美國(guó)華盛頓大學(xué)的喬納森·卡茨在對(duì)“姆潘巴現(xiàn)象”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實(shí)際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過(guò)程中，一些通常會(huì)使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會(huì)被“驅(qū)逐”出來(lái)形成固體沉淀，這就是生活中常見(jiàn)的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。
卡茨說(shuō)，未經(jīng)加熱的水中仍含有這些溶解物，在水結(jié)冰過(guò)程中隨著冰晶的形成，尚未結(jié)冰的水中這些物質(zhì)的濃度會(huì)進(jìn)一步升高，甚至可達(dá)正常水平時(shí)的50倍。這種情況會(huì)降低水的冰點(diǎn)，這也就減緩了冷水結(jié)冰的速度。這一原理就如同下雪后向路面撒鹽防止結(jié)冰一樣。
卡茨認(rèn)為，姆潘巴在牛奶中加糖實(shí)際上是使水變得“更硬”，進(jìn)一步擴(kuò)大了只含少量碳酸鹽的熱牛奶與富含碳酸鹽的冷牛奶之間結(jié)冰速度的差距。
