当热水冷却时 , 液体会因为蒸发失去质量 , 较轻的液体下降 , 相同温度减少的热量更少 , 因此冷却会发生得更快 。 热水在这一过程中有明显的优势 , 所以热水首先会冻结 。
不过这个实验必须保证水仅通过蒸发冷却且保持均匀的温度 , 这样相对较热的水才会在较冷的水之前进行冻结 。
关于这个效应开展的实验最初是在冰淇淋混合物上 , 冰淇淋混合物在冷掉之前就开始出现结冰现象 。 反常的差异还出现在其他液体中 , 包括水 。
不少科学家也对其进行过多次实验 , 结果基本类似 , 这种方式的制冰和现象和我国古书记载中的方式非常相似 。 目前学术界关于这种制冰效果的看法提出了多种多样的意见 。
部分学者认为这是一种“过冷”的方式来对液体进行制冰 , 水在自然结冰之前通常会达到零下6摄氏度~零下18摄氏度之间 , 水在这个过程中的状态很不稳定 。
某些情况下 , 水更热的一部分会先开始结冰 , 一旦整体平衡被打破 , 那么水就会迅速结冰 。 但这种临界点很难通过人为去控制 , 因为不同液体有不同的流体属性 , 而且其中的成分也不相同 , 即便是差不多的一杯水 , 里面也会有不同的杂质 , 这些都会影响结冰的过程 。
对此 , 又有一些科学家不乐意了 , 不同意这种说法的研究人员认为这类实验的变量影响太大 , 很多数据结果要是换个条件可能又是另一种结果 。
更何况最初的实验使用的是冰淇淋 , 这种复杂混合物中的杂质明显会由于其不同的冰点带来一定程度的加速 , 使得液体凝固更加迅速 。
化学家们通过分子模拟实验反驳了气流影响的说法 , 他们认为姆潘巴效应该和水中的氢键性质有关 。
众说纷纭的造冰方法液态水的性质与单个水分子之间的氢键网络密切相关 , 研究人员使用振动光谱和水体模拟实验来辨识这种关系 。 随着温度的不断降低 , 水分子会先形成许多氢键碎片 , 这些碎片形成冰的晶体结构 。
热水中较弱的静电氢键会先开始断裂 , 氢键碎片量会比常温水多 , 从分子变化的角度上讲 , 这也许是热水为什么比冷水更快结冰的原因 。
但是 , 问题又来了 , 这个实验在美国大气实验中心里进行验证时 , 制冰室的温度在零下15摄氏度 , 不同冰格间的结冰速度并不相同 , 而且差别很大 。 有的冰格要1个多小时才能结冰 , 有的则十几分钟就完成了结冰 。 这其中明显有很多变量因素需要去进行人为的控制 。
就是这么一个看似普通的实验已经把科学家们搞懵了 , 不管从哪方面来看 , 似乎都可行 。 但又从这些已知的实验中 , 彼此间的说法却不相同 。
从温度、对流、溶质、氢键、蒸发等等一系列研究都能说得过去 , 可就是没有一个能够完全通用的办法来进行解释 。 现在科学家们已经开始从磁流体上研究这个问题了 , 整个问题变得越来越玄乎了 。
总而言之 , 关于我国古人的造冰方法确有其事 , 理论上讲只要操作得当是可以造出冰来的 。 不过问题的关键在于 , 该如何去控制这种操作的变量 , 以及每个环节该如何去做 , 这是最让人头疼的 。
关于古法制冰的问题现代科学虽然没有完全解决 , 好在我们今天想要感受冰凉不需要像古人那么麻烦 。 不过这也侧面说明了我国古代劳动人民的智慧是非常强大的 , 细致的观察力使得他们可以通过这样的方式在夏季品尝到冰饮 , 不得不佩服他们的动手能力 。
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