Ensayo breve sobre refrigeración de refrigeradores
Según la teoría de la física de la escuela secundaria, cuando el agua caliente y el agua fría tienen la misma masa y la misma temperatura ambiental externa, no solo cambia la temperatura, sino también sus respectivas densidades, volúmenes, masas y Todas las presiones del aire en el estado sellado están cambiando, lo que significa que el agua con una temperatura inicial alta siempre se enfría más rápido que el agua con una temperatura inicial baja. Mientras la temperatura ambiente exterior siga bajando, el agua con una temperatura inicial alta eventualmente tendrá una temperatura más baja. (Nota: Bajo presión normal, se puede establecer cuando las dos temperaturas iniciales no son inferiores a 4℃; no es válido cuando las temperaturas iniciales de ambas no son superiores a 4℃ cuando una de ellas no es superior a 4℃); , el otro Cuando no sea inferior a 4 ℃, se debe discutir su temperatura inicial, densidad, volumen, masa y presión del aire en el estado sellado. El problema MPamba analiza agua con una temperatura inicial de 35°C y agua con una temperatura inicial de 65,438+000°C. Ambas son superiores a 4°C, por lo que se producirá el efecto MP AMBA. La temperatura del refrigerador es desigual. Si el Mpamba coloca su caja de hielo cerca del tubo de enfriamiento, o incluso en contacto con él, es muy posible que la leche caliente se congele antes que la leche fría. 2. Si a Mpamba no le gustan los dulces, le pone menos azúcar al helado o tiene prisa y no tiene tiempo para revolver, por lo que los gránulos de azúcar se hunden en el fondo de la caja y forman un sólido. comprobado que se puede congelar primero; 3. El helado casero de Mpamba no es solo Se agrega azúcar y almidones a la leche. Si agrega menos azúcar y menos leche, se congelará primero.
Entrevistado: a348488974 |Nivel 2| 2010-11-19 22:26.
El efecto Mpemba, también conocido como efecto Mpemba, se refiere a la temperatura ligeramente más alta de líquidos del mismo volumen, misma masa y
bajo el mismo ambiente de enfriamiento A. Fenómeno en el que los líquidos con una temperatura ligeramente más baja se congelan primero. Aristóteles, Bacon y Descartes describieron el fenómeno de diferentes maneras, pero ninguno atrajo una atención generalizada. 1963 Mbamba, un estudiante de primer año de la escuela secundaria Makamba en Tanzania, suele hacer helado con sus compañeros de clase. Durante el proceso de cocción, siempre hierven la leche cruda, le agregan azúcar, la enfrían y la vierten en cubitos de hielo, luego la meten en el frigorífico para que se congele. Un día, mientras Mpemba preparaba helado, no quedaba mucho espacio en el congelador. Para ocupar el espacio restante en el refrigerador, Mpemba tuvo que hervir la leche rápidamente, agregarle azúcar y, antes de que pudiera enfriarse, vertió la leche hervida en cubitos de hielo y la envió al refrigerador. Una hora y media después, Mpemba descubrió un fenómeno muy desconcertante: la leche caliente que puso se había convertido en hielo, mientras que la leche fría que pusieron otros estudiantes todavía era un líquido muy viscoso. Es lógico que cuanto más baja sea la temperatura del agua, más rápido se congelará y la leche contiene mucha agua. Debería ser que la leche fría se congele más rápido que la caliente, pero ¿por qué ocurre lo contrario? Mpamba llevó esta pregunta desde la escuela secundaria hasta la secundaria. Consultó a varios profesores de física pero no obtuvo respuesta. Un profesor consideró que la pregunta que hacía era casi ridícula, por lo que dijo en tono sarcástico: ¡Esto se llama efecto Mpemba! Sin embargo, el persistente Mpamba no encontró divertida su pregunta. Aprovechó la oportunidad del Dr. Osborne, jefe del Departamento de Física de la Universidad de Dar es Salaam, para visitar su escuela y planteó sus propias preguntas. El médico no se rió de su pregunta. Después de regresar al laboratorio, el médico siguió las instrucciones de Mpamba y realizó experimentos con la física de la leche fría y caliente y del agua fría y caliente. Como resultado, observó el extraño fenómeno descrito por Mpamba que subvirtió el sentido común. Por eso invitó a Mpamba a estudiar en profundidad el fenómeno con él. En 1969, él y el Dr. Denis G. Osborne*** escribieron un artículo sobre este fenómeno, de ahí el nombre. ¿Puede realmente el "efecto mpemba" anular nuestro sentido común anterior sobre la congelación del agua? Durante los últimos 40 años, muchos artículos y experimentos han intentado confirmar el principio detrás de este fenómeno, pero debido a la falta de datos científicos experimentales y análisis cuantitativos, aún no se ha llegado a una conclusión.
Entrevistado: a348488974 |Nivel 2| 2010-11-19 22:26.
El efecto Mpemba, también conocido como efecto Mpemba, se refiere a la temperatura ligeramente más alta de líquidos del mismo volumen, misma masa y
bajo el mismo ambiente de enfriamiento A. Fenómeno en el que los líquidos con una temperatura ligeramente más baja se congelan primero. Aristóteles, Bacon y Descartes describieron el fenómeno de diferentes maneras, pero ninguno atrajo una atención generalizada. 1963 Mbamba, un estudiante de primer año de la escuela secundaria Makamba en Tanzania, suele hacer helado con sus compañeros de clase.
Durante el proceso de cocción, siempre hierven la leche cruda, le añaden azúcar, la enfrían y la vierten en cubitos de hielo, luego la meten en el frigorífico para que se congele. Un día, mientras Mpemba preparaba helado, no quedaba mucho espacio en el congelador. Para ocupar el espacio restante en el refrigerador, Mpemba tuvo que hervir la leche rápidamente, agregarle azúcar y, antes de que pudiera enfriarse, vertió la leche hervida en cubitos de hielo y la envió al refrigerador. Una hora y media después, Mpemba descubrió un fenómeno muy desconcertante: la leche caliente que puso se había convertido en hielo, mientras que la leche fría que pusieron otros estudiantes todavía era un líquido muy viscoso. Es lógico que cuanto más baja sea la temperatura del agua, más rápido se congelará y la leche contiene mucha agua. Debería ser que la leche fría se congele más rápido que la caliente, pero ¿por qué ocurre lo contrario? Mpamba llevó esta pregunta desde la escuela secundaria hasta la secundaria. Consultó a varios profesores de física pero no obtuvo respuesta. Un profesor consideró que la pregunta que hacía era casi ridícula, por lo que dijo en tono sarcástico: ¡Esto se llama efecto Mpemba! Sin embargo, el persistente Mpamba no encontró divertida su pregunta. Aprovechó la oportunidad del Dr. Osborne, jefe del Departamento de Física de la Universidad de Dar es Salaam, para visitar su escuela y planteó sus propias preguntas. El médico no se rió de su pregunta. Después de regresar al laboratorio, el médico siguió las instrucciones de Mpamba y realizó experimentos con la física de la leche fría y caliente y del agua fría y caliente. Como resultado, observó el extraño fenómeno descrito por Mpamba que subvirtió el sentido común. Por eso invitó a Mpamba a estudiar en profundidad el fenómeno con él. En 1969, él y el Dr. Denis G. Osborne*** escribieron un artículo sobre este fenómeno, de ahí el nombre. ¿Puede realmente el "efecto mpemba" anular nuestro sentido común anterior sobre la congelación del agua? Durante los últimos 40 años, muchos artículos y experimentos han intentado confirmar el principio detrás de este fenómeno, pero debido a la falta de datos científicos experimentales y análisis cuantitativos, aún no se ha llegado a una conclusión.
Las cosas duras pueden causar daños.
Recientemente, Jonathan Katz de la Universidad de Washington en Estados Unidos ha capturado el fantasma oculto a través de una investigación en profundidad sobre el efecto Mpemba. Confirmó que no sólo el fenómeno era real, sino que fueron los fantasmas los responsables del mismo. Sin embargo, los fantasmas son simplemente "objetos duros" ordinarios escondidos en el agua. Para descifrar el efecto mpemba, Katz fijó su mirada en el agua. Sabemos que cuando se calienta el agua, algunas sustancias duras solubles escondidas en el agua, como carbonato de calcio, ácido carbónico, etc., se descargarán y formarán sedimentos. La escala común en nuestra vida diaria adherida a la pared interior de la tetera es evidencia de que han sido expulsados. Después de alcanzar el punto de ebullición, el agua se ablandará cuando se eliminen la mayoría de los objetos duros. Katz descubrió que el punto de congelación del agua dura sin calentar es más bajo que el del agua blanda calentada porque contiene objetos duros que reducen la velocidad de congelación del agua dura. Este principio es como esparcir sal en la carretera después de la nieve para evitar que se forme hielo. La mezcla de sal reduce el punto de congelación de la nieve, por lo que la nieve se congela por más tiempo. Pero este descubrimiento por sí solo no aborda directamente el efecto mpemba, porque los estudiantes de MP EMBA cocinaron la leche cruda antes de hacer el helado. Entonces, ¿por qué la leche caliente de Mpamba se congela primero? Katz descubrió que la razón eran todavía objetos duros en el agua: para comer un delicioso helado, todos agregaban azúcar a la leche, y el azúcar en realidad endurecía la leche líquida. Sin embargo, la dureza de la leche caliente es en realidad menor que la de la leche fría, lo que resulta en una diferencia en el punto de congelación entre las dos. La leche fría con mayor dureza tiene un punto de congelación relativamente más bajo. De esta manera, la leche caliente con un punto de congelación ligeramente superior se congelará naturalmente antes que la leche fría con un punto de congelación ligeramente inferior. Por supuesto, hay otra razón para reducir la velocidad de congelación del agua a baja temperatura, porque los experimentos han demostrado que la velocidad de disipación del agua depende de la diferencia de temperatura, es decir, en el mismo ambiente de baja temperatura, el agua con una. La temperatura relativamente alta es mejor que el agua con una temperatura relativamente baja. Disipa el calor más rápido. Lo mismo ocurre con la leche. Entonces, ¿por qué el efecto mpemba no aparece siempre en muchos experimentos? Katz cree que la razón fue que los experimentadores comenzaron con agua blanda. Utilice la misma agua blanda para experimentos fríos y calientes. Dado que el punto de congelación del agua es el mismo, la velocidad de disipación de calor tiene poco efecto sobre la velocidad de congelación, por lo que el efecto mpemba no es tan obvio.
Malentendidos de la "teoría del agua dura"
En primer lugar, la dureza del agua en la naturaleza que puede satisfacer las necesidades de la vida humana no puede ser muy alta, de lo contrario será perjudicial para la salud. . Por lo tanto, incluso si se hierve el agua dura utilizada por los humanos, la temperatura del punto de congelación no aumentará significativamente. En el caso del enfriamiento general del refrigerador, es difícil que el agua caliente se congele primero. De lo contrario, el agua caliente a menudo se congelará antes que el agua fría, y el profesor de física no puede decir que el efecto mpemba sea una mentira.
Si la "teoría del agua dura" es cierta, la premisa es que todos los investigadores que completaron experimentos de congelación de agua hirviendo primero eligieron agua con una dureza extremadamente alta, que es dañina para los humanos. Esto obviamente no está en consonancia con el sentido común. En segundo lugar, en teoría, existen muchas situaciones en la naturaleza que pueden provocar que el punto de congelación del agua aumente después de hervir. Por ejemplo, cuando el agua o la leche están contaminadas por microorganismos, la temperatura del punto de congelación bajará, pero también aumentará después de hervir, etc. En tercer lugar, de acuerdo con las propiedades físicas básicas del agua, los experimentos sobre el efecto mpemba también se pueden completar con agua blanda. En realidad, hay muchos ejemplos de uso de agua blanda para completar este experimento.
Edite este párrafo para eliminar el sentido común
Actualmente, tres estudiantes chinas de la escuela secundaria Xiangming han demostrado que este fenómeno es solo una coincidencia de los cuatro factores anteriores. Normalmente, el agua fría se congela primero. Más de 100 experimentos produjeron finalmente decenas de miles de datos valiosos. Aunque existen instrumentos automatizados avanzados para ayudar, todavía resulta bastante problemático organizar, analizar y resumir miles de datos. Independientemente de cuánto tiempo le tomó al equipo de investigación dibujar el diagrama de análisis de 11, solo necesitamos extraer la parte del "análisis del registro de datos" del documento, y su complejidad es evidente: comparación de leche pura fría y caliente; y leche fría con azúcar; Comparación de leche fría y leche caliente con azúcar y almidón; Comparación de agua fría y caliente con azúcar; y agua salada caliente Comparación de agua pura fría Leche pura Comparación de almidón frío y caliente con azúcar y almidón frío y caliente sin azúcar... Después de un análisis riguroso, se llega naturalmente a la conclusión: bajo la misma calidad y la misma temperatura externa; En condiciones ambientales, el efecto mpemba no se producirá y los líquidos calientes no podrán condensarse primero. En los últimos cuatro meses se concluyó que en condiciones homogéneas de igual volumen y temperatura externa, es imposible que los líquidos calientes se congelen antes que los fríos, y se propusieron tres posibilidades de malentendidos. Creen que el efecto mpemba sólo puede ocurrir cuando hay una diferencia de temperatura en el refrigerador, el contenido de azúcar en la leche es diferente o el azúcar no está disuelto y contiene más componentes no líquidos como el almidón. (CCTV V2 transmitió Mpamba a las 20:30 del 6 de julio de 2005) La actividad molecular del agua caliente es relativamente fuerte y es fácil de condensar cuando hace frío.
Prueba del efecto Mpemba
La heterogeneidad es la responsable de este fenómeno.
El efecto Mpemba es conocido como un problema difícil en la física mundial. Sin embargo, de acuerdo con la teoría de la física de la escuela secundaria, se puede encontrar que el problema de Mpamba es solo un problema integral del conocimiento de los estudiantes de secundaria, y cada estudiante de secundaria puede dominar el método de prueba. Prueba: Suponiendo que el agua caliente se puede congelar antes que el agua fría, las condiciones necesarias son que el punto de congelación del agua caliente sea más alto que el del agua fría o que el agua caliente se enfríe más rápido que el agua fría. Debido a que el punto de congelación del agua caliente pura es el mismo que el del agua fría a presión normal, para demostrar el efecto mpemba se debe demostrar que el agua caliente se enfría más rápido que el agua fría. Según la teoría básica de la física, la intensidad de evaporación del agua caliente es mayor que la del agua fría y su densidad es menor que la del agua fría. Si se toman dos recipientes idénticos sin cerrar y se ponen en uno cantidades iguales de agua, caliente y otra fría, manteniéndolos a la misma temperatura ambiente exterior. Durante el proceso de enfriamiento, el agua caliente pierde más agua por evaporación que el agua fría, por lo que la masa final de agua con una temperatura inicial alta debe ser menor que la del agua con una temperatura inicial baja. La velocidad de enfriamiento del agua caliente siempre debe ser. más rápido que el del agua fría. Si coges dos recipientes idénticos cerrados, pon en ellos cantidades iguales de agua, una caliente y otra fría, y ponlos ambos a la misma temperatura ambiente exterior. Durante el proceso de enfriamiento, la presión del aire en el recipiente formado por el aumento de densidad y la disminución del volumen del agua caliente debe ser menor que la del agua fría. El punto de ebullición del agua caliente es menor que el del agua fría y la intensidad de la convección es mayor que la del agua fría. El agua caliente siempre pierde más calor por unidad de tiempo que el agua fría, por lo que el agua caliente siempre se enfría más rápido que el agua fría. Al mismo tiempo, según la teoría del diagrama de tres fases del agua, cuando la presión del aire del agua disminuye, la temperatura del punto de congelación aumenta. El punto de congelación del agua hirviendo con una temperatura inicial alta es más alto que el del agua fría porque está sujeta a una presión de aire más baja que el agua fría con una temperatura inicial más baja. Debido a que bajo la misma calidad y la misma temperatura ambiente externa, el agua caliente siempre se enfría más rápido que el agua fría, por lo que cuando la temperatura ambiente externa está en un estado de enfriamiento continuo, la temperatura del agua caliente será más baja que la temperatura del agua fría cuando; la temperatura ambiente externa Cuando se enfría dentro de un tiempo o rango de temperatura específico, la temperatura del agua caliente será igual o mayor que la temperatura del agua fría. Por lo tanto, es un fenómeno común que la temperatura del agua caliente sea más baja que la temperatura del agua fría cuando la temperatura de la cantidad y el ambiente externo son homogéneos. Sin embargo, bajo condiciones específicas de temperatura ambiental externa, es un fenómeno que hace frío. El agua se congela antes que el agua caliente.
Si elegimos agua pura de la misma calidad y cantidad, una es agua fría a 4°C, y la otra es agua hirviendo a 100°C, y hacemos experimentos bajo las mismas condiciones de temperatura ambiente externa que hacen que las dos se enfríen muy lentamente, entonces nadie puede hacer 4 El agua fría a 100°C se congela antes que el agua caliente a 100°C. Se puede demostrar mediante experimentos que el efecto mpemba se ajusta a la teoría básica de la física. La gente niega el efecto mpemba principalmente debido a sus propias deficiencias en la observación de cosas objetivas o en el proceso del experimento de congelación. De acuerdo con las teorías básicas de la física de la escuela secundaria y los métodos experimentales correctos que hemos dominado hasta ahora, podemos saber que sólo bajo las mismas condiciones de temperatura ambiental externa, el agua fría con una temperatura inicial más baja se enfría hasta un estado de congelación completa durante un mucho tiempo o un tiempo infinito El efecto mpemba puede o debe ocurrir. Por lo tanto, la aparición del efecto mpemba requiere un enfriamiento lento del refrigerador. Cuanto más lento sea el enfriamiento del refrigerador, más débil será la desigualdad de temperatura y menor será el impacto en los resultados experimentales. Cuanto más rápido se enfríe el refrigerador, más fuerte será la desigualdad de temperatura, lo que favorece que el agua fría se congele primero y no que el agua caliente se congele primero. Mpamba puso la leche en el frigorífico inmediatamente después de hervirla, pero su compañero puso la leche fría directamente en el frigorífico sin calentarla. Si dos personas ponen azúcar en el frigorífico, el azúcar de la leche caliente se disolverá mucho más rápido que la leche fría, por lo que la leche fría del compañero debe ser la primera en congelarse. Como hecho objetivo, el efecto Mpemba ha sido cuestionado y cuestionado por la comunidad física mundial durante décadas. En los últimos años, también han surgido voces negativas en China. De hecho, es muy sencillo completar esta prueba: poner en el congelador cantidades iguales de agua hirviendo con una temperatura inicial de 100°C y agua fría con una temperatura inicial de 35°C. Si las condiciones de temperatura en el congelador hacen que el agua se enfríe rápidamente, a menudo veremos que el agua con una temperatura inicial más baja se congela primero, pero esto es sólo un fenómeno unilateral. Mientras se corte la energía al refrigerador, la temperatura en el congelador aumentará. Cuando el agua hervida congelada y el agua fría se disuelven por completo y luego se lleva a cabo el experimento de congelación, el resultado sólo puede ser que el agua hervida original se congele primero. Si se repite este proceso experimental, todos los resultados serán los mismos. Por lo tanto, en un estado de enfriamiento rápido, puede aparecer agua fría y congelarse solo una vez. Si las condiciones de temperatura en el compartimento congelador del refrigerador crean un estado de enfriamiento lento para el agua, lo que vemos es que el agua hervida con una temperatura inicial alta se congela primero. Si la temperatura en el congelador aumenta en este momento y el agua hirviendo y el agua fría se disuelven completamente y luego se enfrían y congelan nuevamente, entonces el agua hirviendo original se congelará primero independientemente de las condiciones de temperatura en el congelador. Operaciones repetidas como esta solo permitirán que el agua hirviendo original se congele primero. Por lo tanto, el agua fría no puede congelarse primero en un estado de enfriamiento lento. El efecto Mpimba nos ha permitido comprender mejor las propiedades del agua. La experiencia del efecto Mpimba demuestra la importancia de la ciencia y de una actitud seria para comprender y dominar la naturaleza.
La operación experimental de congelar agua hirviendo primero
El método de operación de usar primero un recipiente sin sellar para completar el experimento de congelación de agua hirviendo: (como referencia) 1. Controlar la temperatura inicial de el congelador del refrigerador a 4 ° C, tome dos platos idénticos, ponga cantidades iguales de agua, uno es agua fría a 4 ℃, el otro es agua caliente cerca de 100 ℃, y colóquelos en el congelador del refrigerador al mismo tiempo. Controle la temperatura de la cámara de congelación para que baje 65438 ± 0 ℃ cada hora (o baje 65438 ± 0 ℃ cada dos horas) y registre la calidad final del agua caliente y fría después de la congelación. 2. En invierno, el experimento se completa con un enfriamiento natural. Cuando la temperatura exterior al mediodía no es inferior a 4 ℃ y la temperatura más baja durante la noche es de -2 ~ 3 ℃, puede optar por tomar dos platos idénticos al mediodía y poner cantidades iguales de agua, uno es agua caliente cerca de 100 ℃ , y el otro es la temperatura exterior Misma agua fría. Colócalos simultáneamente en el mismo lugar al aire libre y registra el tiempo que tarda el agua fría y caliente en congelarse por completo y su masa final. 3. Según el método experimental de tres estudiantes de secundaria de Shanghai, se registró la masa final de agua fría y caliente después de la congelación. Partiendo de que la masa final del agua caliente es menor que la del agua fría, está comprobado que el agua caliente puede congelarse antes que el agua fría porque siempre se enfría más rápido que el agua fría. 4. Tome dos recipientes idénticos y ponga el mismo peso de agua pura homogénea, uno es agua hirviendo a 100°C, el otro es agua fría a 35°C, y póngalos a temperatura normal (no inferior al punto de congelación del agua). ). El tiempo es largo (5 horas, 10 horas o 1 día o 2 días) Motivo: después de hervir agua y agua fría están en la misma temperatura externa durante mucho tiempo, la diferencia de temperatura es casi cero. Si el recipiente está sellado, la presión del aire dentro del recipiente es menor que la presión del aire formada por el agua fría en el recipiente debido al aumento de densidad y la disminución de volumen durante el proceso de enfriamiento. Si la temperatura continúa disminuyendo, el agua hirviendo con una temperatura inicial alta tendrá un punto de ebullición más bajo y una mayor intensidad de convección, y perderá más calor por conducción de calor a través de la pared exterior del recipiente por unidad de tiempo, por lo que el agua hirviendo se enfriará. hasta el punto de congelación más rápido.
Si el recipiente está sin sellar, el agua caliente perderá más agua porque su intensidad de evaporación es mayor que la del agua fría. Si la temperatura continúa bajando, el agua hirviendo con una temperatura inicial alta será menor que la fría. El agua con una temperatura inicial baja, por lo que la velocidad de enfriamiento por unidad de tiempo es más rápida, puede alcanzar el punto de congelación primero. 5. Tome el mismo recipiente y ponga cantidades iguales de agua hirviendo y agua fría (agua purificada) en el refrigerador al mismo tiempo. Cuando ambos se congelen, corte la energía del refrigerador y permita que la temperatura dentro del congelador suba por encima del punto de congelación del agua. Cuando ambos estén completamente disueltos, enciende nuevamente el refrigerador para seguir congelando, y el agua hirviendo se congelará primero. Por la misma razón. 6. Cuando el refrigerador esté a una temperatura ambiente externa de 35°C, corte la energía del refrigerador y mantenga la temperatura del congelador a 35°C. Tome el mismo recipiente, coloque el mismo peso de agua hirviendo a 100 °C y agua fría a 35 °C (agua purificada) en el refrigerador al mismo tiempo, encienda el refrigerador y controle la velocidad de caída de temperatura en el congelador. de modo que el agua fría tarda mucho en enfriarse hasta el punto de congelación y luego el agua hirviendo se congela primero. Por la misma razón. 7. Si la temperatura del compartimento congelador del frigorífico se mantiene a 0,1°C, tome dos recipientes idénticos y colóquelos en el mismo peso de agua pura homogénea, uno es agua fría a 0,1°C y el otro está hirviendo a 100°C. agua y meterlos en el frigorífico al mismo tiempo. Continuar manteniendo la temperatura del congelador a 0,1°C. Por la misma razón. 8. Según las condiciones conocidas dadas por el problema de Mpamba: podemos controlar la temperatura del congelador a 35°C, tomar dos recipientes idénticos y ponerlos en el mismo volumen de agua pura, uno de ellos está hirviendo agua a 100°C, y el otro es 35°C de agua fría, póngalo en el refrigerador al mismo tiempo y controle la velocidad de enfriamiento del congelador, para que el agua fría se enfríe desde 35°C hasta el punto de congelación, y luego la temperatura inicial. lo cual lleva mucho tiempo. Motivo: La densidad del agua hirviendo a 100°C bajo presión normal es menor que la densidad del agua fría a 35°C, por lo que la masa de agua hirviendo es menor que la masa de agua fría del mismo volumen, por lo que el problema de Mpamba Se puede entender como: ¿por qué una pequeña cantidad de agua caliente precede a una gran cantidad a la misma temperatura ambiente exterior? ¿El agua fría se congela? La respuesta es simple: en condiciones de enfriamiento rápido, el agua fría puede congelarse primero debido a su baja temperatura inicial; en condiciones de enfriamiento lento, la masa inicial de agua caliente es menor que la del agua fría. La presión del aire en el recipiente sellado es menor que la del agua fría. La presión del aire dentro del recipiente. En un recipiente sin sellar, la intensidad de evaporación del agua caliente es mayor que la del agua fría, lo que hace que la diferencia de masa final entre el agua caliente y el agua fría sea mayor. El agua caliente se congela primero porque la velocidad de enfriamiento por unidad de tiempo es más rápida que la del agua fría. Al realizar experimentos con contenedores sellados, consulte los métodos operativos de los experimentos 1, 2, 4, 5, 6, 7 y 8 para contenedores sin sellar. Además, algunas personas piensan que la descripción original de Aristóteles de este fenómeno es así: "El agua que se ha calentado antes ayudará a que se congele más rápido", y la mayoría de la gente probablemente malinterpretó esta frase. El significado original de "comparación de agua previamente sobrecalentada y previamente agua sin calentar a la misma temperatura", en lugar de "comparación de agua caliente y agua fría". Por lo tanto, según el segundo entendimiento, que se analiza anteriormente, el efecto mpemba no se cumple; según el primer entendimiento, el efecto mpemba puede mantenerse;
Utiliza análisis cuantitativo para demostrar el efecto mpemba
Supongamos que tomas dos recipientes idénticos, pones 1 g de agua caliente y 100 g de agua fría respectivamente, y los metes en el frigorífico al mismo tiempo. La gente dirá que el agua caliente es lo primero. La congelación se produce porque el agua caliente tiene menos masa que el agua fría y el agua caliente se enfría más rápido. Si la masa de agua caliente aumenta a 2 gramos y luego se colocan en el refrigerador al mismo tiempo, algunas personas seguirán diciendo que el agua caliente se congela primero, porque la masa de agua caliente es más pequeña que la masa de agua fría. agua. Pero sabemos que con la mejora de la calidad del agua caliente, se requiere un tiempo de congelación más largo que en experimentos anteriores cuando la intensidad de refrigeración del congelador permanece sin cambios. Sigue aumentando la masa de agua caliente, pero siempre menos que la masa de agua fría. Si las condiciones de intensidad de refrigeración del congelador permanecen sin cambios, cuando el tiempo necesario para que una determinada masa de agua caliente se enfríe hasta completar la congelación es igual al tiempo necesario para que 100 g de agua fría se enfríen hasta completar la congelación, el resultado es que ambos se congelan. al mismo tiempo. Cuando el agua caliente es menor que esta "cantidad", se puede congelar primero. Cuando el agua caliente es mayor que esta "cantidad", el agua fría se congela primero. Si al cambiar las condiciones de intensidad de refrigeración en el congelador, enfriar 100 gramos de agua fría toma un tiempo más largo o infinito para completar la congelación, entonces podemos inferir a la inversa que durante este tiempo de enfriamiento más largo o infinito, se congelarán más al mismo tiempo. agua caliente de alta calidad o infinitamente cerca de 100 gramos de agua fría y caliente. Cuando la masa final de agua caliente es inferior a "infinitamente cerca de 100 g", en teoría, el agua caliente se puede congelar primero.
Si se ponen agua caliente y agua fría con la misma masa de un gramo en dos recipientes idénticos sin cerrar y se meten en el frigorífico al mismo tiempo, dado que la intensidad de evaporación del agua caliente es mayor que la del agua fría, se perderá más agua. por evaporación durante el proceso de enfriamiento que la del agua fría. La masa del agua caliente siempre es menor que la del agua fría, por lo que su velocidad de enfriamiento siempre debe ser más rápida que la del agua fría. Después de enfriar durante un cierto período de tiempo, las dos temperaturas serán iguales y el agua caliente se congelará primero. Si desea cumplir con las condiciones de congelación simultáneas, debe aumentar la masa inicial de agua caliente, dejar que la masa inicial de agua caliente sea b y 0
Edite los datos físicos relevantes del efecto mpemba en esta sección.
El valor de la densidad del agua pura bajo presión atmosférica estándar: la densidad del agua a 4 ℃ es 0,99997; la densidad del agua a 35 ℃ es 0,99403, a 100 ℃, la densidad del agua es 0,95836. Teóricamente, la masa de agua a 100°C es un 3,6% más pequeña que la masa a 35°C y un 4,1% más pequeña que la masa a 4°C. Los datos sobre la pérdida de agua por evaporación de agua pura bajo presión atmosférica estándar se pueden obtener mediante experimentos (dado que la evaporación del agua se ve afectada por muchos factores, los valores son solo de referencia): primero, tome dos diámetros idénticos de 6,5 cm y una altura de 9. Poner 160 gramos de agua en vasos de plástico de 5 cm, uno con agua hirviendo a 100°C y el otro con agua fría a 35°C. Al mismo tiempo, colóquelo en el congelador a -18°C. Después de 30 minutos, la masa de agua hervida es de 155 gramos y se ha perdido el 3% del agua por evaporación. La masa de agua fría es de 159 gy se pierde 0% de humedad debido a la evaporación. 6%. En segundo lugar, se toman dos placas de metal idénticas con un diámetro de 25 cm y una altura de 3,3 cm y se ponen 700 gramos de agua. Una es agua hirviendo a 100 °C y la otra agua fría a 35 °C. Al mismo tiempo, colóquelo en el congelador a -18°C. Después de 60 minutos, el agua hirviendo perderá su humedad por evaporación. 5%; el agua fría pierde humedad por evaporación. 4%. En tercer lugar, se coloca una placa de metal con un diámetro de 25 cm y una altura de 3,3 cm con 880 gramos de agua hirviendo a 100°C y agua hirviendo a 29°C. En una habitación a 5 ℃ (sin viento), después de 40 minutos, el agua hirviendo se enfría a 35 ℃, la masa es de 810 gy el 8% del agua se evapora después de 75 minutos, el agua hirviendo se enfría a 365438 ± 0 ℃; la masa es de 805 g, debido a que el 8% del agua se pierde por evaporación. 5%. Experimento 2 (proporcionado por personas que niegan el efecto mpemba en China): el recipiente experimental es un vaso de precipitados (se desconocen el diámetro y la altura del vaso), el volumen de agua es de 3 a 5 litros y las condiciones experimentales son enfriar a 0°C en el frigorífico (se puede inferir que la temperatura ambiente de evaporación es baja a 0°C). Ponga de 3 a 5 litros de agua hirviendo en el vaso, péselo en una balanza, luego póngalo en el refrigerador para que se enfríe a 0°C y luego péselo en la balanza. La humedad perdida por evaporación es del 1% al 3%. Con referencia a los datos anteriores, de acuerdo con las condiciones dadas por el problema de Mpamba, se realizaron experimentos con el mismo volumen de agua hirviendo y agua fría a 35 °C. Cuando se utilizan diferentes métodos, la masa final de agua hervida es un 4,6% (densidad 3,6%, evaporación 1%) -12,1% (densidad 3,6%, evaporación 8,5%) menos que el agua fría. Según el malentendido de algunas personas en China, si se usa la misma cantidad de agua hirviendo y agua fría a 35°C para los experimentos, y se usan diferentes métodos, la masa final del agua hirviendo será un 1% menor que la del agua fría. (evaporación) -8. 5% (evaporación). Si elige un recipiente con un área de evaporación mayor, menor altura, temperatura ambiente más adecuada y métodos de operación más científicos, la diferencia entre el agua caliente y el agua fría producida por la evaporación durante el experimento será inevitablemente mayor.