點解d人話熱水會比冷水快結冰？ 喜歡物理的一定要入！

為甚麼熱水可以較冷水快結成冰?

蒸發──在熱水冷卻到冷水的初溫的過程中，熱水由於蒸發會失去一部分水。質量較少，令水較容易冷卻和結冰。這樣熱水就可能較冷水早結冰，但冰量較少。如果我們假設水只透過蒸發去失熱，理論計算能顯示蒸發能解釋 Mpemba 效應 [11]。 這個解釋是可信的和很直覺的，蒸發的確是很重要的一個因素。然而，這不是唯一的機制。蒸發不能解釋在一個封閉容器內做的實驗，在封閉的容器，沒有水蒸氣能離開 [12]。很多科學家聲稱，單是蒸發，不足以解釋他們所做的實驗 [5,9,12]。

2.
溶解氣體──熱水比冷水能夠留住較少溶解氣體，隨著沸騰，大量氣體會逃出水面。溶解氣體會改變水的性質。或者令它較易形成對流（因而令它較易冷卻），或減少令單位質量的水結冰所需的熱量，又或改變沸點。有一些實驗支持這種解釋 [10,14]，但沒有理論計算的支持。

3.
對流──由於冷卻，水會形成對流，和不均勻的溫度分佈。溫度上升，水的密度就會下降，所以水的表面比水底部熱──叫「熱頂」。如果水 主要透過表面失熱，那麼，「熱頂」的水失熱會比溫度均勻的快。當熱水冷卻到冷水的初溫時，它會有一熱頂，因此與平均溫度相同，但溫度均勻的水相比，它的冷卻速率會較快。能跟上嗎？你可能想重看這一段 ，小心區分初溫、平均溫度，和溫度。雖然在實驗中，能看到熱頂和相關的對流，但對流能否解釋 Mpemba 效應，仍是未知。

4.
周圍的事物── 兩杯水的最後的一個分別，與它們自己無關，而與它們周圍的環境有關。初溫較高的水可能會以複雜的方式，改變它周圍的環境，從而影響到冷卻過程。例如，如果這杯水是放在一層霜上面，霜的導熱性能很差。熱水可能會熔化這層霜，從而為自己創立了一個較好的冷卻系統。明顯地，這樣的解釋不夠一般性，很多實驗都不會將容器放在霜層上。

最後，過冷在此效應上，可能是重要的。過冷現象出現在，水在低於 0° C 時才結冰的情形。有一個實驗 [12] 發現，熱水比冷水較少會過冷。這意味著熱水會先結冰，因為它在較高的溫度下結冰。即使這是真的，也不能完成解釋 Mpemba 效應，因為我們仍需解釋為什麼熱水較少會過冷。

簡單地說，在很多情況下，熱水較冷水先結冰。這並非不可能，在很多實驗中已觀察到。然後，儘管有很多說法，但仍沒有一個很好的解釋。有不同的機制曾被提出，但這些實驗證據都不是決定性的。若你想看更多關於這題目的文章，Jearl Walker 在《科學美國人》所寫的文章 [13] 值得一看，他也建議你怎樣在家中做 Mpemba 效應的實驗。另外，Auerbach [12] 和 Wojciechowski [14] 所寫的文章是有關這效應的更現代的文獻。




附加資料：

熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「Mpemba 效應」。無疑地，很多人對這一點很懷疑，因此，有必要先明確地指出，什麼是 Mpemba 效應。有兩個形狀一樣的杯，裝著相同體積的水，唯一的分別是水的溫度。現在將兩杯水在相同的環境下冷卻。在某些條件下，初溫較高的水會先結冰，但並不是在任何情況下，都會這樣。例如，99.9° C 的熱水和 0.01° C 的冷水，這樣，冷水會先結冰。

因為熱水裏的熱能比冷水多,所以在冷的地方裡,冷空氣吸收熱水的熱能較多和怏,
熱水便快些結冰.(當物件失去熱能,那物件就會較冷)