cool down water?!

姆潘巴現象。首先由坦尚尼亞的中學生姆潘巴在1963年發現，所以叫姆潘巴現象。他把一杯熱牛奶和一杯冷牛奶同時放入冰箱，而發現熱牛奶先結冰。 首先來看看姆潘巴現象的原理；液體降溫速度的快慢不是由液體的平均溫度決定的，而是由液體上表面與底部的溫度差決定的，當熱牛奶冷卻時，這種溫度差較大，而且在凍結前的降溫過程中，熱牛奶的溫度差一直大於冷牛奶的溫度差。這種情況是由於上表面的溫度愈高，從上表面散發的熱量就愈多，因而降溫就愈快。 注意，這裡說的是「降溫速度」而不是誰先結冰。 如果一杯水要結冰，首先要達到冰點，即0攝氏度。熱水在一開始的時候降溫速度比冷水快，是因為其上層和下層溫差比冷水大。但是如果用圖像表示熱水的降溫過程，揮發現其圖像是一條曲線，也就是說時間越長，降溫速度越慢，因為其上下層的溫差越來越小。 物體傳熱速度是由兩個因素決定的，一個是溫度差，另一個熱阻，而熱阻往往是由材料決定的，是一個常數。這樣的話，列出微分方程，很容易解出，物體的溫度隨著時間按指數規律下降，就象電容器的放電規律一樣。 從以上的結果上看，當然是冷水先結冰。 如果非要說熱水比冷水先結冰，只能說有什麼因素減小了熱水的熱阻，而且這種減小的熱阻可以一直維持到溫度和冷水一樣的時候。 事實上，在一般實驗條件下，熱水會比冷水更快結冰。這種現象違反直覺，甚至連很多科學家也感到驚訝。但它的確是真的，曾在很多實驗觀察和研究過。雖然在經過亞裡斯多德、培根，和笛卡兒三人的介紹後，此現象已被發現了幾個世紀，但卻一直沒有被引入現代科學。直至1969年，才由坦尚尼亞的一間中學的一個名叫 Mpemba 的學生引入現代科學。 熱水比冷水更快結冰的現象通常叫「Mpemba 效應」。無疑地，很多讀者對這一點很懷疑，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。Mpemba 效應並不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下，都可看到的。 水的結冰不只受平均溫度影響。事實上，除了平均溫度，其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻，70° C 的水，冷卻到平均溫度為 30° C 的水，水已發生了改變，不同于那杯初始溫度均勻，30° C 的水。前者有較少品質，溶解氣體和對流，造成溫度分佈不均。這些因素亦會改變冰箱內，容器周圍的環境。下面會分別考慮這四個因素。所以前面的那種證明是行不通的，事實上，Mpemba 效應已在很多受控實驗中觀察到。 這種現象的發生機制，仍然沒有得確切的瞭解。雖然有很多可能的解釋已被提出過，但到目前為止，還沒有一個實驗可以清晰地顯示它的機制。 為什麼現代科學不回答這個看起來很簡單的結冰問題？主要的問題是，水結冰所花的時間的長短，對實驗設計中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質、結冰時間的定義，等等。因為這種敏感性，即使有實驗支援 Mpemba 效應的存在，但不能支援在這些條件之外，