为什么热水比冷水结冰快

“把同样量的开水和冷水放进冰箱，哪个先结冰？”你可能会嘲笑地回答：“当然是冷水！”但你错了。这必须提到一个很久以前的故事。

在坦桑尼亚的马坎巴中学，有一个三年级的学生名叫姆帕姆巴。他经常在学校和同学一起做冰淇淋。因为学校里有很多学生，冰箱的位置一直供不应求。1963年的一天，当mpamba来做冰淇淋时，冰箱里几乎没有空的地方。姆潘巴不得不匆忙地把牛奶煮开并加糖。在牛奶冷却之前，他立即将热牛奶倒入冰格中，并将其送到冰箱的冷冻室。奇迹发生了：一个半小时后，姆潘巴发现他的热牛奶已经结冰，而其他学生的冷牛奶仍然是粘稠的液体，没有结冰。这一现象震惊了mpamba。几经波折，这个问题终于在1969年得到确认。这个问题也被称为“mpamba问题”。

这个问题的原理是什么？让我们从物理开始。冷水需要很长时间才能结冰是有原因的。水和玻璃是导热性差的材料。液体内部的热量很难通过传导有效地传递到表面。随着杯内水温的降低，体积膨胀，密度降低，并在杯表面积聚。因此，水首先在表面结冰，然后延伸到底部和周围，然后形成一个封闭的“冰壳”。此时，内层的水与外界空气隔离，只能依靠传导和辐射散热。冷却非常缓慢。对于初始温度为100℃的热水，冷冻时间要短得多。此时，水面上没有“冰壳”，但里面出现了针状冰晶。随着时间的推移，冰晶由细变厚。初始温度高的热水在上层水冷却后向下流动，在液体内部形成对流。初始温度越高，对流越强烈，能量损失越大。当水面温度降到0℃以下，并且有足够的低温时，冰晶开始出现在水面上。然而，由于水中的冰晶已经长大并变厚，水分子在其“结晶中心”周围逐渐形成冰。

从生物学角度来看，这也是有道理的。正如雨滴的形成需要“凝结结核”，水需要许多“结晶中心”才能形成冰。生物实验表明，水中的微生物往往是结晶中心。有些微生物在热水中（水温略低于100℃）比在冷水中繁殖更快。这样，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，这加速了热水冻结的协同效应，并在“结晶中心”周围生长出亚晶体，结晶中心是外延结晶的核心。像雪球一样，冰变得越来越快。