熱水結冰比冷水快?英化學學會千鎊徵答

自由時報 – 2012年6月28日 上午4:24
〔國際新聞中心/綜合報導〕熱水為何會比冷水還快結冰呢?這是20世紀和21世紀的科學家與知識份子想破頭也沒有答案的問題。現在,英國皇家化學學會祭出1000英鎊(約4萬6500元台幣)獎金,徵求對這種所謂「彭巴效應」(Mpemba Effect)最好與最有創意的解釋。
競賽評審希望看到的是,有發想力的解答,參賽者可參考現有研究資料,也可以運用各種媒體或技術,包括文章、插畫、甚至影片形式提交答案,形式不拘,但最好吸睛又富創意。意者可在7月30日截止日前上網 www.hermes2012.org/ice 提交,化學學會邀請的科學家小組,將負責評審工作。
來自全球各地頭腦最棒的一群年輕科學家,也將在奧運開幕第一週前往倫敦參加科學會議時,接力挑戰解答同樣的問題。
皇家化學學會主席菲利浦斯教授表示:「現代科學家對於這個看似簡單的問題,還是百思不得其解,冰淇淋店家與酒保每天都會遇到熱水冷凍比冷水快的現象,但也沒人真正了解為什麼。這個問題存在幾千年了,亞里斯多德還有笛卡兒等哲學家也曾反覆思索,但科學界重新研究這個問題,卻要等到 1968 年坦尚尼亞學生彭巴提出他在實驗時發現的這個現象之後。」
當時彭巴在實驗課堂上問老師,為什麼製作冰淇淋,水滾的時候做得比較快?老師馬上反駁他怎麼可能,但老師親身實驗後發現,熱水確實較快結凍。
菲利浦斯說,學界發現這個現象後,一直在研究原因,但對於究竟是什麼因素造成「彭巴效應」,意見卻嚴重分歧,雖然有許多可能的解答,卻始終沒有決定性的解釋 。
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彭巴效應(又稱彭巴現象;Mpemba Phenomenon),指在同等體積、同等質量和同等冷卻環境下,溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰的現象。 
亞里士多德、培根和笛卡爾均曾以不同的方式描述過該現象,但是均未能引起廣泛的注意。1963 年,坦尚尼亞的一位中學生彭巴在製作冰淇淋時發現,熱牛奶經常比冷牛奶先結冰,1969 年,他和丹尼斯·奧斯伯恩博士(Denis G. Osborne)共同撰寫了關於此現象的一篇論文,因此該現象便以其名字命名。彭巴現象的原理究竟為何至今眾說紛紜,常見的一種解釋如下:
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,當熱的液體冷卻時,這種溫度差較大,而且在凍結前的降溫過程中,熱的液體的溫度差一直大於冷的液體的溫度差。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。
彭巴效應並不是指熱水一定會比冷水先結冰,兩者的溫度如果有較大差異,那麼仍然將是冷水先結冰。

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