1963年的一天,坦桑尼亚的中学生姆潘巴和同学一起做冰激凌,当他做好时,冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几了。为了抢占剩下空位,姆潘巴只得急急忙忙把滚烫的牛奶倒入冰格中,放入冰箱。1个半小时后,姆潘巴发现,他放入的热牛奶已经结成冰,而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。热的牛奶比冷的牛奶更快结冰,这就是流传已久的“姆潘巴现象”,那么,热的液体真的比冷的液体更快结冰吗?让我们来一探究竟。
实验一 冷、热牛奶的冷却
实验器材
牛奶、玻璃瓶2个、冰箱、微波炉、标签纸、固体胶
实验方法
1. 在2个相同的玻璃瓶中倒入同样多的牛奶,分别贴上“常温”、“加热”标签。
2. 用微波炉加热有“加热”标签的牛奶40秒,然后把两瓶牛奶同时放入冰箱冷却。注意把它们隔层放置,这样可以避免冷热牛奶之间温度的干扰;同时记下时间。
3. 1个半小时后,打开冰箱,取出两瓶牛奶,观察结冰程度。
实验结果
加热的牛奶没有结冰,仍然是黏稠的液体。我们的实验结果与“姆潘巴现象”不同,是否这种现象并不存在呢?如果它是存在的,是什么原因导致的呢?为了解事实的真相,我们继续做实验来验证。
实验二 各种冷、热液体的冷却
实验器材
足够的容器(冰格、玻璃杯、纸杯等均可)、蜂蜜、盐、水、冰箱、微波炉、标签纸、固体胶、温度计
实验方法
1. 用常温的水调制盐水、蜂蜜水。每种溶液要准备两个同样的瓶子来盛装,各做2个标签(“常温”和“加热”),并贴在容器上。
2. 向6个贴好标签的容器中分别倒入对应的溶液,两瓶同一种溶液的液体量一样(使瓶中液体高度一致即可)。
3. 3个贴有“加热”标签的容器同时用微波炉加热40秒。用温度计测量一下各个容器内液体的温度,做好记录。测得加热后的液体温度基本都是60摄氏度左右,而常温的液体温度为20摄氏度左右。
4. 把这些容器一起放进冰箱内,注意“加热”和“常温”分层放置,从而排除冷热液体之间热传递干扰。
5. 1个半小时后打开冰箱,取出所有容器,观察结冰程度。
实验结果
我们发现,所有冷的液体都比热的液体结冰的量更多些。这让人更加确信“姆潘巴现象”不是普遍存在的。在日常生活中,普遍的体验是:同等质量的液体,冷的比热的更加容易结冰,而这一体验是符合物理规律的。初中物理课中比热容一节的知识也向我们讲明了这一现象的原因:即同一物质,温度变化的越多,需要吸收或者失去的热量也就越多。
那么姆潘巴为什么会发现相反的现象呢?是不是由于他的牛奶加了糖或者其他物质,才影响了结冰现象呢?那么接下来我们再做一个尝试,什么情况下会发生“姆潘巴现象”。
实验三 冷、热冰激凌的冷却
实验器材
两杯同样牌子的杯装冰激凌(实验中选择了含有淀粉等物质的非纯牛奶冰激凌)、冰箱、微波炉、标签纸、固体胶
实验方法
1. 把两杯冰激凌放在常温环境中,等它们融化后,用微波炉加热其中一杯,并做好标签。
2. 将冷热两杯冰激凌同时放入冰箱冷却(隔层放置),记下时间。
3. 一个半小时后取出两杯冰激凌,观察结冰程度。
实验结果
较冷的冰激凌比加热过的冰激凌更容易结冰,“姆潘巴现象”没有出现。
实验四 “姆潘巴现象”的验证
实验器材
牛奶、足够的容器、盐、葛粉、冰激凌、蜂蜜、冰箱、微波炉、标签、固体胶、温度计
实验方法
1. 调制各种牛奶各两杯:向同等质量的牛奶中分别加入盐、葛粉、冰激凌、蜂蜜。
2. 每种牛奶都贴上“冷”、“热”标签,用微波炉加热贴有“热”标签的牛奶40秒。
3. 将所有牛奶放入冰箱,注意冷热牛奶分层放置,记下时间。
4. 1个半小时后取出所有牛奶,观察结冰现象。
实验结果
观察之后,我们发现加蜂蜜和冰激凌的冷牛奶比热牛奶更快地结冰,没有出现“姆潘巴现象”,而加葛粉和盐的牛奶却是热的比冷的更容易结冰,出现了“姆潘巴现象”。葛粉里面含丰富的淀粉,冰激凌里面也含有丰富的淀粉,但是为什么一个出现了“姆潘巴现象”,而另一个却没有出现呢?含有盐的牛奶竟然也出现了“姆潘巴现象”。那么我们需要继续探究其中的奥秘。
实验五 “姆潘巴现象”出现的因素
实验器材
牛奶、葛粉、盐、蜂蜜、足够的容器、标签、固体胶、冰箱、微波炉
实验步骤
与实验四的步骤基本相同,但分别调制的是含有葛粉和盐的牛奶、含有蜂蜜的牛奶、含有冰激凌的牛奶。牛奶中加葛粉和盐是为了验证实验四中“姆潘巴现象”的出现,而含有蜂蜜和冰激凌的牛奶除了验证实验四的结论,还将作为对比。
实验结果
我们发现无论是加了蜂蜜的牛奶,还是加了冰激凌的牛奶,抑或加了盐和葛粉的牛奶,都没有出现“姆潘巴现象”。
实验分析
加了盐和葛粉的牛奶没有出现“姆潘巴现象”,这与我们实验四中的单独加盐或葛粉的牛奶的现象相反。于是我们继续做了验证实验,做了新的分别加盐和葛粉的牛奶,这一次也没有出现“姆潘巴现象”。这一系列的实验更加证明了“姆潘巴现象”只是一个偶然现象。当年姆潘巴的牛奶所处冰格的位置可能更加靠近制冷器,才出现了与常理相反的“姆潘巴现象”,而在通常情况下,一般的液体仍然遵从我们所熟知的冷的先结冰、热的后结冰的规律,是不会出现“姆潘巴现象”的。
这就告诉我们,一些说法或者理论不一定是正确的,只有通过自己思考或者动手验证,才能明白正误。所以一定要有质疑精神,这样我们才能拥有更加客观、科学的思维!