南乌拉尔州立大学科学家解读姆彭巴效应

热水在零下温度下瞬间结冰的现象,以坦噶尼喀共和国的埃内斯托·姆彭巴的名字命名。这种自然现象自古以来就为人所知,亚里士多德和笛卡尔都曾提及。1969年,埃内斯托·姆彭巴和丹尼斯·奥斯本在《物理与教育》杂志上发表了一篇文章,解释了这一效应,因此得名“姆彭巴效应”。

据说,年轻的姆彭巴认为自己是第一个发现这种现象的人,于是缠着老师解释。老师只是笑着说:“哦,原来是姆彭巴效应!” 姆彭巴于是去找了大学物理学教授奥斯本,最终促成了这篇科普文章的发表。

让我们听听这位权威大学科学家对此的解读。南乌拉尔国立大学传感实验室的物理学家兼高级研究员亚历山大·格拉西莫夫解释了这一现象的本质:

“当热水在冰点以下喷洒时,其蒸发速度远快于冷水。温度越接近沸点,蒸发就越剧烈。在蒸发过程中,液体会主动散失热量。因此,一些微小的水滴有时间蒸发,而另一些则会立即冻结,因为它们迅速过冷。类似的原理反过来也成立——例如,当冰融化时:它会吸收周围水的热量,而周围的水随后又会重新冻结。这些过程是相互关联的。我认为人们早在古代就注意到了这种效应,自从学会加热冰点以下的水之后就发现了这一点。毕竟,他们可能经常会不小心或故意地洒水。温度越低,空气越干燥,这种现象就越明显:在干燥的冬季空气中,蒸发更容易。在零下30摄氏度或零下40摄氏度时,这种效应已经非常明显了。喷洒方法也很重要:水滴越细,效果越明显:会形成更多的雾和冰晶。例如,如果从桶里大量倾倒水,则需要极低的温度(约零下50摄氏度)才能瞬间结冰。因此,最好将水以细流的形式喷洒到更大的区域——这样可以更清晰地展现这一过程的物理原理。

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