在冰箱冷冻室里冷水比热水

102　在冰箱冷冻室里冷水比热水

冻结得更快吗？是的不是的依情况而定√

制冰块用热水，的确比用冷水冻结得更快。但是具体的情况还是依操作而定的。

最早注意到这种效应是亚里士多德。亚里士多德在他的《气象学》一书中，有一段叙述指的就是这种效应：“许多人为了将水尽快冷却，会把水先在太阳下晒一会儿。在冰上捕鱼（在冰层上凿洞，然后在洞口捕鱼）的人，为了在冰上搭建临时棚屋，会在立杆周围浇热水加快冻结，使它们尽快稳固。”后来注意到这种效应的是哲学家弗朗西斯·培根，他把一只盛水的木桶放在冰上做实验。不要对此感到奇怪，因为那个时候，哲学是无所不包的，物理也算是哲学研究的一方面。

这个问题提出来已经有好些年了，一直没有得到令人满意的答案。事实好像违反直觉，热水似乎确实比冷水冻结得更快。但是我们知道，影响结冰的有几个物理因素，传导、对流、辐射和蒸发。对这种现象的最好解释，是由于把盛热水的容器放进制冰室，热接触变得更好了，同时，出现了一种不同的热对流方式，加快了水冻结成冰的过程。究竟哪一种效应是主要的，则取决于冰箱、盛水容器和容器摆放的位置。

如果把盛热水的容器摆放在冷冻室的霜层或冰层上面，就会出现快速结冰的情况。这时，因为温度较高的容器底，将下面与之接触的冰层表面融化，改善了容器底与冰层的热接触，加快了容器的散热效率。散热效率的提高，足以抵偿热水比冷水多余的热量带来的，对结冰速度的降低。如果将容器架空，或者摆放在冷冻室没有霜或冰的干表面上，就不会有这种效果。

现代的实验表明，只要冰箱冷冻室的结霜足够厚，用热水，15分钟就结成了冰块，而用冷水，则需要20分钟。实验证明了，无论用自来水还是用蒸馏水，或者混合液结果都是一样的。这说明，这种效果与液体的化学组成无关。其次，实验还证明，热水冻结得更快，不是热水蒸发，体积变小了的缘故。这与牛顿的冷却定律是一致的。但是，达到凝固点之后，原来温度较高的水反而会凝固得更快。实验表明，把水放入冰箱冻结为固体，所需时间最长的是温度大约为5℃的水；所需时间最短的是温度大约为35℃的水。这个好像不合理的结果可以用水的垂直温度梯度来加以说明。如果表面一层液体的温度，始终都比下面液体的温度高，那么，从液面散失热量的速度更快。

另外，这个问题其实在纯理论上看起来很简单，能够被算出来。只要考虑到传导、对流、辐射和蒸发，根据公式设几个方程，求出可解的边界条件。用数学计算的结果表明，在一些特定的边界条件下，热水是比某些温度的凉水更快达到零度。

【格言】谬误的好处是一时的，真理的好处是永久的；真理有弊病，这些弊病很快就会消灭的，而谬误的弊病则与谬误始终相随。

——狄德罗牛顿冷却定律：温度高于周围环境的物体，向周围媒质传递热量，逐渐冷却时，所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时，单位时间与单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。