姆潘巴现象的产生原因

姆潘巴现象的产生原因

根据中学物理理论：热水与冷水在同质同量同外部环境温度条件下不但它们的温度在变化，它们各自的密度、体积、质量和密封状态下受到的气压等等都在发生变化，使得初温高的水降温速度始终快于初温低的水，只要外部环境温度持续下降，最终必然是初温高的水温度更低。（注：在常压条件下，当二者初始温度均不低于4℃时可成立；当二者初温均不高于4℃时不成立；当二者中其一不高于4℃，另一不低于4℃时，则需针对它们的初始温度、密度、体积、质量和密封状态下的气压等展开讨论。）姆潘巴问题讨论初始温度分别为35℃的水和100℃的水，二者均高于4℃，因此会产生姆潘巴现象．
⒈冰箱温度并不均匀，如果姆潘巴将其冰盒正巧放在冷却管附近，甚至与冷却管相接触，完全有可能热牛奶比冷牛奶先结冰；
⒉如果姆潘巴不喜欢吃甜，在冰淇淋中少放了糖，或者因为匆忙没来得及搅拌、糖粒沉在盒底形成固体，实验证明可先结冰；
⒊姆潘巴自制的冰淇淋中不仅牛奶加糖，还加入了淀粉类物质，在其少放糖、少放牛奶时会先结冰。
另一种较为合理的解释为：水内部与表面温差而形成的密度梯度，导致热传递速率不平均而产生该现象。
热导率及热扩散率为物质间及内部导热的重要参数。首先从逻辑上来讲，热水在降温过程中总要变成冷水，如果热水冷却后与另一参照物冷水性质完全相同，则一定是另一参照物冷水先结冰。而之所以出现盘格姆现象，从事后诸葛亮角度来讲，该热水水表温度冷却到与另一参照物冷水温度相同时，此时热水的内部温度及导热系数一定与另一冷水不同，也即虽然外表温度一样，但内部层次分级密度结构一定有所区别。冷水系统因内外温差不大，密度趋于一致，导致热量扩散较为均匀，热量向外界的迁移速度小于水体内部的热扩散率，使水温整体降低。而热水系统因为内部密度梯度等原因，水表与水内温差较大，形成温度断层，使水表热量向外界的迁移速度远大于水内向水表的热扩散速度，水表在较少热量交换的情况下就可以快速降低水表温度，而水内的热量还无法及时传递到水表。当热水的水表快速降到0℃以下，形成冰晶层时，此时冰晶代替了原来水外壳。冰的导热系数在0℃时近似为同温度下水的导热系数的4 倍，这就意味着在同样的温差条件下水失去热量的速度是冰的1/4 ，吸热时冰的吸热速度是水的4倍。冰的热扩散系数约为水的9倍，这就是说冰在同样的温度梯度下达到平衡的速度是水的9倍，也就是冰能够更快的降温或者升温。此时冰外壳可以快速降低水温速度，也即热水只要先于冷水形成冰外壳，及可快速形成冰块。