水的行為實在太奇特了
水的奇特行為中,「浮冰」只不過是最基本的。一九六三年,當時彭巴還是坦尚尼亞麻干巴中學的高三學生,他發現水的某種現象非常奇怪,至今沒有人能夠解釋。
彭巴和班上的其他同學常常製作冰淇淋:煮沸牛奶、加入糖,等混合液冷卻到室溫,放進冷凍庫。不過,冷凍庫的空間不太夠,這些小男生總是急著把冰淇淋混合液放進冷凍庫。有一天,彭巴正在煮沸牛奶時,看見另一個男生為了趕快把自己的混合液放進冷凍庫,一開始就用冷牛奶。彭巴知道,如果他等自己的冰淇淋混合液冷卻、再放進冷凍庫,就會沒有空間了。於是他冒著損壞冰箱的風險,把他的熱冰淇淋混合液放進冷凍庫,放在他朋友的冷混合液旁邊。過了一個半小時,他們回來查看自己的冰淇淋,結果發現很詭異的事情:彭巴的混合液已經凍結成冰淇淋,其他人的混合液卻依然只是濃稠的液體。
彭巴效應(因為是彭巴發現的)觀察到的是:當熱水和冷水放在同樣的零下狀態時,熱水結冰比冷水快。儘管遭到老師的嘲笑,但彭巴並不是唯一注意到水的這種奇特效應的人;亞里斯多德、培根、笛卡兒都曾經寫到這件事。彭巴進一步研究自己的發現,在鄰近的坦加小鎮,他看到當地的冰淇淋商家也是用同樣的方法來製作冰淇淋(也就是彭巴在學校的意外之舉:把熱牛奶直接放進冷凍庫),因為他們知道那樣會比較快凍結。
什麼原因造成彭巴效應,並沒有任何確切的答案。有可能是因為熱牛奶的表面蒸發,帶走熱量以及一些水,使體積變小、溫度下降,因此凍結得比較快。另一種想法是,較熱的牛奶含有較少的溶解氣體,通常這些氣體算是雜質,會降低液體的冰點。
第三種可能的解釋與「過冷」有關。如果把水冷卻至公認的冰點(一大氣壓下的攝氏零度),除非液體中有些地方存在冰晶「首先發難」並開始成長,才會形成冰。舉例來說,這些開始結冰的地方可能是氣泡、或是容器表面的粗糙部分。
如果沒有這些地方、而溫度繼續下降,水可能會變成過冷,在溫度遠低於預期的冰點時仍然維持液態。但是過冷水並非完全穩定,如果水裡面開始以某種方式成核,就會瞬間結冰。(反過來也是一樣的道理,地表上的過熱水,在溫度遠高於普通沸點攝氏一百度時,也可能維持液態。)
(本文為節錄,完整內文請見水之書)
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