姆潘巴问题

姆潘巴问题（热水为什么比冷水结冰快）从物理方面讲，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流，通过实验观察及比较，发现引起热水比冷水先结冰的主要原因是：传导、汽化、对流三者相互作用的结果，假如把热水和冷水结冰的过程叙述出来，并分析其原因就更能说明原因了：盛有4℃冷水的结冰需要很长时间，由于水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量依靠传导很难有效地传递到表面，杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面，因而最先在水表面处结冰，再次是底部和四周，形成了一个密闭的“冰壳”，此时内层的水与空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，因此冷却的速率很小，阻拦内层水温继续下降的正常进行，另外由于体积要膨胀，“冰壳”起着一定的抑制作用。

盛有100℃热水的那一杯冷冻的时间相对来说要少得多，只看到表面的冰层一直不能连成冰盖，看不到“冰壳”的现象，沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶（在初温低于12℃时，看不到此现象）。

睡着时间的推移，冰晶由细变粗，这是由于初高的热水，上层水冷却后密度变大而向下流动，形成液体内部的对流，使水分子围绕各自的结晶中心结成冰，初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大。

正是由于这种对流，使上层的水不易结成冰盖，由于热传递和相变潜热，在单相时间内的内能损耗颇大，冷却速率较大，当水面温度将至0℃以下并有足够的低温，睡眠便开始出现冰晶。

初温较高的水，生长冰晶的速度比较大，这是因为冰盖来形成和
对流剧烈的原因，最后我们观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长并且粗大，具有较大的表面能，冰晶的生长速率和单位表面能成正比，因此生长速度依旧要较初温低的水快得多。

从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要很多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物常常是“结晶中心”。

而某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住适合取向的水分子，外延出分子作有序排列的很多晶粒，悬浮在水中，结晶释放出的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒有连结成冰，直到水全部结成冰为止。

冷却主要在于液体表面，冷却的速率决定液体表面的温度而并非它的整体的温度。

液体内部的对流流面温度维持比体内温度高（假设温度高于4℃），即使两杯液体冷却到相同的平均温度，原来热的系统的热量损失仍要比冷的系统来得多，液体在冻结之前必须经过一系列的过渡温度，因而用单一的温度来描述系统显然是不够的，还决定与初始条件的温度梯度。