為什麼冰下的水在寒冷的季節不會結冰

不同溫度下水的密度也不同，這也是熱脹冷縮的原理。

一般來說，當事物熱時，體積會膨脹，密度會相應降低，而當物體冷時，體積會減小，密度會增加。

水很特殊，水的密度最高，為4度。

所以在相對較大的水體中，例如湖泊。 在湖水中，並非所有水的溫度都相同。 當水冷時，4攝氏度的水會因其密度最高而沉入湖底，1度或2度的水會漂浮在水面上。

當氣溫在0度左右時，湖水從上到下的溫度是這樣的：

湖。 0度。

1度。 2度。

3度。 4度。

湖底。 因此，當氣溫低於0度時，湖面上的水首先結冰，隨著溫度越來越低，冰層慢慢延伸到湖底，但冰層越厚，越起阻擋冷空氣的作用，所以湖底的水一般不結冰。

另外，冬天地下的溫度比地上的溫度高，所以在很多情況下，湖底的地面溫度會大於0度，所以湖底的水不會結冰。

一樓不全面，因為水面與冷空氣接觸，所以先結冰，下面的水因為與地面接觸，不容易結冰。 我們都知道，冬天的地面很溫暖。

你怎麼知道不凍結？ 水面上的冰一點一點地向下延伸，你看不到它。

水的溫度在凍結過程中不變化的原因：冰是晶體，水在凍結的過程中，不斷向外釋放能量，分子的平均動能保持不變，分子之間的距離變大，分子勢能減小，水的內能降低，所以水的溫度在凍結過程中保持不變。

冰是由水分子有序排列形成的結晶，水分子通過氫鍵連線在一起，形成非常“開放”（低密度）的剛性結構。 最接近水分子的O—O原子核之間的間距是O—O—O鍵角約為109度，非常接近理想四面體109度28分鐘的鍵角。

然而，每個僅相鄰且不直接結合的水分子的O-o間距要大得多，並且達到最遠。 每個水分子可以與其他4個水分子結合形成四面體結構，因此水分子的配位數為4。

這是由於水中缺乏凝結核或其他條件，因此它在 0 以下保持液態。 溫度低於零且不結冰的水稱為“過冷水”。 水之所以在凍結後不結冰，是因為如果想讓液態水結冰，就需要乙個冰芯———乙個晶體變成冰芯，其他晶體在冰芯周圍凝結。

事實上，影象點是：

水是由水分子組成的，當水的溫度達到0時，水分子就準備好凝固了，也就是凍結了，但是這個時候就尷尬了，有些水分子需要先凍結，然後“引導”其他水分子愉快地凍結在一起，但是這個時候，如果沒有人帶頭這個“主導角色”。

這些水分子會乾涸，沒有人會凍結，直到其中乙個水分子先凍結。 如果環境溫度低於水的溫度，水的溫度會繼續下降，但不會結冰，變成0以下的“過冷”液體。

這時，如果用力搖晃過冷水瓶，或者往過冷水的湖裡扔一塊石頭，水分子就會受到強烈的震動或擠壓，有些水分子會先迅速結冰，因為水的溫度遠低於0，所以瓶子裡的水分子會迅速凍結在它們周圍。

水需要在 0 攝氏度或更低的溫度下結冰。 在水中有乙個凍結的原子核，有了冷凍的原子核，可以根據冰的晶體結構排列周圍移動的水分子。 水中也必然含有一些小顆粒，這些小顆粒是水分子第一次結冰時的附著物，水中所含的小顆粒也被稱為晶核。

1、水結冰溫度需小於等於0攝氏度。 在水中有乙個凍結的原子核，有了冷凍的原子核，可以根據冰的晶體結構排列周圍移動的水分子。 水中也必然含有一些小顆粒，這些小顆粒是水分子第一次結冰時的附著物，水中所含的小顆粒也被稱為晶核。

2.水結冰其實是一種結晶現象，當水結冰時，水分子的運動不能破壞氫鍵，氫鍵起主要作用，它把水分子綁在一起，形成規則的空間結構結構，在乙個晶格中，四個氫原子分別位於正四面體的頂端， 氧原子位於四面體的中心。這樣，分子間空隙變大並保持恆定，因此水在凍結時體積變大。 分子在水中的運動不僅可以破壞水分子之間的氫鍵結合，還可以防止分子劇烈運動導致分子之間的頻繁碰撞，分子可以相互滑動並交錯，從而相互填充間隙，從而使體積變大。

因為水是熱的不良導體，所以水的凍結往往從表面開始。 密度最大，為4攝氏度。 冬天，四攝氏度的水被認為是帶有碎粒的渾水，它們必然會“沉”到河底，使相對較熱的水無法浮上來冷卻和加熱，所以這部分熱量可以儲存下來，下面不容易結冰。

如果常年處於低溫冰凍環境中，水下會結冰，冰蓋的厚度取決於低溫的時間。 此外，水流的含氧量也與水下結冰有一定的關係，雖然水中的含氧量取決於水源的流量，但水源本身並不產生氧氣，而含氧量主要來自氧氣與水的相容性， 所以當河面結冰時，水下就會缺氧。

1）因為4攝氏度以下的水具有異常膨脹的特性。當氣溫降低時，水面在零攝氏度時結冰，但水底仍在零度以上，不會立即結冰。 室外空氣溫度再次下降，冰層厚度增加，下面的溫度總是高於零悶型水，底層水溫為4攝氏度。

2）另外，由於冰是一種熱的導租性差的基題，這層冰對下面的水有隔熱作用，所以下面的水不會立即完全結冰。

3）冰下的水與地球表面的土壤直接接觸，地球不斷散發地熱，使冰下的水不斷獲得熱量，也使水難以立即結冰。

1.蒸發 – 在將熱水冷卻到冷水初始溫度的過程中，熱水會因蒸發而失去一些水分。 質量越小，水越容易冷卻和結冰。

這樣，熱水可能比冷水更早結冰，但冰量更少。 如果我們假設水只通過蒸發失去熱量，理論計算表明蒸發解釋了MPEMBA效應。 這種解釋是合理和直觀的，蒸發確實是乙個重要因素。

然而，這並不是唯一的機制。 蒸發不能用在密閉容器中進行的實驗來解釋，因為密閉容器沒有水蒸氣可以離開。 許多科學家聲稱，僅靠蒸發不足以解釋他們所做的實驗。

2.溶解氣體 – 熱水比冷水保留更少的溶解氣體，當它沸騰時，大量氣體從水中逸出。 溶解的氣體可以改變水的性質。

要麼更容易形成對流（因此更冷），要麼減少每單位質量水凍結所需的熱量，或者改變沸點。 有一些實驗支援這種解釋，但不是理論計算。

3.對流 – 由於冷卻，水會形成對流和不均勻的溫度分布。 隨著溫度的公升高，水的密度降低，因此水面比水底更熱"熱頂"。

如果水主要通過表面散失熱量，那麼，"熱頂"水的散熱速度快於溫度均勻的速度。 當熱水冷卻到冷水的初始溫度時，它會有乙個熱頂部，因此與平均溫度相比，它會冷卻得更快，但水的溫度均勻。 雖然在實驗中可以看到熱帽和相關的對流，但對流是否可以解釋MPEMBA效應仍然未知。

4.周圍的事物——兩杯水中的最後一杯——與自己無關，而是與周圍環境有關。 初始溫度較高的水可能會以複雜的方式改變其周圍環境，從而影響冷卻過程。

例如，如果將這杯水放在一層霜上，霜的導熱性很差。 熱水可以融化這層霜，為自己創造乙個更好的冷卻系統。 顯然，這種解釋不是籠統的，許多實驗都沒有將容器放在霜層上。

這就是姆彭巴現象，冷卻的速度不是由液體的平均溫度決定的，而是由液體表面和底部的溫差決定的，當熱水急劇冷卻時，這個溫差就更大了，而且總是大於冷水的溫差。 上表面的溫度越高，從上表面散發的熱量就越多，因此冷卻速度就越快。 去吧

因為熱水遇到冷的東西更容易形成對流，所以冷卻得更快。 因此，在冬天，溫水比冷水結冰得更快。

溫水比冷水結冰更快的效應被稱為潘帕加效應，這已被證明是錯誤的，中國的三個女孩已經證明了這一點。 當時，是寵寶的媽媽還沒來得及把冰淇淋配料和水的混合物冷卻，放進冰箱裡冷卻，結果很多已經冷卻放進去的冰淇淋都沒有結冰，但他的冰淇淋卻結冰了——而且確實被證明是錯的， 當時造成這一結果的原因如下：

1）他用熱水溶解了一些糖來做冰淇淋，冷卻已經來不及了，但這樣，因為糖沒有完全溶解，冰點比別人溶解的冰淇淋高，所以先冷凍了。

2）他把吸熱管放在離冰箱很近的地方。

3）後來實驗之所以會這樣，也是——心態。

因此，溫水不會比冷水結冰得更快。