彭巴效应 主要原因:密度差 对流规则 重力 玻璃杯边缘 密度差 初始温度越高 密度差越高 流动速率越快 流动规则 分为两阶段,以顶温四度C为分界点(因四度C密度最高) 第一阶段 流动方向分为三层, 第一层:玻璃边缘因为低温,使密度变小 方向:向上 第二层:温度慢慢提升至四度,使密度慢慢提升 方向:向下 第三层:温度从四度提升至高温,使密度慢慢下降 方向:向上 流动方向 刚开始 第一层:非常薄慢慢变厚 第二层:厚度不知 第三层:厚度几乎可以等玻璃杯 第一层流动方向 冷水->密度变小->由底部依玻璃边缘流动到顶部 第二层流动方向 冷水跟热水混合->密度渐增->由第一层跟第三层中间流向底部累积(因玻璃边缘也是低温所以可以一路流到底部) 第三层流动方向 热水上升->碰到玻璃杯边缘使密度增加->冷却水 底部冷水累积 因为第一层加第三层水量小於第二层流量,4度C水会在底部囤积,随时间变多 第二阶段 流动方向分为两层 第一层:玻璃边缘因为低温,使密度变小 方向:向上 第二层:温度慢慢提升至四度,使密度慢慢提升 方向:向下 结冰方向 因第一层为低温所以会从外面开始结冰 重力 因为重力跟玻璃杯璧所形成之角度会影响第二层流动速度(可以想像一台车会因为角度 越大速度越快) 玻璃边缘 因为热量需靠玻璃边缘散热,玻璃边缘没保持再低温时,水无法从顶部流到底部 推论 1.边降温时,慢慢摇动->会使结冰时间加长(已证实) 因为摇动时破坏流动规则,使冷水不易在底部累积 2.玻璃杯形状,会使结冰时间发生变化(已证实) 因为第二层流动速度受重力影响 3.任何初始温度大於4度C的水都不会比4度C结冰速度快 因为4度C的水直接进入第二阶段. 4.任何初始温度大於4度C的水,其顶温从4度C到结冰时间都一样(未有过冷反应时) 因为第二阶段时结冰过程都一样,不受初使温度影响 5.初始温度越高,冷去时间越快(已证实) 因为温度与密度差成正比,密度差与流动速度成正比. 6.初始温度高的水比温度低的水,不易过冷 由5可知温度越高,流动速率越快,这时第二层会因密度差较大,流动速率快,这时玻璃边缘因为温度低於结冰温度,所以表面会有冰晶产生,冰晶被水带走(水流越快,冰晶数量越高),已知杂质越多,越不易过冷,所以热水较冷水不易过冷 7.如果只从顶部和底部加热(玻璃杯侧面保持恒温),彭巴效应会失效 因为玻璃杯侧面是冷水从顶部流到底部关键,它会不断吸收冷水能量 Q&A 1.为何不能把热水视为热水降到冷水的温度? 因为底部冷水会随时间不断的垒积,所以当温度到达冷水温度时,底部已累积大量冷水 ,感觉就像是杯子会随时间缩小,但散热面积又不变,所以热水不能视为降到冷水温度. 大自然中彭巴效应 圣婴现象 圣婴现象时会发现海水中央温度上升,而南美洲海岸直而深(可以看成杯壁),这时海水会像第二层流动方式一样,向下流动(第一层因为大陆的温度为低於4度C所以第一层会不见),目前已知每次圣婴现象发生时,南美洲外海海水会大量下沉就是此一原因. 请问我这样推论对吗? z --

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