用LabVIEW和Pmods研究Mpemba效应

Mpemba效应就是热水比冷水结冰快。通常,这种效应只在难以复制的特殊条件下才会出现。姆姆巴效应是以伊拉斯托·姆姆巴命名的,他在童年时搅拌冰淇淋时发现了这一效应。

Plastic_test

后来,他把这个想法告诉了他的同学和老师,遭到了嘲笑。几年后,Erasto向访问教授奥斯本博士询问了他早期的观察结果。起初,奥斯本博士持怀疑态度,但经过实验,奥斯本博士和伊拉斯托·姆姆巴(Erasto Mpemba)证实了这一效应。1969年,他们共同发表了研究结果。

在发现了这个效应和它的历史之后,我们对它非常感兴趣,我们想看看是否可以在Digilent的休息室冷藏室中观察到更常见的Mpemba效应。我们读过一个案例研究,100毫升热水比100毫升冷水结冰更快。他们用去离子水(25°C)做冷水,用自来水做热水(100°C),还用饼干薄片状的容器。对于热水,这使得更多的颗粒和表面积直接受到冰箱的影响。

在我们的Mpemba效应项目中,我们将两个装有235毫升蒸馏水的容器冷冻在不同的起始温度下。我们还使用了以下材料:

1台笔记本电脑与MPIDE虚拟仪器

1chipKIT职业MX4 SKU: 410 - 295

2Pmod TC1SKU: 410 - 315

2热电偶线:1米SKU: 240-080

1Pmod TPH2SKU: 410 - 135

2 6pin MTE电缆SKU: 310-014

2 1针MTE卡SKU: 240-005

1 235毫升/1杯量勺

1加仑蒸馏水

1个塑料水漏斗

2个液体容器(我用的是上图中带盖的塑料杯)

我们编程chipKIT pro MX4用MPIDE记录数据虚拟仪器。此外,我们设置了一个Instructable来指导您通过设置在我们的项目中使用的硬件和软件。我们还建立了一个Github代码!20160525 _151045

教程包含项目的详细演练,从安装TC1库连接硬件。我们还介绍了如何制作文本文件,以及如何在MpembaDemo中更改记录数据的路径。在虚拟仪器vi。的虚拟仪器VI是由一位同事Sudharsan Sukumar制作的。

这个项目最具挑战性的部分是获得两个不同的SPIPmod TC1的使用chipKIT pro MX4上的一个端口。为了克服这个问题,我们使用Pmod TPH2允许我们为两个Pmod TC1使用一个端口。我们还在RG0和RG1处使用引脚进行芯片选择。的MPIDE MpembaDemo。pde代码替换我们使用的芯片选择来确定我们使用的是哪个Pmod TC1。我们用来确定哪个chipselect被使用的变量也决定了LabVIEW VI将数据写入哪个文本文件。

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一旦我们在杯子里装满235毫升/1杯蒸馏水,需要大约6个小时才能完全冷冻两个容器。我们对设置过程做了一些更改。我们建立实验的第一种方法是测量并将低温倒入液体容器中。然后我们往锅里倒235毫升。我们把蒸馏水在锅里烧开,倒进量杯,然后用塑料漏斗倒进液体容器。在将热液体容器放入冰箱之前,这一过程涉及到大量的热损失。我们最终发现,让厨房里的热水达到最高温度的最好方法是将测量到的235mL蒸馏水煮沸,然后用塑料液体漏斗直接倒入液体容器中。

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通过这个新工艺,我们能够将热水容器的温度提高到70℃左右,而将冷水容器的温度提高到室温(25℃左右)。我们使用了一些不同的容器,但这并没有改变结果。在这一点上,我们还不能复制姆巴巴效应,至少现在还不能。

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我们每分钟都用PmodTC1测量每个液体容器的温度,并将每个容器的温度记录到一个文本文件中虚拟仪器

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在试图排除故障时,我们使用LabVIEW和Pmods来检查发生了什么。我们发现了一件有趣的事,冷水在零度以下并不需要很长时间。在不到10分钟的时间内,温度降至0℃以下。

cold_freeze

现在,热水在0°C以下需要大约190分钟。

Hot_freeze

在排除故障并根据我们的发现修改实验后,我们终于让它工作了!这是我们最近的实验的图表,你可以看到红色的低温先结冰,蓝色的高温较晚才结冰。成功!数据是可用的Github

Mpemba_test_may

这是一个非常有趣的项目!如果你对此感兴趣,你应该看看教程如果你自己尝试,一定要让我们知道!

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