Czy to prawda, że ​​gorąca woda zamarza szybciej niż zimno?

Tak, gorąca woda może zamarzać szybciej niż zimna woda. Jednak nie zawsze tak się dzieje i nauka nie wyjaśniła dokładnie dlaczego może się zdarzyć.

Najważniejsze dania na wynos: temperatura wody i szybkość zamrażania

Chociaż wszyscy Arystoteles, Bekon i Kartezjusz opisali zamarzanie gorącej wody szybciej niż zimnej, pojęcie to opierało się głównie do lat sześćdziesiątych, kiedy to licealista o imieniu Mpemba zauważył, że mieszanka gorących lodów po umieszczeniu w zamrażarce zamarznie, zanim mieszanka lodów ostygnie do temperatura pokojowa przed umieszczeniem w zamrażarce. Mpemba powtórzył eksperyment z wodą, a nie z lodami i znalazł ten sam rezultat: gorąca woda zamarzła szybciej niż zimniejsza. Kiedy Mpemba poprosił swojego nauczyciela fizyki o wyjaśnienie obserwacji, nauczyciel powiedział Mpembie, że jego dane muszą być błędne, ponieważ zjawisko to było niemożliwe.

Mpemba zadał to samo pytanie odwiedzającemu profesorowi fizyki, dr Osborne. Profesor odpowiedział, że nie wie, ale przetestuje eksperyment. Dr Osborne zlecił technikowi laboratoryjnemu wykonanie testu Mpemba. Technik laboratoryjny poinformował, że zduplikował wynik Mpemby: „Ale będziemy powtarzać eksperyment, dopóki nie uzyskamy właściwego wyniku”. (Um... Tak... byłby to przykład słabej nauki.) Cóż, dane były danymi, więc po powtórzeniu eksperymentu nadal dawał ten sam wynik. W 1969 roku Osborne i Mpemba opublikowali wyniki swoich badań. Teraz zjawisko, w którym gorąca woda może zamarzać szybciej niż zimna, jest czasem nazywane Efekt Mpemba.

Nie ma ostatecznego wyjaśnienia, dlaczego gorąca woda może zamarzać szybciej niż zimna woda. W grę wchodzą różne mechanizmy, w zależności od warunków. Głównymi czynnikami wydają się być:

• Odparowanie: Więcej gorącej wody wyparuje niż zimna woda, zmniejszając w ten sposób ilość wody pozostałej do zamrożenia. Pomiary masy skłaniają nas do przekonania, że ​​jest to ważny czynnik podczas schładzania wody w otwartych pojemnikach, chociaż nie jest to mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób efekt Mpemba występuje w zamkniętych pojemnikach.
• Supercooling: W gorącej wodzie występuje mniej efekt przechłodzenia niż zimna woda. Kiedy był supercool, może pozostać cieczą, dopóki nie zostanie zakłócony, nawet znacznie poniżej swojej normalnej temperatury zamarzania. Woda, która nie jest przechłodzona, z większym prawdopodobieństwem zestali się, gdy dotrze do punkt zamarzania wody.
• Konwekcja: Woda rozwija prądy konwekcyjne podczas chłodzenia. Gęstość wody zwykle spada wraz ze wzrostem temperatury, więc zbiornik wody chłodzącej zwykle jest cieplejszy na górze niż na dole. Jeśli założymy, że woda traci większość ciepła na powierzchni (co może, ale nie musi być prawdą, w zależności od warunki), wtedy woda z cieplejszym blatem straci ciepło i zamarznie szybciej niż woda z chłodniejszym blatem.
• Rozpuszczone gazy: Gorąca woda ma mniejszą zdolność do zatrzymywania rozpuszczonych gazów niż zimna woda, co może mieć wpływ na szybkość zamarzania.
• Wpływ otoczenia: Różnica między początkowymi temperaturami dwóch pojemników z wodą może mieć wpływ na otoczenie, co może mieć wpływ na szybkość chłodzenia. Jednym z przykładów byłaby ciepła woda topiąca wcześniej istniejącą warstwę szronu, umożliwiającą lepszą szybkość chłodzenia.

Nie wierz mi na słowo! Jeśli masz wątpliwości, że gorąca woda czasami zamarza szybciej niż zimna, sprawdź ją sam. Pamiętaj, że efekt Mpemba nie będzie widoczny we wszystkich warunkach eksperymentalnych, więc może zaistnieć potrzeba zabawy z rozmiarem próbki wody i wody chłodzącej (lub spróbuj zrobić lody w zamrażarce, jeśli zaakceptujesz to jako demonstrację efektu).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). „Kwestionowanie efektu Mpemba: gorąca woda nie stygnie szybciej niż zimna”. Raporty naukowe. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). „Różne sposoby wiązania wodoru w wodzie - dlaczego ciepła woda zamarza szybciej niż zimna woda?”. Journal of Chemical Theory and Computation. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735