Чи правда, що гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна?

Так, гаряча вода може замерзнути швидше, ніж холодна. Однак це трапляється не завжди, і наука не пояснила, чому саме це може статися.

Ключові висновки: температура води та швидкість замерзання

• Іноді гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна. Це називається ефектом Мпемби на честь студента, який його спостерігав.
• Фактори, які можуть спричинити швидке замерзання гарячої води, включають охолодження через випаровування, меншу ймовірність переохолодження, низьку концентрацію розчинених газів і конвекцію.
• Швидше замерзає гаряча чи холодна вода, залежить від конкретних умов.

Ефект Мпемба

Хоча Аристотель, Бекон і Декарт описували, як гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна, ця ідея здебільшого заперечувалася до 1960-х років, коли учень середньої школи на ім’я Мпемба помітив, що гаряча суміш для морозива, якщо її помістити в морозильну камеру, замерзає раніше, ніж морозиво. суміші, яка була охолоджена до кімнатної температури перед тим, як помістити в морозилку. Мпемба повторив свій експеримент із водою, а не з сумішшю морозива, і отримав той самий результат: гаряча вода замерзала швидше, ніж холодніша. Коли Мпемба попросив свого вчителя фізики пояснити спостереження, вчитель сказав Мпембі, що його дані, мабуть, помилкові, оскільки це явище неможливо.

Мпемба поставив запрошеному професору фізики доктору Осборну те саме запитання. Цей професор відповів, що не знає, але перевірить експеримент. Доктор Осборн доручив лабораторному техніку провести тест Мпемби. Технік лабораторії повідомив, що він повторив результат Мпемби, «але ми будемо продовжувати повторювати експеримент, доки не отримаємо правильний результат». (Гм. так. це був би приклад поганої науки.) Що ж, дані були даними, тож коли експеримент повторювався, він продовжував давати той самий результат. У 1969 році Осборн і Мпемба опублікували результати своїх досліджень. Зараз явище, коли гаряча вода може замерзати швидше, ніж холодна, іноді називають ефектом Мпемби.

Чому гаряча вода іноді замерзає швидше, ніж холодна

Немає остаточного пояснення, чому гаряча вода може замерзати швидше, ніж холодна. Залежно від умов спрацьовують різні механізми. Основними факторами є:

• Випаровування : випаровується більше гарячої води, ніж холодної, таким чином зменшується кількість води, що залишається для заморожування. Масові вимірювання змушують нас вважати, що це важливий фактор при охолодженні води у відкритих контейнерах, хоча це не механізм, який пояснює, як ефект Мпемба виникає в закритих контейнерах.
• Переохолодження : гаряча вода, як правило, має менший ефект переохолодження, ніж холодна вода. Коли воно переохолоджується, воно може залишатися рідким, доки його не зруйнують, навіть значно нижче нормальної температури замерзання. Вода, яка не переохолоджена, з більшою ймовірністю стане твердою, коли досягне точки замерзання води .
• Конвекція : Охолоджуючись, вода створює конвекційні потоки. Щільність води зазвичай зменшується з підвищенням температури, тому ємність з охолоджувальною водою зазвичай тепліша зверху, ніж знизу. Якщо ми припустимо, що вода втрачає більшу частину тепла своєю поверхнею (що може бути правдою, а може і ні, залежно від умов), тоді вода з більш гарячою верхньою частиною втрачатиме тепло і замерзатиме швидше, ніж вода з більш холодною верхньою частиною.
• Розчинені гази : Гаряча вода має меншу здатність утримувати розчинені гази, ніж холодна вода, що може вплинути на швидкість її замерзання.
• Вплив оточення : Різниця між початковими температурами двох ємностей з водою може впливати на оточення, що може вплинути на швидкість охолодження. Одним із прикладів може бути тепла вода, яка розтопить уже існуючий шар інею, забезпечуючи кращу швидкість охолодження.

Перевірте це самі

Не вірте мені на слово! Якщо ви сумніваєтеся, що гаряча вода іноді замерзає швидше, ніж холодна, перевірте це на собі. Майте на увазі, що ефект Мпемби не буде спостерігатися в усіх експериментальних умовах, тому вам, можливо, доведеться пограти з розміром зразка води та охолоджувальної води (або спробувати приготувати морозиво у морозильній камері, якщо ви погоджуєтеся з цим як демонстрація ефекту).

Джерела

• Беррідж, Генрі К.; Лінден, Пол Ф. (2016). «Поставте під сумнів ефект Мпемба: гаряча вода не охолоджується швидше, ніж холодна». Наукові доповіді . 6: 37665. doi: 10.1038/srep37665
• Тао, Юньвень; Цзоу, Венлі; Цзя, Джунтенг; Лі, Вей; Кремер, Дітер (2017). «Різні способи утворення водневих зв’язків у воді – чому тепла вода замерзає швидше, ніж холодна?». Журнал хімічної теорії та обчислень . 13 (1): 55–76. doi: 10.1021/acs.jctc.6b00735

Чому гаряча вода замерзає швидше

Гаряча вода може замерзнути швидше, ніж холодна вода. Однак це трапляється не завжди, і наука не пояснила, чому саме це може статися.

Хоча всі Арістотель, Бекон і Декарт описували, що гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна вода, цій ідеї в основному протистояли до 1960-х років, коли старшокласник на ім’я Мпемба помітив, що суміш гарячого морозива, помістивши її в морозильну камеру, замерзне до морозива суміші, яку охолодили до кімнатної температури перед тим, як помістити в морозильну камеру. Мпемба повторив свій експеримент з водою, а не сумішшю морозива, і виявив той самий результат: гаряча вода замерзала швидше, ніж прохолодна вода. Коли Мпемба попросив свого вчителя фізики пояснити спостереження, учитель сказав Мпембі, що його дані повинні бути помилковими, оскільки явище було неможливим.

Мпемба поставив таке ж питання запрошеному професору фізики, доктору Осборну. Цей професор відповів, що не знає, але протестує експеримент. Доктор Осборн мав лабораторію, який проводив тест Мпемби. Лабораторія повідомила, що він продублював результат Mpemba: “Але ми будемо продовжувати повторювати експеримент, поки не отримаємо правильний результат”. Що ж, дані є даними, тому, коли експеримент повторився, він продовжував давати той самий результат. У 1969 р. Осборн і Мпемба опублікували результати своїх досліджень. Зараз явище, при якому гаряча вода може замерзати швидше, ніж холодна вода, іноді називають ефектом Мпемба .

Чому гаряча вода іноді замерзає швидше, ніж холодна вода

Немає остаточного пояснення, чому гаряча вода може замерзати швидше, ніж холодна вода. Залежно від умов діють різні механізми. Основними факторами є:

• Випаровування – Випаровуватиметься більше гарячої води, ніж холодної, тим самим зменшуючи кількість води, що залишається замороженою. Вимірювання маси змушують нас вважати, що це важливий фактор при охолодженні води у відкритих контейнерах, хоча не механізм пояснює, як ефект Мпемба виникає у закритих контейнерах.
• Переохолодження – гаряча вода, як правило, відчуває менший ефект переохолодження, ніж холодна вода. Це робить його більш імовірним стати твердим, коли досягає точки замерзання води.
• Конвекція – вода охолоджує розвиває конвекційні течії. Густина води зазвичай зменшується із збільшенням температури, тому ємність з охолоджуючою водою зазвичай тепліша зверху, ніж знизу. Якщо припустити, що вода втрачає більшу частину свого тепла по всій своїй поверхні (що може і не відповідає дійсності, залежно від умов), то вода з більш гарячим верхом втратить своє тепло і замерзне швидше, ніж вода з більш прохолодним верхом.
• Розчинені гази – гаряча вода має меншу здатність утримувати розчинені гази, ніж холодна вода, що може вплинути на швидкість її замерзання.
• Вплив оточення – різниця між початковими температурами двох ємностей з водою може впливати на навколишнє середовище, що може вплинути на швидкість охолодження. Одним з прикладів може бути тепла вода, яка плавить вже існуючий шар морозу, дозволяючи кращу швидкість охолодження.

Випробуй сам

Тепер не вірте мені на слово! Якщо ви сумніваєтеся, що гаряча вода іноді замерзає швидше, ніж холодна вода, протестуйте це самі. Майте на увазі, що ефект Mpemba буде видно не в усіх експериментальних умовах, тому перегляньте посилання в цій публікації, щоб побачити, що може вам найбільше підійти (або спробуйте приготувати морозиво у морозильній камері, якщо ви приймете це як демонстрацію ефект).

Фахівці пояснили, чому гаряча вода замерзає швидше холодної

Якщо ви хочете заморозити воду швидше, її треба спочатку розігріти.

Здавалося б, це твердження суперечить логіці і законам термодинаміки, але, тим не менше, воно правдиво описує так званий ефект Мпемби, передає Ukr.Media.

Тепер іспанські вчені за допомогою комп’ютерного моделювання знайшли причину цього явища. Спостереження за ефектом Мпемби має довгу історію. Його в різний час описували Аристотель, Френсіс Бекон та Рене Декарт також є що сказати з цього питання.

Але саме Ераст Мпемба, школяр з Танзанії, дав своє ім’я цьому явищу в 1963 році, зацікавившись, чому гаряче морозиво замерзає швидше холодної. Його спостереження викликало інтерес серед дослідників і викликало суперечки про природу цього ефекту.

Тепер дослідники припустили, що більш холодній воді не вистачає енергії для розриву водневих зв’язків, з-за чого молекули повільніше перетворюються у тверду структуру. “Наші результати показують, що ефект Мпемби – це універсальне нерівноважний явище, яке з’являється, якщо зміна температури залежить від інших фізичних величин, які характеризують початковий стан системи”, – говорить Андрес Сантос з іспанського університету Естремадури.