Наистина ли топлата вода замръзва по-бързо от студената?

Да, горещата вода може да замръзне по-бързо от студената вода. Това обаче не винаги се случва, нито науката е обяснила точно защо може да се случи.

Ключови заведения: Температура на водата и скорост на замръзване

Въпреки че Аристотел, Бекон и Декарт всички описват, че горещата вода замръзва по-бързо от студената вода, понятието се съпротивлява преди 60-те години на миналия век, когато ученик на име Mpemba забеляза, че миксът с горещ сладолед, когато се постави във фризера, ще замръзне преди смесването на сладолед, който е бил охладен до стайна температура преди да се постави във фризера. Mpemba повтори експеримента си със смес от вода, а не със сладолед и намери същия резултат: горещата вода замръзна по-бързо от по-студената вода. Когато Mpemba помоли учителя си по физика да обясни наблюденията, учителят казал на Mpemba неговите данни трябва да са в грешка, тъй като явлението е било невъзможно.

Мпемба зададе на гостуващия професор по физика д-р Осборн същия въпрос. Този професор отговори, че не знае, но ще изпробва експеримента. Д-р Озбърн имаше лабораторен техник, който изпълняваше теста на Mpemba. Лабораторният техник съобщи, че е дублирал резултата на Mpemba: "Но ще продължим да повтаряме експеримента, докато не постигнем правилния резултат." (Хм... да... това ще бъде пример за лоша наука.) Е, данните бяха данните, така че когато експериментът беше повторен, той продължи да дава същия резултат. През 1969 г. Осборн и Мпемба публикуват резултатите от своите изследвания. Сега феноменът, при който горещата вода може да замръзне по-бързо от студената вода, понякога се нарича Mpemba ефект.

Няма окончателно обяснение защо горещата вода може да замръзне по-бързо от студената вода. Различни механизми влизат в игра, в зависимост от условията. Основните фактори изглежда са:

• изпаряване: Повече топла вода ще се изпари от студената вода, като по този начин се намалява количеството на водата, която остава да бъде замразена. Масови измервания ни карат да вярваме, че това е важен фактор при охлаждане на водата в отворени контейнери, въпреки че не механизмът обяснява как Mpemba Effect се проявява в затворени контейнери.
• преохлаждането: Топлата вода има тенденция да изпитва по-малко от a ефект на преохлаждане отколкото студена вода. Когато беше свръхохлаждане, той може да остане течност, докато не се наруши, дори доста под нормалната си температура на замръзване. Водата, която не е преохладена, е по-вероятно да стане твърда, когато достигне до точка на замръзване на водата.
• конвекция: Водата развива конвекционни токове, докато изстива. Плътност на водата обикновено намалява с повишаване на температурата, така че контейнер с охлаждаща вода обикновено е по-топъл отгоре, отколкото на дъното. Ако приемем, че водата губи по-голямата част от топлината си по цялата си повърхност (което може или не може да бъде вярно, в зависимост от условия), тогава водата с по-горещ плот ще загуби топлината си и ще замръзне по-бързо от водата с по-хладен плот.
• Разтворени газове: Топлата вода има по-малък капацитет за задържане на разтворени газове, отколкото студената вода, което може да повлияе на скоростта й на замръзване.
• Ефект от обкръжението: Разликата между началните температури на два контейнера с вода може да окаже влияние върху околната среда, което може да повлияе на скоростта на охлаждане. Един пример може да бъде топла вода, топяща съществуващ слой от замръзване, позволяваща по-добра скорост на охлаждане.

Сега, не приемайте думата ми за това! Ако се съмнявате, че горещата вода понякога замръзва по-бързо от студената вода, тествайте я сами. Имайте предвид, че ефектът на Mpemba няма да се наблюдава при всички експериментални условия, така че може да се наложи да си поиграете с размера на пробата вода и охлаждащата вода (или опитайте да направите сладолед във вашия фризер, ако приемете това като демонстрация на ефекта).

• Burridge, Henry C.; Линден, Пол Ф. (2016). „Съмнителен ефект на Mpemba: Топлата вода не се охлажда по-бързо от студената“. Научни доклади. 6: 37665. DOI:10,1038 / srep37665
• Дао, Юнвен; Зоу, Венли; Jia, Junteng; Ли, Вей; Cremer, Dieter (2017). „Различни начини за свързване на водород във водата - защо топлата вода замръзва по-бързо от студената вода?“. Списание за химическа теория и изчисление. 13 (1): 55–76. DOI:10,1021 / acs.jctc.6b00735