Ali res topla voda zamrzne hitreje od hladne?

Da, vroča voda lahko zamrzne hitreje od hladne. Vendar se to ne zgodi vedno, niti ni znanost natančno pojasnila zakaj se lahko zgodi.

Ključni odvzemi: temperatura vode in hitrost zmrzovanja

Čeprav so Aristotel, Bacon in Descartes vsi opisovali, da se vroča voda zamrzne hitreje od hladne vode, so se pojmu večinoma uprli vse do šestdesetih let prejšnjega stoletja, ko srednješolka po imenu Mpemba je opazila, da se mešanica vročega sladoleda, ko jo damo v zamrzovalnik, zmrzne, preden se ohladi mešanica sladoleda sobna temperatura preden ga damo v zamrzovalnik. Mpemba je ponovil poskus z vodo, namesto z mešanico sladoleda, in ugotovil enak rezultat: vroča voda se je zamrznila hitreje od hladnejše vode. Ko je Mpemba od učitelja fizike prosil, naj pojasni opažanja, je učitelj povedal Mpembi, da morajo biti njegovi podatki v zmoti, saj je bil pojav nemogoč.

Mpemba je isto vprašanje postavil gostujočemu profesorju fizike dr Osbornu. Ta profesor je odgovoril, da ne ve, vendar bo poskus preizkusil. Dr. Osborne je imel laboratorijski tehnik, ki je opravil Mpembin test. Laboratorijski tehnik je poročal, da je podvojil rezultat Mpembe, "Toda poskus bomo še naprej ponavljali, dokler ne bomo dobili pravega rezultata." (Hm... ja... to bi bil primer slabe znanosti.) No, podatki so bili podatki, tako da, ko je poskus ponovljen, je še naprej dajal enak rezultat. Osborne in Mpemba sta leta 1969 objavila rezultate svojih raziskav. Zdaj se pojav, v katerem lahko vroča voda zamrzne hitreje od hladne vode, včasih imenujejo "voda" Učinek Mpemba.

Ni dokončne razlage, zakaj lahko vroča voda zamrzne hitreje od hladne vode. Igrajo se različni mehanizmi, odvisno od pogojev. Zdi se, da so glavni dejavniki:

• Izhlapevanje: Več tople vode bo izhlapilo kot hladna voda, s čimer se bo zmanjšala količina vode, ki jo je treba zamrzniti. Meritve mase nas vodi k prepričanju, da je to pomemben dejavnik pri ohlajanju vode v odprtih posodah, čeprav mehanizem Mpemba ne more razložiti, kako nastane učinek Mpemba v zaprtih posodah.
• Prehlajevanje: Vroča voda ponavadi manj kot učinek prehlajevanja kot hladna voda. Ko je bila superhlad, lahko ostane tekočina, dokler se ne moti, tudi precej pod normalno temperaturo zamrzovanja. Voda, ki ni prehlajena, je bolj verjetno, da bo postala trdna, ko doseže ledišče vode.
• Konvekcija: Voda razvija konvekcijske tokove, ko se hladi. Gostota vode običajno narašča, ko se temperatura povečuje, zato je posoda s hladilno vodo običajno toplejša na vrhu kot na dnu. Če predpostavimo, da voda izgubi večino svoje toplote po vsej površini (kar je lahko, ali ne, res, odvisno od pogoji), potem bi voda s vročim vrhom izgubila toploto in zamrznila hitreje kot voda s hladnejšim vrhom.
• Raztopljeni plini: Vroča voda ima manjše zmogljivosti za zadrževanje raztopljenih plinov kot hladna voda, kar lahko vpliva na hitrost zmrzovanja.
• Učinek okolice: Razlika med začetnimi temperaturami dveh posod z vodo lahko vpliva na okolico, kar bi lahko vplivalo na hitrost hlajenja. En primer je topla voda, ki se stopi pred obstoječo zmrzalno plastjo, kar omogoča boljšo hitrost hlajenja.

Zdaj, ne sprejemajte moje besede za to! Če dvomite, da vroča voda včasih zamrzne hitreje kot hladna voda, preizkusite sami. Zavedajte se, da učinek Mpemba ne bo viden pri vseh poskusnih pogojih, zato se boste morda morali igrati po velikosti vzorca vode in hladilne vode (oz. poskusite narediti sladoled v zamrzovalniku, če to sprejmete kot dokaz učinka).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Vprašanje o učinku Mpemba: Vroča voda se ne ohladi hitreje kot hladna". Znanstvena poročila. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Različni načini vezanja vodika v vodi - zakaj topla voda zamrzne hitreje od hladne vode?". Časopis za kemijsko teorijo in računanje. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735