Je li istina da vruća voda zamrzava brže od hladnoće?

Da, topla voda može se zamrznuti brže od hladne. Međutim, to se ne događa uvijek, niti je znanost objasnila točno zašto može se dogoditi.

Ključni postupci: temperatura vode i brzina smrzavanja

Iako su Aristotel, Bacon i Descartes svi opisali kako se vruća voda zamrzava brže od hladne vode, ideja je uglavnom bila otporna sve do 1960-ih, kada je srednjoškolac po imenu Mpemba primijetio je da će se mješavina vrućeg sladoleda, kad se stavi u zamrzivač, smrznuti prije nego što se ohlađena mješavina sladoleda ohladila sobna temperatura prije stavljanja u zamrzivač. Mpemba je ponovio eksperiment s vodom nego sa sladolednom smjesom i pronašao isti rezultat: topla voda se smrznula brže od hladnije vode. Kad je Mpemba zamolio svog učitelja fizike da objasni zapažanja, učitelj je rekao Mpembi da njegovi podaci moraju biti u zabludi jer je fenomen bio nemoguć.

Mpemba je isto pitanje postavila gostujućem profesoru fizike, dr. Osborneu. Ovaj je profesor odgovorio da ne zna, ali da će testirati eksperiment. Dr. Osborne imao je laboratorijsku tehniku ​​koja je izvela Mpembin test. Laboratorijski tehničar izvijestio je da je duplicirao rezultat Mpembe, "ali nastavit ćemo ponavljati eksperiment dok ne postignemo pravi rezultat." (Hm... Da... to bi bio primjer loše znanosti.) Pa, podaci su bili podaci, pa kad je eksperiment ponovljen, nastavio je davati isti rezultat. Godine 1969. Osborne i Mpemba objavili su rezultate svojih istraživanja. Sada se fenomen u kojem vruća voda može zamrznuti brže od hladne vode ponekad naziva i "vodom" Mpemba efekt.

Ne postoji definitivno objašnjenje zašto vruća voda može smrznuti brže od hladne vode. U obzir dolaze različiti mehanizmi, ovisno o uvjetima. Čini se da su glavni čimbenici:

• Isparavanje: Više tople vode će ispariti nego hladna voda, čime se smanjuje količina vode koja ostaje zaleđena. Mjerenja mase navodi nas da vjerujemo da je ovo važan faktor kod hlađenja vode u otvorenim spremnicima, mada to nije mehanizam koji objašnjava kako se efekt Mpemba događa u zatvorenim spremnicima.
• Pothlađenje: Topla voda ima manje iskustva s vodom efekt superhlađenja nego hladna voda. Kad je došlo do superhlađenja, može ostati tekućina dok se ne poremeti, čak i znatno ispod svoje normalne temperature smrzavanja. Voda koja nije previše hlađena, vjerojatnije će postati čvrsta kada dosegne korito točka smrzavanja vode.
• Konvekcija: Voda razvija konvekcijske struje dok se hladi. Gustoća vode obično se smanjuje kako temperatura raste, tako da je spremnik vode za hlađenje obično topliji odozdo nego na dnu. Ako pretpostavimo da voda gubi većinu svoje topline po cijeloj površini (što može, ali ne mora biti istina, ovisno o uvjeti), tada bi voda s toplijim vrhom izgubila toplinu i zamrzavala se brže od vode s hladnijim vrhom.
• Otopljeni plinovi: Topla voda ima manji kapacitet zadržavanja rastvorenih plinova od hladne vode, što može utjecati na njezinu brzinu smrzavanja.
• Učinak okoline: Razlika između početnih temperatura dva spremnika vode može utjecati na okoliš što bi moglo utjecati na brzinu hlađenja. Jedan primjer bi bila topla voda koja je otapala prethodno postojeći sloj mraza, omogućavajući bolju brzinu hlađenja.

Ne uzimajte moju riječ za ovo! Ako sumnjate da se vruća voda ponekad zamrzava brže od hladne vode, testirajte to sami. Imajte na umu da efekt Mpemba neće biti vidljiv za sve eksperimentalne uvjete, tako da ćete možda trebati da se poigrate veličinom uzorka vode i rashladnom vodom (ili pokušajte napraviti sladoled u vašem zamrzivaču, ako to prihvatite kao demonstraciju učinka).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Ispitivanje Mpemba efekta: Topla voda se ne hladi brže od hladne". Znanstveni izvještaji. 6: 37665. dOI:10,1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Različiti načini vezivanja vodika u vodi - zašto se topla voda zamrzava brže od hladne vode?". Časopis za kemijsku teoriju i računanje. 13 (1): 55–76. dOI:10,1021 / acs.jctc.6b00735