Je pravda, že horúca voda mrzne rýchlejšie ako studená?

Áno, horúca voda môže mrznúť rýchlejšie ako studená voda. Nie vždy sa to však stáva, ani veda nevysvetlila presne prečo môže sa to stať.

Kľúčové cesty: teplota vody a rýchlosť zamŕzania

Aj keď všetky Aristoteles, Bacon a Descartes opisovali horúcu vodu mrznúcu rýchlejšie ako studená voda, tejto myšlienke sa väčšinou bránilo až do 60. rokov 20. storočia, keď študent strednej školy s názvom Mpemba si všimol, že teplá zmrzlinová zmes, ak sa vloží do mrazničky, zamrzne skôr, ako sa zmrzlina ochladila na izbová teplota pred umiestnením do mrazničky. Mpemba opakoval experiment skôr s vodou než so zmrzlinovou zmesou a zistil rovnaký výsledok: horúca voda stuhla rýchlejšie ako chladnejšia voda. Keď Mpemba požiadal svojho učiteľa fyziky, aby vysvetlil pozorovania, učiteľ povedal Mpembovi, že jeho údaje musia byť chybné, pretože tento jav nebol možný.

Mpemba položil hosťujúcemu profesorovi fyziky, Dr. Osbornovi, rovnakú otázku. Tento profesor odpovedal, že nevedel, ale experiment otestoval. Osborne nechal vykonať Mpembov test laboratórnu techniku. Laboratórna technika oznámila, že zdvojnásobil výsledok Mpemby: „Ale budeme pokračovať v opakovaní experimentu, až kým nedosiahneme správny výsledok.“ (Um... jo... to by bol príklad zlej vedy.) Nuž, údaje boli údajmi, takže keď sa experiment opakoval, pokračoval v tom istom výsledku. V roku 1969 Osborne a Mpemba uverejnili výsledky svojho výskumu. Teraz sa jav, v ktorom horúca voda môže mrznúť rýchlejšie ako studená voda, nazýva niekedy Efekt Mpemba.

Neexistuje definitívne vysvetlenie, prečo môže horúca voda mrznúť rýchlejšie ako studená voda. V závislosti od podmienok vstupujú do hry rôzne mechanizmy. Zdá sa, že hlavnými faktormi sú:

• vyparovanie: Viac horúcej vody sa odparí ako studená voda, čím sa zníži množstvo zostávajúcej vody, ktorá sa má zmraziť. Merania hmotnosti viesť nás k presvedčeniu, že je to dôležitý faktor pri chladení vody v otvorených nádobách, hoci to nie je mechanizmus, ktorý vysvetľuje, ako sa účinok Mpemba vyskytuje v uzavretých nádobách.
• podchladenie: Horúca voda má sklon zažiť menej efekt podchladenia ako studená voda. Pokiaľ ide o superchladiny, môže zostať kvapalinou až do jej narušenia, dokonca hlboko pod jej normálnou teplotou mrazu. Voda, ktorá nie je podchladená, s väčšou pravdepodobnosťou stúpne, keď dosiahne hladinu bod tuhnutia vody.
• prúdenie: Voda pri ochladzovaní vytvára konvekčné prúdy. Hustota vody zvyčajne klesá so zvyšujúcou sa teplotou, takže nádoba s chladiacou vodou je zvyčajne vyššia ako spodná. Ak predpokladáme, že voda stráca väčšinu svojho tepla na svojom povrchu (čo môže alebo nemusí byť pravda, v závislosti od voda), potom horúca horná časť by stratila svoje teplo a zmrazila rýchlejšie ako voda s hornou časťou.
• Rozpustené plyny: Horúca voda má menšiu kapacitu na zadržiavanie rozpustených plynov ako studená voda, čo môže ovplyvniť jej rýchlosť zamrznutia.
• Vplyv okolia: Rozdiel medzi počiatočnými teplotami dvoch zásobníkov vody môže mať vplyv na okolie, ktoré by mohlo ovplyvniť rýchlosť chladenia. Jedným príkladom by mohla byť teplá voda, ktorá topí predtým existujúcu vrstvu mrazu, čo umožňuje lepšiu rýchlosť chladenia.

Teraz mi za to nehovor! Ak máte pochybnosti, že horúca voda niekedy zamrzne rýchlejšie ako studená voda, vyskúšajte ju. Uvedomte si, že efekt Mpemba nebude viditeľný vo všetkých experimentálnych podmienkach, takže si možno budete musieť pohrať s veľkosťou vzorky vody a chladiacej vody (alebo skúste pripraviť zmrzlinu v mrazničke, ak to prijmete ako dôkaz účinku).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). „Spochybňovanie efektu Mpemba: Horúca voda nechladí rýchlejšie ako studená“. Vedecké správy. 6: 37665. doi:10,1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). „Rôzne spôsoby spájania vodíka vo vode - prečo teplá voda rýchlejšie mrzne ako studená voda?“. Žurnál chemickej teórie a výpočtov. 13 (1): 55–76. doi:10,1021 / acs.jctc.6b00735