Bună ziua, dragi iubitori de fapte interesante. Astăzi vă vom vorbi despre. Dar cred că întrebarea pusă în titlu poate părea pur și simplu absurdă - dar ar trebui să avem întotdeauna încredere nedivizată în notoriul „bun simț” și nu într-un experiment de testare strict stabilit. Să încercăm să ne dăm seama de ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece?

Referință istorică

Că în problema înghețarii apei reci și calde, „nu totul este pur” a fost menționat în lucrările lui Aristotel, apoi notări similare au fost făcute de F. Bacon, R. Descartes și J. Black. În istoria recentă, acest efect a primit numele „Paradoxul lui Mpemba” - numit după un școlar din Tanganyika, Erasto Mpemba, care a pus aceeași întrebare unui profesor de fizică vizitator.

Întrebarea băiatului nu a apărut din senin, ci din observații pur personale ale procesului de răcire a amestecurilor de înghețată în bucătărie. Bineînțeles, colegii de clasă care au fost prezenți acolo, împreună cu profesorul școlii, l-au făcut pe Mpemba să râdă - totuși, după un test experimental personal al profesorului D. Osborne, dorința de a-l face de râs pe Erasto s-a „evaporat” de la ei. Mai mult, Mpemba, împreună cu un profesor, a publicat o descriere detaliată a acestui efect în Educația fizică în 1969 - și de atunci denumirea mai sus menționată a fost fixată în literatura științifică.

Care este esența fenomenului?

Configurarea experimentului este destul de simplă: toate celelalte lucruri fiind egale, sunt testate vase identice cu pereți subțiri, care conțin cantități strict egale de apă, care diferă doar prin temperatură. Vasele sunt încărcate în frigider, după care se înregistrează timpul până la formarea gheții în fiecare dintre ele. Paradoxul este că într-un vas cu un lichid inițial mai fierbinte, acest lucru se întâmplă mai repede.


Cum explică fizica modernă acest lucru?

Paradoxul nu are o explicație universală, deoarece mai multe procese paralele apar împreună, a căror contribuție poate varia în funcție de condițiile inițiale specifice - dar cu un rezultat uniform:

  • capacitatea unui lichid de a suprarăci - inițial apa rece este mai predispusă la suprarăcire, adică rămâne lichid atunci când temperatura sa este deja sub punctul de îngheț
  • Răcire accelerată - aburul din apa fierbinte este transformat în microcristale de gheață, care, atunci când cad înapoi, accelerează procesul, funcționând ca un „schimbător de căldură extern” suplimentar.
  • efect de izolare - spre deosebire de apa caldă, apa rece îngheață de sus, ceea ce duce la scăderea transferului de căldură prin convecție și radiație

Există o serie de alte explicații (ultima dată când Societatea Regală Britanică de Chimie a organizat un concurs pentru cea mai bună ipoteză a fost recent, în 2012) - dar încă nu există o teorie clară pentru toate cazurile de combinații de condiții de intrare...

Te-ai întrebat vreodată de ce apa încălzită la 82 de grade C îngheață mai repede decât apa rece? Cel mai probabil nu, sunt chiar mai mult decât sigur că nu ți-a trecut niciodată întrebarea: care apă îngheață mai repede, fierbinte sau rece?

Cu toate acestea, această descoperire uimitoare a fost făcută de un școlar african obișnuit, Erasto Mpemba, în 1963. Aceasta a fost experiența obișnuită a unui băiat curios, bineînțeles că nu a putut interpreta corect sensul lui și, în plus, oamenii de știință din întreaga lume până în 1966 nu au putut da o idee clară și fundamentată. răspuns la întrebarea - de ce apă caldăîngheață mai repede decât rece.

De ce apa calda ingheata la 4 grade Celsius, iar apa rece la 0?

Apa rece are mult oxigen dizolvat, el este cel care menține temperatura de îngheț a apei la 0 grade. Dacă oxigenul este îndepărtat din apă și asta se întâmplă atunci când apa este încălzită, bulele de aer se dizolvă în apă, așa cum este la modă să spunem acum, se prăbușește, apa se transformă în gheață nu la zero grade ca de obicei, și deja la 4 °C. Este oxigenul dizolvat în apă care rupe legăturile dintre moleculele de apă, împiedicând apa să treacă de la starea lichidă la starea solidă și pur și simplu se va transforma în

Efectul Mpemba(Paradoxul lui Mpemba) - un paradox care afirmă că apa caldă în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în procesul de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, unui corp mai încălzit ia mai mult timp să se răcească la o anumită temperatură decât unui corp mai puțin încălzit să se răcească la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la un moment dat de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a descoperit că un amestec de înghețată fierbinte îngheață mai repede decât unul rece.

În calitate de elev la Liceul Magambi din Tanzania, Erasto Mpemba a făcut lucrări practice ca bucătar. Trebuia să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a întârziat finalizarea primei părți a sarcinii. De teamă că nu va ajunge până la sfârșitul lecției, a pus lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după tehnologia dată.

După aceasta, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, deja ca student la Școala Gimnazială Mkwava, l-a rugat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar Es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină elevilor o prelegere despre fizică) în special despre apă: „Dacă iei două recipiente identice cu volume egale de apă astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă temperatura de 35°C, iar în celălalt - 100°C, și le punem la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, el și Mpemba au publicat rezultatele experimentelor lor în revista Physics Education. De atunci, efectul pe care l-au descoperit a fost numit Efectul Mpemba.

Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și ale apei reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei la temperaturi diferite.

Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care un corp se răcește la temperatura ambiantă ar trebui să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În acest efect, apa cu o temperatură de 100°C se răcește la o temperatură de 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35°C.

Totuși, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat în cadrul fizicii cunoscute. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă la aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100 C își pierde 16% din masă atunci când este răcită la 0 C.

Efectul de evaporare este un efect dublu. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire scade. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de abur scade.

Diferența de temperatură

Datorita faptului ca diferenta de temperatura dintre apa calda si aerul rece este mai mare, prin urmare schimbul de caldura in acest caz este mai intens si apa calda se raceste mai repede.

Hipotermie

Când apa se răcește sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire, continuând să rămână lichidă la temperaturi sub zero. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la o temperatură de –20 C.

Motivul pentru acest efect este că pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt prezente în apă lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient pentru ca cristalele să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, vor începe să crească mai repede, formând gheață de nămol, care va îngheța pentru a forma gheață.

Apa fierbinte este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele dizolvate și bulele, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață.

De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei rece care nu este suprarăcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, pe suprafața vasului se va forma un strat subțire de gheață. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde supuse suprarăcirii, apa suprarăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă.

Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață.

Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este factorul principal în cazul efectului Mpemba.

Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos.

Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are o densitate maximă la 4 C. Dacă răciți apa la 4 C și o puneți la o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la o temperatură de 4 C, va rămâne la suprafață, formând un strat subțire rece. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață în scurt timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator, protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, procesul de răcire ulterioară va fi mai lent.

In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai repede din cauza evaporării și a unei diferențe mai mari de temperatură. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii.

Dar de ce acest proces nu ajunge la un punct de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C.

Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale care să susțină această ipoteză că straturile de apă reci și fierbinți sunt separate prin procesul de convecție.

Gaze dizolvate în apă

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă este mai mică la temperaturi ridicate. Prin urmare, atunci când apa fierbinte se răcește, conține întotdeauna mai puține gaze dizolvate decât în ​​apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată în congelatorul din compartimentul frigider în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că un recipient cu apă fierbinte topește gheața din congelatorul de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată dintr-un recipient cu apă caldă mai repede decât dintr-un recipient rece. La rândul său, un recipient cu apă rece nu topește zăpada de dedesubt.

Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns clar la întrebare - care dintre ele oferă reproducerea sută la sută a efectului Mpemba - nu a fost niciodată obținut.

De exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat efectul suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare suprarăcită, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece atinge o stare de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară.

În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte era capabilă să obțină o suprarăcire mai mare datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea.

Pentru moment, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

O. V. Mosin

Literarsurse:

„Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. De ce face asta?”, Jearl Walker în The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, p. 246-257; septembrie 1977.

„Înghețarea apei calde și reci”, G.S. Kell în Jurnalul American de Fizică, Vol. 37, nr. 5, pp 564-565; mai 1969.

„Superrăcirea și efectul Mpemba”, David Auerbach, în American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, p. 882-885; octombrie 1995.

„Efectul Mpemba: timpii de îngheț ai apei calde și reci”, Charles A. Knight, în American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, p. 524; mai 1996.

Efectul Mpemba(Paradoxul lui Mpemba) este un paradox care afirmă că apa fierbinte în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în timpul procesului de congelare. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, unui corp mai încălzit ia mai mult timp să se răcească la o anumită temperatură decât unui corp mai puțin încălzit să se răcească la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la un moment dat de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a descoperit că un amestec de înghețată fierbinte îngheață mai repede decât unul rece.

În calitate de elev la Liceul Magambi din Tanzania, Erasto Mpemba a făcut lucrări practice ca bucătar. Trebuia să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a întârziat finalizarea primei părți a sarcinii. De teamă că nu va ajunge până la sfârșitul lecției, a pus lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după tehnologia dată.

După aceasta, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, deja ca student la Școala Gimnazială Mkwava, l-a rugat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar Es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină elevilor o prelegere despre fizică) în special despre apă: „Dacă iei două recipiente identice cu volume egale de apă astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă temperatura de 35°C, iar în celălalt - 100°C, și le punem la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, el și Mpemba au publicat rezultatele experimentelor lor în revista Physics Education. De atunci, efectul pe care l-au descoperit a fost numit Efectul Mpemba.

Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și ale apei reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei la temperaturi diferite.

Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care un corp se răcește la temperatura ambiantă ar trebui să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În acest efect, apa cu o temperatură de 100°C se răcește la o temperatură de 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35°C.

Totuși, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat în cadrul fizicii cunoscute. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă la aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100 C își pierde 16% din masă atunci când este răcită la 0 C.

Efectul de evaporare este un efect dublu. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire scade. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de abur scade.

Diferența de temperatură

Datorita faptului ca diferenta de temperatura dintre apa calda si aerul rece este mai mare, prin urmare schimbul de caldura in acest caz este mai intens si apa calda se raceste mai repede.

Hipotermie

Când apa se răcește sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire, continuând să rămână lichidă la temperaturi sub zero. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la o temperatură de –20 C.

Motivul pentru acest efect este că pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt prezente în apă lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient pentru ca cristalele să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, vor începe să crească mai repede, formând gheață de nămol, care va îngheța pentru a forma gheață.

Apa fierbinte este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele dizolvate și bulele, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață.

De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei rece care nu este suprarăcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, pe suprafața vasului se va forma un strat subțire de gheață. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde supuse suprarăcirii, apa suprarăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă.

Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață.

Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este factorul principal în cazul efectului Mpemba.

Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos.

Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are o densitate maximă la 4 C. Dacă răciți apa la 4 C și o puneți la o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la o temperatură de 4 C, va rămâne la suprafață, formând un strat subțire rece. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață în scurt timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator, protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, procesul de răcire ulterioară va fi mai lent.

In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai repede din cauza evaporării și a unei diferențe mai mari de temperatură. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii.

Dar de ce acest proces nu ajunge la un punct de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C.

Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale care să susțină această ipoteză că straturile de apă reci și fierbinți sunt separate prin procesul de convecție.

Gaze dizolvate în apă

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă este mai mică la temperaturi ridicate. Prin urmare, atunci când apa fierbinte se răcește, conține întotdeauna mai puține gaze dizolvate decât în ​​apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată în congelatorul din compartimentul frigider în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că un recipient cu apă fierbinte topește gheața din congelatorul de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată dintr-un recipient cu apă caldă mai repede decât dintr-un recipient rece. La rândul său, un recipient cu apă rece nu topește zăpada de dedesubt.

Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns clar la întrebare - care dintre ele oferă reproducerea sută la sută a efectului Mpemba - nu a fost niciodată obținut.

De exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat efectul suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare suprarăcită, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece atinge o stare de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară.

În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte era capabilă să obțină o suprarăcire mai mare datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea.

Pentru moment, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

Mulți cercetători au propus și propun propriile versiuni cu privire la motivul pentru care apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Ar părea un paradox - la urma urmei, pentru a îngheța, apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească. Cu toate acestea, faptul rămâne un fapt, iar oamenii de știință îl explică în moduri diferite.

În acest moment, există mai multe versiuni care explică acest fapt:

  1. Deoarece apa fierbinte se evaporă mai repede, volumul ei scade. Și înghețarea unei cantități mai mici de apă la aceeași temperatură are loc mai repede.
  2. Compartimentul congelator al frigiderului are o căptușeală de zăpadă. Un recipient care conține apă fierbinte topește zăpada de dedesubt. Acest lucru îmbunătățește contactul termic cu congelatorul.
  3. Înghețarea apei reci, spre deosebire de apa fierbinte, începe în partea de sus. În același timp, convecția și radiația de căldură și, în consecință, pierderile de căldură se înrăutățesc.
  4. Apa rece conține centri de cristalizare - substanțe dizolvate în ea. Dacă conținutul lor în apă este mic, glazura este dificilă, deși, în același timp, este posibilă suprarăcirea - atunci când la temperaturi sub zero are o stare lichidă.

Deși în mod corect putem spune că acest efect nu este întotdeauna observat. Foarte des, apa rece îngheață mai repede decât apa fierbinte.

La ce temperatură îngheață apa

De ce îngheață apa? Conține o anumită cantitate de particule minerale sau organice. Acestea pot fi, de exemplu, particule foarte mici de nisip, praf sau argilă. Pe măsură ce temperatura aerului scade, aceste particule sunt centrele în jurul cărora se formează cristalele de gheață.

Rolul nucleelor ​​de cristalizare poate fi jucat și de bulele de aer și fisurile din recipientul care conține apă. Viteza procesului de transformare a apei în gheață este influențată în mare măsură de numărul de astfel de centre - dacă există mulți dintre ei, lichidul îngheață mai repede. În condiții normale, la presiunea atmosferică normală, apa se transformă în stare solidă din lichid la o temperatură de 0 grade.

Esența efectului Mpemba

Efectul Mpemba este un paradox, a cărui esență este că, în anumite circumstanțe, apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece. Acest fenomen a fost observat de Aristotel și Descartes. Cu toate acestea, abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a stabilit că înghețata fierbinte îngheață într-un timp mai scurt decât înghețata rece. A făcut această concluzie în timp ce finaliza o sarcină de gătit.

A trebuit să dizolve zahărul în laptele fiert și, după ce l-a răcit, să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost deosebit de sârguincios și a început să finalizeze prima parte a sarcinii târziu. Prin urmare, nu a așteptat să se răcească laptele și l-a pus în frigider fierbinte. A fost foarte surprins când a înghețat și mai repede decât cel al colegilor săi, care făceau munca în conformitate cu tehnologia dată.

Acest fapt l-a interesat foarte mult pe tânăr și a început experimentele cu apă plată. În 1969, revista Physics Education a publicat rezultatele cercetării lui Mpemba și a profesorului Dennis Osborne de la Universitatea din Dar Es Salaam. Efectul descris de ei a primit numele de Mpemba. Cu toate acestea, nici astăzi nu există o explicație clară pentru fenomen. Toți oamenii de știință sunt de acord că rolul principal în acest lucru aparține diferențelor dintre proprietățile apei răcite și ale apei calde, dar ce anume este necunoscut.

Versiunea Singapore

Fizicienii de la una dintre universitățile din Singapore au fost, de asemenea, interesați de întrebarea care apă îngheață mai repede - caldă sau rece? O echipă de cercetători condusă de Xi Zhang a explicat acest paradox tocmai prin proprietățile apei. Toată lumea știe de la școală compoziția apei - un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Oxigenul, într-o oarecare măsură, trage electronii departe de hidrogen, astfel încât molecula este un anumit tip de „magnet”.

Drept urmare, anumite molecule din apă sunt ușor atrase unele de altele și sunt unite printr-o legătură de hidrogen. Forța sa este de multe ori mai mică decât cea a unei legături covalente. Cercetătorii din Singapore cred că explicația paradoxului lui Mpemba constă tocmai în legăturile de hidrogen. Dacă moleculele de apă sunt așezate foarte strâns împreună, atunci o interacțiune atât de puternică între molecule poate deforma legătura covalentă din mijlocul moleculei în sine.

Dar când apa este încălzită, moleculele legate se îndepărtează ușor unele de altele. Ca urmare, relaxarea legăturilor covalente are loc în mijlocul moleculelor cu eliberarea de energie în exces și trecerea la un nivel de energie mai scăzut. Acest lucru duce la faptul că apa fierbinte începe să se răcească rapid. Cel puțin, asta arată calculele teoretice efectuate de oamenii de știință din Singapore.

Apa înghețată instantaneu - 5 trucuri incredibile: Video