Societatea Regală Britanică de Chimie oferă o recompensă de 1.000 de lire sterline oricui poate explica științific de ce în unele cazuri apa fierbinteîngheață mai repede decât rece.

„Știința modernă încă nu poate răspunde la această întrebare aparent simplă. Producătorii de înghețată și barmanii folosesc acest efect în munca lor de zi cu zi, dar nimeni nu știe cu adevărat de ce funcționează. Această problemă este cunoscută de milenii, filozofi precum Aristotel și Descartes s-au gândit la ea”, a declarat președintele Societății Regale Britanice de Chimie, profesorul David Philips, citat într-un comunicat de presă al Societății.

Cum un bucătar african a învins un profesor britanic de fizică

Aceasta nu este o glumă a lui Aprilie, ci o realitate fizică dură. Știința de astăzi, care operează cu ușurință pe galaxii și găuri negre, construind acceleratoare gigantice pentru a căuta quarci și bozoni, nu poate explica cum „funcționează” apa elementară. Manualul școlar afirmă fără ambiguitate că este nevoie de mai mult timp pentru a răci un corp fierbinte decât pentru a răci un corp rece. Dar pentru apă, această lege nu este întotdeauna respectată. Aristotel a atras atenția asupra acestui paradox în secolul al IV-lea î.Hr. e. Iată ce scria grecul antic în cartea „Meteorologica I”: „Faptul că apa este preîncălzită contribuie la înghețarea ei. Prin urmare, mulți oameni, când doresc să răcească rapid apa fierbinte, o pun mai întâi la soare ... ”În Evul Mediu, Francis Bacon și Rene Descartes au încercat să explice acest fenomen. Din păcate, nici marii filozofi, nici numeroșii oameni de știință care au dezvoltat fizica termică clasică nu au reușit acest lucru și, prin urmare, un fapt atât de incomod a fost „uitat” multă vreme.

Și abia în 1968 și-au „amintit” datorită școlarului Erasto Mpemba din Tanzania, departe de orice știință. În timp ce studia la o școală de gătit, în 1963, lui Mpembe, în vârstă de 13 ani, i s-a dat sarcina de a face înghețată. Conform tehnologiei, era necesar să fierbeți laptele, să dizolvați zahărul în el, să-l răciți la temperatura camerei și apoi să-l puneți la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student harnic și a ezitat. De teamă că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus laptele încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, pregătit după toate regulile.

Când Mpemba și-a împărtășit descoperirea cu un profesor de fizică, s-a făcut de râs de el în fața întregii clase. Mpemba și-a amintit insulta. Cinci ani mai târziu, deja student la Universitatea din Dar es Salaam, a fost la o prelegere susținută de celebrul fizician Denis G. Osborn. După prelegere, el i-a pus omului de știință o întrebare: „Dacă luați două recipiente identice cu aceeași cantitate de apă, unul la 35 °C (95 °F) și celălalt la 100 °C (212 °F), și puneți la congelator, apoi apa într-un recipient fierbinte va îngheța mai repede. De ce?" Vă puteți imagina reacția unui profesor britanic la o întrebare a unui tânăr din Tanzania părăsită de Dumnezeu. Și-a luat joc de student. Cu toate acestea, Mpemba era pregătit pentru un astfel de răspuns și l-a provocat pe om de știință la un pariu. Argumentul lor a culminat cu un test experimental care i-a dovedit lui Mpemba dreptate și Osborne a învins. Așa că studentul-bucătar și-a înscris numele în istoria științei, iar de acum înainte acest fenomen se numește „efectul Mpemba”. Să-l renunți, să-l declari ca și cum „inexistent” nu funcționează. Fenomenul există și, așa cum scria poetul, „nu în dinte cu picior”.

Sunt particulele de praf și substanțele dizolvate de vină?

De-a lungul anilor, mulți au încercat să dezlege misterul apei înghețate. Au fost propuse o grămadă de explicații pentru acest fenomen: evaporarea, convecția, influența substanțelor dizolvate - dar niciunul dintre acești factori nu poate fi considerat definitiv. O serie de oameni de știință și-au dedicat întreaga viață efectului Mpemba. Angajat al Departamentului de Siguranță Radiațională Universitate de stat New York - James Brownridge - în timp liber a studiat paradoxul de peste un deceniu. După ce a efectuat sute de experimente, omul de știință susține că are dovezi ale „vinovăției” hipotermiei. Brownridge explică că la 0°C, apa se răcește doar și începe să înghețe atunci când temperatura scade sub. Punctul de îngheț este reglat de impuritățile din apă - acestea modifică viteza de formare a cristalelor de gheață. Impuritățile, și acestea sunt particule de praf, bacterii și săruri dizolvate, au temperatura lor de nucleare caracteristică, când se formează cristale de gheață în jurul centrelor de cristalizare. Când în apă sunt prezente mai multe elemente deodată, punctul de îngheț este determinat de cel cu cea mai mare temperatură de nucleare.

Pentru experiment, Brownridge a luat două mostre de apă la aceeași temperatură și le-a pus într-un congelator. El a descoperit că unul dintre specimene îngheață întotdeauna înaintea celuilalt - probabil din cauza unei combinații diferite de impurități.

Brownridge susține că apa fierbinte se răcește mai repede datorită diferenței mai mari dintre temperaturile apei și cele ale congelatorului - acest lucru îl ajută să atingă punctul de îngheț înainte. apă rece atinge punctul său natural de îngheț, care este cu cel puțin 5°C mai mic.

Cu toate acestea, raționamentul lui Brownridge ridică multe întrebări. Prin urmare, cei care pot explica efectul Mpemba în felul lor au șansa de a concura pentru o mie de lire sterline de la British Royal Society of Chemistry.

Efectul Mpemba(Mpemba Paradox) este 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, un corp mai fierbinte are nevoie de mai mult timp pentru a se răci la o anumită temperatură decât un corp mai rece pentru a se răci la aceeași temperatură.

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

Ca student la Magamba liceuîn Tanzania, Erasto Mpemba a făcut-o munca practicaîn artele culinare. A trebuit 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 amânat prima parte a sarcinii. De teamă că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus laptele încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după o anumită tehnologie.

După aceea, Mpemba a experimentat nu numai lapte, ci și apă plată. În orice caz, fiind deja elev la Liceul Mkvava, l-a întrebat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar es Salaam (invitat de directorul școlii să țină elevilor o prelegere despre fizică) despre apă: „Dacă luați două recipiente identice cu volume egale de apă, astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă o temperatură de 35 ° C, iar în celălalt - 100 ° C și le puneți la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede.De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, împreună cu Mpemba, au publicat rezultatele experimentelor lor în revista „Educația fizică”. De atunci, efectul pe care l-au descoperit se numește 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 corpul se răcește la temperatură mediu inconjurator, ar trebui să fie proporțională 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 același efect, apa la 100°C se răcește cu 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35°C.

Cu toate acestea, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat și în fizica cunoscută. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-și astfel volumul, iar un volum mai mic de apă cu 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 este redusă. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de vapori scade.

diferenta de temperatura

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

hipotermie

Când apa este răcită sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire în timp ce continuă să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la -20 C.

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

Apa caldă este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele și bulele dizolvate, 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 aflate în subrăcire, apa subrăcită 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 principalul factor 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 răcești apa la 4 C și o pui 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 4°C, va rămâne la suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață pentru o perioadă scurtă de 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 , răcirea ulterioară va fi mai lentă.

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 de temperatură mai mari. De asemenea, 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 punctul 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 conform căreia straturile reci și calde de apă sunt separate prin 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 la temperatură ridicată este mai mică. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea 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 într-un frigider congelator în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că recipientul cu apă fierbinte topește gheața congelatorului de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată din recipientul cu apă caldă mai repede decât din cel rece. La rândul său, recipientul cu apă rece nu topește zăpada sub el.

Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără echivoc la întrebare - care dintre ele oferă o reproducere 100% a efectului Mpemba - nu a fost obținut.

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

În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte este capabilă să realizeze mai multă suprarăcire 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.

Până acum, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în esență de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodus.

Internet marketing, editor al site-ului „Într-o limbă accesibilă”
Data publicării: 21.11.2017

« Care apă îngheață mai repede rece sau fierbinte?„- încearcă să le pui o întrebare prietenilor tăi, cel mai probabil majoritatea dintre ei vor răspunde că apa rece îngheață mai repede – și vor face o greșeală.

De fapt, dacă puneți simultan două vase de aceeași formă și volum în congelator, dintre care unul va conține apă rece și celălalt fierbinte, atunci apa fierbinte va îngheța mai repede.

O astfel de afirmație poate părea absurdă și nerezonabilă. În mod logic, apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească la temperatura rece, iar apa rece ar trebui să se transforme deja în gheață în acest moment.

Deci, de ce apa fierbinte depășește apa rece în drum spre îngheț? Să încercăm să ne dăm seama.

Istoria observațiilor și cercetărilor

Oamenii au observat efectul paradoxal din cele mai vechi timpuri, dar nimeni nu i-a acordat prea multă importanță. Deci inconsecvențele în rata de înghețare a apei reci și calde au fost observate în notele lor de către Arestotel, precum și de Rene Descartes și Francis Bacon. Un fenomen neobișnuit s-a manifestat adesea în viața de zi cu zi.

Multă vreme, fenomenul nu a fost studiat în niciun fel și nu a trezit prea mult interes în rândul oamenilor de știință.

Studiul efectului neobișnuit a început în 1963, când un student curios din Tanzania, Erasto Mpemba, a observat că laptele fierbinte pentru înghețată îngheață mai repede decât laptele rece. În speranța de a obține o explicație a motivelor efectului neobișnuit, tânărul și-a întrebat profesorul de fizică de la școală. Totuși, profesorul a râs doar de el.

Mai târziu, Mpemba a repetat experimentul, dar în experimentul său nu a mai folosit lapte, ci apă, iar efectul paradoxal s-a repetat din nou.

Șase ani mai târziu, în 1969, Mpemba i-a adresat această întrebare profesorului de fizică Dennis Osborne, care a venit la școala sa. Profesorul a fost interesat de observarea tânărului, drept urmare, a fost efectuat un experiment care a confirmat prezența efectului, dar motivele acestui fenomen nu au fost stabilite.

De atunci, fenomenul a fost numit Efectul Mpemba.

De-a lungul istoriei observațiilor științifice au fost înaintate numeroase ipoteze cu privire la cauzele fenomenului.

Așa că în 2012, Societatea Regală Britanică de Chimie avea să anunțe un concurs de ipoteze pentru a explica efectul Mpemba. La competiție au participat oameni de știință din întreaga lume, în total s-au înscris 22.000 lucrări științifice. În ciuda unui număr atât de impresionant de articole, niciunul dintre ele nu a clarificat paradoxul Mpemba.

Cea mai comună a fost versiunea conform căreia, apa caldă îngheață mai repede, deoarece pur și simplu se evaporă mai repede, volumul ei devine mai mic, iar pe măsură ce volumul scade, viteza de răcire crește. Cea mai comună versiune a fost în cele din urmă respinsă, deoarece a fost efectuat un experiment în care evaporarea a fost exclusă, dar efectul a fost totuși confirmat.

Alți oameni de știință credeau că motivul efectului Mpemba este evaporarea gazelor dizolvate în apă. În opinia lor, în timpul procesului de încălzire, gazele dizolvate în apă se evaporă, datorită cărora capătă o densitate mai mare decât apa rece. După cum se știe, o creștere a densității duce la o schimbare proprietăți fizice apă (creșterea conductibilității termice) și, prin urmare, crește viteza de răcire.

În plus, au fost înaintate o serie de ipoteze care descriu viteza de circulație a apei în funcție de temperatură. În multe studii s-a încercat stabilirea relației dintre materialul recipientelor în care se afla lichidul. Multe teorii păreau foarte plauzibile, dar nu au putut fi confirmate științific din cauza lipsei datelor inițiale, a contradicțiilor din alte experimente sau datorită faptului că factorii identificați pur și simplu nu erau comparabili cu viteza de răcire a apei. Unii oameni de știință în lucrările lor au pus sub semnul întrebării existența efectului.

În 2013, cercetătorii din Universitatea de Tehnologie Nanyang din Singapore a susținut că a rezolvat misterul efectului Mpemba. Potrivit studiului lor, motivul fenomenului constă în faptul că cantitatea de energie stocată în legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă rece și cea caldă diferă semnificativ.

Metodele de simulare pe calculator au arătat următoarele rezultate: cu cât temperatura apei este mai mare, cu atât distanța dintre molecule este mai mare datorită faptului că forțele de respingere cresc. În consecință, legăturile de hidrogen ale moleculelor sunt întinse, stocând mai multă energie. Când sunt răcite, moleculele încep să se apropie unele de altele, eliberând energie din legăturile de hidrogen. În acest caz, eliberarea de energie este însoțită de o scădere a temperaturii.

În octombrie 2017, fizicienii spanioli, în cursul unui alt studiu, au descoperit că eliminarea materiei din echilibru (încălzire puternică înainte de răcire puternică) joacă un rol important în formarea efectului. Ei au determinat condițiile în care probabilitatea efectului este maximă. În plus, oamenii de știință din Spania au confirmat existența efectului invers Mpemba. Ei au descoperit că, atunci când sunt încălzite, o probă mai rece poate ajunge temperatura ridicata mai repede decât cald.

În ciuda informațiilor exhaustive și a numeroaselor experimente, oamenii de știință intenționează să continue să studieze efectul.

Efectul Mpemba în viața reală

Te-ai întrebat vreodată de ce iarna patinoarul este umplut cu apă caldă și nu rece? După cum ați înțeles deja, ei fac acest lucru deoarece un patinoar umplut cu apă fierbinte va îngheța mai repede decât dacă ar fi umplut cu apă rece. Din același motiv, toboganele din orașele de gheață de iarnă sunt turnate cu apă fierbinte.

Astfel, cunoașterea despre existența fenomenului permite oamenilor să economisească timp atunci când pregătesc site-uri pentru sporturile de iarnă.

În plus, efectul Mpemba este uneori folosit în industrie - pentru a reduce timpul de înghețare a produselor, substanțelor și materialelor care conțin apă.

Salutare dragi indragostiti fapte interesante. Astăzi 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 notoriu „bun simț”, și nu într-o experiență de testare strict stabilită. 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. LA Istoria recentă Acest efect a primit numele de „paradoxul Mpemba” – după numele unui școlar din Tanganyika, Erasto Mpemba, care i-a adresat aceeași întrebare unui profesor invitat de fizică.

Întrebarea băiatului a apărut nu de la zero, ci din observațiile pur personale ale procesului de răcire a amestecurilor de înghețată în bucătărie. Bineînțeles, colegii care au fost prezenți acolo, împreună cu profesorul școlii, au râs de Mpemba – totuși, după o verificare experimentală a profesorului D. Osborne personal, dorința de a-l face pe Erasto „s-a evaporat“. Mai mult, Mpemba, împreună cu profesorul, a publicat o descriere detaliată a acestui efect în 1969 în Educația fizică – iar de atunci denumirea de mai sus a fost fixată în literatura științifică.

Care este esența fenomenului?

Configurarea experimentului este destul de simplă: alte lucruri fiind egale, sunt testate vase identice cu pereți subțiri, în care există cantități strict egale de apă, care diferă doar în funcție de temperatură. Vasele sunt încărcate în frigider, după care se înregistrează timpul înainte de 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, a căror contribuție poate diferi de specific condiții inițiale- dar cu același rezultat:

• capacitatea unui lichid de a suprarăci - inițial apa rece este mai predispusă la hipotermie, 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 o scădere a transferului de căldură prin convecție și radiație

Există o serie de alte explicații (ultima dată când competiția pentru cea mai bună ipoteză a fost organizată recent de British Royal Society of Chemistry, în 2012) - dar încă nu există o teorie clară pentru toate cazurile de combinații de condiții de intrare ...

Ce apă îngheață mai repede, fierbinte sau rece, este influențată de mulți factori, dar întrebarea în sine pare puțin ciudată. Se presupune, și se știe din fizică, că apa fierbinte încă are nevoie de timp pentru a se răci la temperatura apei reci comparabile pentru a se transforma în gheață. această etapă poate fi sărită și, în consecință, ea câștigă în timp.

Dar răspunsul la întrebarea despre care apa îngheață mai repede - rece sau fierbinte - pe stradă în îngheț, știe orice locuitor al latitudinilor nordice. De fapt, din punct de vedere științific, se dovedește că, în orice caz, apa rece pur și simplu trebuie să înghețe mai repede.

La fel a făcut și profesorul de fizică, care a fost abordat de școlarul Erasto Mpemba în 1963 cu o cerere de a explica de ce amestecul rece de viitoare înghețată îngheață mai mult decât unul similar, dar fierbinte.

„Aceasta nu este fizica mondială, ci un fel de fizică Mpemba”

La acea vreme, profesorul râdea doar de asta, dar Deniss Osborne, profesor de fizică, care la un moment dat a mers la aceeași școală în care a studiat Erasto, a confirmat experimental existența unui astfel de efect, deși nu exista o explicație pentru acest lucru atunci. . În 1969, în popular jurnal stiintific a publicat un articol comun al acestor două persoane care a descris acest efect deosebit.

De atunci, apropo, întrebarea care apă îngheață mai repede - caldă sau rece, își are propriul nume - efectul sau paradoxul, Mpemba.

Întrebarea există de mult timp

Desigur, un astfel de fenomen a mai avut loc și a fost menționat în lucrările altor oameni de știință. Nu doar școlarul a fost interesat de această întrebare, ci și Rene Descartes și chiar Aristotel s-au gândit la ea la un moment dat.

Iată doar abordări pentru rezolvarea acestui paradox care au început să se uite abia la sfârșitul secolului al XX-lea.

Condiții pentru a se produce un paradox

Ca și în cazul înghețatei, nu este doar apa obișnuită care îngheață în timpul experimentului. Anumite condiții trebuie să fie prezente pentru a începe să argumentezi care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte. Ce influențează acest proces?

Acum, în secolul XXI, au fost propuse mai multe opțiuni care pot explica acest paradox. Ce apă îngheață mai repede, fierbinte sau rece, poate depinde de faptul că are o rată de evaporare mai mare decât apa rece. Astfel, volumul acestuia scade, iar odata cu scaderea volumului, timpul de congelare devine mai scurt decat daca luam un volum initial similar de apa rece.

Congelatorul a fost dezghețat de mult

Ce apă îngheață mai repede și de ce face acest lucru poate fi afectată de căptușeala de zăpadă care poate fi prezentă în congelatorul frigiderului folosit pentru experiment. Dacă luați două recipiente care au volum identic, dar unul dintre ele va avea apă caldă și celălalt apă rece, recipientul cu apă fierbinte va topi zăpada sub el, îmbunătățind astfel contactul nivelului termic cu peretele frigiderului. Un recipient cu apă rece nu poate face asta. Dacă nu există o astfel de căptușeală cu zăpadă în frigider, apa rece ar trebui să înghețe mai repede.

Sus jos

De asemenea, fenomenul căruia apa îngheață mai repede - caldă sau rece, se explică astfel. Urmând anumite legi, apa rece începe să înghețe din straturile superioare, când apa fierbinte o face invers - începe să înghețe de jos în sus. Se pare că apa rece, având deasupra un strat rece cu gheață deja formată în unele locuri, afectează astfel procesele de convecție și radiație termică, explicând astfel care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte. Este atașată o fotografie din experimentele de amatori și aici este vizibilă clar.

Căldura se stinge, tinzând în sus, și acolo întâlnește un strat foarte răcoros. Nu există o cale liberă pentru radiația de căldură, astfel încât procesul de răcire devine dificil. Apa caldă nu are absolut astfel de bariere în cale. Care îngheață mai repede - rece sau cald, de care depinde rezultatul probabil, puteți extinde răspunsul spunând că orice apă are anumite substanțe dizolvate în ea.

Impuritățile în compoziția apei ca factor care influențează rezultatul

Dacă nu înșelați și folosiți apă cu aceeași compoziție, unde concentrațiile anumitor substanțe sunt identice, atunci apa rece ar trebui să înghețe mai repede. Dar dacă apare o situație când dizolvarea elemente chimice disponibil numai în apă caldă, în timp ce apa rece nu le are, atunci există posibilitatea ca apa caldă să înghețe mai devreme. Acest lucru se explică prin faptul că substanțele dizolvate în apă creează centre de cristalizare, iar cu un număr mic din acești centri, transformarea apei în stare solidă este dificilă. Este posibilă chiar și suprarăcirea apei, în sensul că la temperaturi sub zero aceasta va fi în stare lichidă.

Dar toate aceste versiuni, aparent, nu s-au potrivit oamenilor de știință până la sfârșit și au continuat să lucreze la această problemă. În 2013, o echipă de cercetători din Singapore a spus că au rezolvat misterul vechi.

Un grup de oameni de știință chinezi susțin că secretul acestui efect constă în cantitatea de energie care este stocată între moleculele de apă din legăturile sale, numite legături de hidrogen.

Răspunsul de la oamenii de știință chinezi

Vor urma informații suplimentare, pentru înțelegerea cărora este necesar să aveți niște cunoștințe în chimie pentru a ne da seama care apă îngheață mai repede - caldă sau rece. După cum știți, este format din doi atomi de H (hidrogen) și un atom de O (oxigen) ținuți împreună prin legături covalente.

Dar atomii de hidrogen ai unei molecule sunt atrași și de moleculele vecine, de componenta lor de oxigen. Aceste legături se numesc legături de hidrogen.

În același timp, merită să ne amintim că, în același timp, moleculele de apă acționează respingător unele asupra altora. Oamenii de știință au observat că atunci când apa este încălzită, distanța dintre moleculele sale crește, iar acest lucru este facilitat de forțele de respingere. Se dovedește că ocupând o distanță între molecule în stare rece, se poate spune că acestea se întind și au o rezervă mai mare de energie. Această rezervă de energie este eliberată atunci când moleculele de apă încep să se apropie unele de altele, adică are loc răcirea. Se dovedește că o aprovizionare mai mare de energie în apă caldă și o eliberare mai mare a acesteia atunci când este răcită la temperaturi sub zero, are loc mai repede decât în ​​apa rece, care are o cantitate mai mică de astfel de energie. Deci care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte? Pe stradă și în laborator ar trebui să apară paradoxul Mpemba, iar apa fierbinte să se transforme mai repede în gheață.

Dar întrebarea este încă deschisă

Există doar o confirmare teoretică a acestui indiciu - toate acestea sunt scrise în formule frumoase și par plauzibile. Dar atunci când datele experimentale, care apa îngheață mai repede - caldă sau rece, vor fi puse în sens practic și rezultatele lor vor fi prezentate, atunci va fi posibil să se considere închisă problema paradoxului Mpemba.