În 1963, un școlar din Tanzania pe nume Erasto Mpemba și-a pus profesorul o întrebare stupidă - de ce înghețata caldă îngheață mai repede decât înghețata rece în congelatorul său?

Erasto Mpemba era elev la liceul Magambin din Tanzania, făcând lucrări practice de gătit. 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 lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după o anumită tehnologie.

A apelat la profesorul de fizică pentru lămuriri, dar a râs doar de student, spunând următoarele: „Aceasta nu este fizica lumii, ci fizica lui Mpemba”. După aceea, Mpemba a experimentat nu numai lapte, ci și apă plată.

În orice caz, fiind deja elev al Liceului Mkwawa, 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 Physics Education. De atunci, efectul descoperit de ei se numește efectul Mpemba.

Ești curios să știi de ce se întâmplă asta? Cu doar câțiva ani în urmă, oamenii de știință au reușit să explice acest fenomen...

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. 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 temperatura ambiantă trebuie 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 același efect, apa la 100°C se răcește cu 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35°C.

De atunci, au fost exprimate diferite versiuni, dintre care una a fost următoarea: o parte din apa fierbinte pur și simplu se evaporă la început, iar apoi, când rămâne o cantitate mai mică, apa se solidifică mai repede. Această versiune, datorită simplității sale, a devenit cea mai populară, dar oamenii de știință nu au fost complet mulțumiți.

Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore, condusă de chimistul Xi Zhang, spune că au rezolvat misterul vechi de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. După cum au descoperit experții chinezi, secretul constă în cantitatea de energie stocată în legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă.

După cum știți, moleculele de apă constau dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen ținuți împreună prin legături covalente, care la nivel de particule arată ca un schimb de electroni. Un alt fapt binecunoscut este că atomii de hidrogen sunt atrași de atomii de oxigen din moleculele vecine - se formează legături de hidrogen.

În același timp, moleculele de apă în ansamblu se resping reciproc. Oamenii de știință din Singapore au observat că, cu cât apa este mai caldă, cu atât distanța dintre moleculele lichidului este mai mare din cauza creșterii forțelor de respingere. Ca rezultat, legăturile de hidrogen sunt întinse și, prin urmare, stochează mai multă energie. Această energie este eliberată atunci când apa se răcește - moleculele se apropie unele de altele. Și întoarcerea energiei, după cum știți, înseamnă răcire.

Iată ipotezele prezentate de oamenii de știință:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i 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 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, din cauza evaporării, temperatura acestuia scade.

diferenta de temperatura

Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mare - prin urmare, transferul de căldură în acest caz este mai intens, iar apa caldă se răcește 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 reci care nu este suprarăcită, ceea ce se întâmplă este că pe suprafața acesteia se formează un strat subțire de gheață, care acționează ca un izolator între apă și aerul rece și previne astfel 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 răciți apa la 4°C și o plasați într-un mediu cu 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 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 rapid din cauza evaporării și a diferențelor mai mari de temperatură. 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 punctul de vedere al convecției, ar trebui 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 rece și caldă 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 clar 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 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 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 mod semnificativ de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodus.

Și iată cel mai probabil motiv.

După cum scriu chimiștii în articolul lor, care poate fi găsit pe site-ul arXiv.org preprint, legăturile de hidrogen sunt întinse mai puternic în apă caldă decât în ​​apă rece. Astfel, se dovedește că mai multă energie este stocată în legăturile de hidrogen ale apei fierbinți, ceea ce înseamnă că mai multă energie este eliberată atunci când este răcită la temperaturi sub zero. Din acest motiv, congelarea este mai rapidă.

Până în prezent, oamenii de știință au rezolvat această ghicitoare doar teoretic. Atunci când prezintă dovezi convingătoare ale versiunii lor, atunci întrebarea de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece poate fi considerată închisă.

Bună ziua, dragi iubitori de 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. În istoria recentă, numele „paradoxul Mpemba” a fost atașat în acest sens - după numele unui școlar din Tanganyika, Erasto Mpemba, care 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. Desigur, colegii de clasă care au fost prezenți acolo, împreună cu profesorul școlii, au râs de Mpemba – însă, 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 Educația fizică în 1969 - și 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 decurg împreună, a căror contribuție poate diferi de condițiile inițiale specifice - dar cu un rezultat uniform:

• 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 ...

Efectul Mpemba(Paradoxul lui Mpemba) 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.

Erasto Mpemba era elev la liceul Magambin din Tanzania, făcând lucrări practice de gătit. 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 Mkwawa, l-a întrebat pe profesorul Dennis Osborne de la University College din Dar es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină o prelegere despre fizică studenților) despre apă: „Dacă iei 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 puneți-le 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 temperatura ambiantă trebuie 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 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 încep 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 de apă calde 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.

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

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

1. Deoarece evaporarea în apa fierbinte este mai rapidă, volumul acesteia scade. O cantitate mai mică de apă la aceeași temperatură îngheață 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 cea caldă, începe de sus. În acest caz, convecția și radiația de căldură și, în consecință, pierderile de căldură se înrăutățesc.
4. În apa rece există centre de cristalizare - substanțe dizolvate în ea. Cu conținutul mic în apă, glazura este dificilă, deși în același timp este posibil să o suprarăciți - atunci când are o stare lichidă la temperaturi sub zero.

Deși în mod corect se poate spune că acest efect nu este întotdeauna observat. Apa rece îngheață adesea mai repede decât apa fierbinte.

La ce temperatură îngheață apa

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

Rolul nucleelor ​​de cristalizare poate fi îndeplinit și de bule de aer și fisuri într-un recipient care conține apă. Viteza procesului de transformare a apei în gheață este în mare măsură influențată de numărul de astfel de centre - dacă există multe dintre ele, lichidul îngheață mai repede. În condiții normale, la presiunea atmosferică normală, apa trece în stare solidă din lichid la o temperatură de 0 grade.

Esența efectului Mpemba

Efectul Mpemba este înțeles ca un paradox, a cărui esență este că, în anumite circumstanțe, apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Acest fenomen a fost observat de Aristotel și Descartes. Cu toate acestea, abia în 1963 Erasto Mpemba, un școlar din Tanzania, a stabilit că înghețata fierbinte îngheață într-un timp mai scurt decât înghețata rece. A făcut o astfel de concluzie în timp ce executa sarcina de a găti.

A trebuit să dizolve zahărul în laptele fiert și, după ce s-a răcit, să-l pună la frigider să se înghețe. Aparent, Mpemba nu s-a diferențiat prin diligență specială și a început să îndeplinească cu întârziere prima parte a sarcinii. 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 au făcut 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 cercetărilor lui Mpemba și a profesorului Dennis Osborn 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 de proprietăți ale apei răcite și ale apei calde, dar ce anume este necunoscut.

Versiunea Singapore

Fizicienii de la una dintre universitățile din Singapore au fost și ei 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 încă de la școală compoziția apei - un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Oxigenul într-o oarecare măsură atrage electroni din hidrogen, deci molecula este un anumit tip de „magnet”.

Ca 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 legătura covalentă. Cercetătorii din Singapore cred că explicația paradoxului Mpemba constă tocmai în legăturile de hidrogen. Dacă moleculele de apă sunt plasate foarte strâns, 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 revenirea excesului de energie și trecerea la cel mai scăzut nivel de energie. Acest lucru duce la faptul că apa fierbinte începe să se răcească rapid. Cel puțin, așa arată calculele teoretice efectuate de oamenii de știință din Singapore.

Înghețare instantanee a apei - 5 trucuri incredibile: video

Chimia a fost una dintre disciplinele mele preferate la școală. Odată, un profesor de chimie ne-a dat o sarcină foarte ciudată și dificilă. Ne-a dat o listă de întrebări la care trebuia să răspundem în materie de chimie. Ni s-au acordat câteva zile pentru această sarcină și ni s-a permis să folosim bibliotecile și alte surse de informații disponibile. Una dintre aceste întrebări se referea la punctul de îngheț al apei. Nu-mi amintesc exact cum suna întrebarea, dar era vorba despre faptul că dacă iei două găleți de lemn de aceeași dimensiune, una cu apă caldă, cealaltă cu apă rece (la exact temperatura specificată), și le așezi într-un mediu cu o anumită temperatură, pe care o vor îngheța mai repede? Desigur, răspunsul s-a sugerat imediat - o găleată cu apă rece, dar ni s-a părut prea simplu. Dar acest lucru nu a fost suficient pentru a da un răspuns complet, trebuia să-l dovedim din punct de vedere chimic. În ciuda tuturor gândirii și cercetărilor mele, nu am putut trage o concluzie logică. În această zi, chiar am decis să sar peste această lecție, așa că nu am găsit niciodată soluția acestei ghicitori.

Anii au trecut și am învățat o mulțime de mituri de zi cu zi despre punctul de fierbere și punctul de îngheț al apei, iar un mit spunea: „apa fierbinte îngheață mai repede”. M-am uitat pe multe site-uri, dar informațiile erau prea contradictorii. Iar acestea erau doar opinii, nefondate din punct de vedere al științei. Și am decis să-mi conduc propria experiență. Deoarece nu am găsit găleți de lemn, am folosit un congelator, plită, puțină apă și un termometru digital. Voi vorbi despre rezultatele experienței mele puțin mai târziu. În primul rând, voi împărtăși cu voi câteva argumente interesante despre apă:

Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Majoritatea experților spun că apa rece va îngheța mai repede decât apa fierbinte. Dar un fenomen amuzant (așa-numitul efect Memba), din motive necunoscute, demonstrează contrariul: apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Una dintre mai multe explicații este procesul de evaporare: dacă apă foarte fierbinte este plasată într-un mediu rece, atunci apa va începe să se evapore (cantitatea de apă rămasă va îngheța mai repede). Și conform legilor chimiei, acesta nu este deloc un mit și, cel mai probabil, asta a vrut profesorul să audă de la noi.

Apa fiartă îngheață mai repede decât apa de la robinet. În ciuda explicației anterioare, unii experți susțin că apa fiartă care s-a răcit la temperatura camerei ar trebui să înghețe mai repede, deoarece fierberea reduce cantitatea de oxigen.

Apa rece fierbe mai repede decât apa fierbinte. Dacă apa fierbinte îngheață mai repede, atunci apa rece poate fierbe mai repede! Acest lucru este contrar bunului simț și oamenii de știință susțin că acest lucru pur și simplu nu poate fi. Apa fierbinte de la robinet ar trebui de fapt să fiarbă mai repede decât apa rece. Dar folosind apă fierbinte la fiert, nu economisiți energie. Este posibil să folosiți mai puțin gaz sau electricitate, dar încălzitorul de apă va folosi aceeași cantitate de energie necesară pentru a încălzi apa rece. (Puterea solară este puțin diferită.) Ca urmare a încălzirii apei cu un încălzitor de apă, se pot forma sedimente, astfel încât apa va dura mai mult să se încălzească.

Dacă adăugați sare în apă, aceasta va fierbe mai repede. Sarea crește punctul de fierbere (și, prin urmare, scade punctul de îngheț - motiv pentru care unele gospodine adaugă puțină sare gemă la înghețată). Dar, în acest caz, ne interesează o altă întrebare: cât timp va fierbe apa și dacă punctul de fierbere în acest caz poate crește peste 100 ° C). În ciuda a ceea ce spun cărțile de bucate, oamenii de știință spun că cantitatea de sare pe care o adăugăm în apa clocotită nu este suficientă pentru a afecta timpul sau temperatura fierberii.

Dar iată ce am primit:

Apă rece: am folosit trei pahare de sticlă de 100 ml de apă purificată: una la temperatura camerei (72°F/22°C), una apă fierbinte (115°F/46°C) și una fiartă (212°F/100°C). C). Am pus toate cele trei pahare la congelator la -18°C. Și din moment ce știam că apa nu se va transforma imediat în gheață, am determinat gradul de îngheț de către „flotatorul de lemn”. Cand batul, pus in centrul paharului, nu a mai atins baza, am crezut ca apa a inghetat. Am verificat ochelarii la fiecare cinci minute. Și care sunt rezultatele mele? Apa din primul pahar a înghețat după 50 de minute. Apa fierbinte a înghețat după 80 de minute. Fiert - după 95 de minute. Concluziile mele: Având în vedere condițiile din congelator și apa pe care am folosit-o, nu am reușit să reproduc efectul Memba.

Am încercat și acest experiment cu apă fiartă anterior răcită la temperatura camerei. A înghețat în 60 de minute - încă a durat mai mult decât apa rece pentru a îngheța.

Apa fiarta: am luat un litru de apa la temperatura camerei si am dat pe foc. A fiert în 6 minute. Apoi am racit din nou la temperatura camerei si am adaugat-o la cea fierbinte. Cu acelasi foc, apa fierbinte a fiert in 4 ore si 30 de minute. Concluzie: așa cum era de așteptat, apa fierbinte fierbe mult mai repede.

Apa fiarta (cu sare): am adaugat 2 linguri mari de sare de masa la 1 litru de apa. A fiert în 6 minute 33 de secunde, iar după cum a arătat termometrul a ajuns la o temperatură de 102°C. Fără îndoială, sarea afectează punctul de fierbere, dar nu foarte mult. Concluzie: sarea în apă nu afectează foarte mult temperatura și timpul de fierbere. Recunosc sincer că bucătăria mea este greu de numit laborator și poate că concluziile mele sunt contrare realității. Congelatorul meu poate îngheța alimentele în mod neuniform. Ochelarii mei de sticlă ar putea fi neregulați etc. Dar orice s-ar întâmpla în laborator, când vine vorba de înghețarea sau fierberea apei în bucătărie, cel mai important este bunul simț.

link cu fapte interesante despre apă, totul despre apă
așa cum se sugerează pe forumul forum.ixbt.com, acest efect (efectul de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece) se numește „efectul Aristotel-Mpemba”

Acestea. apa fiartă (răcită) îngheață mai repede decât „crudă”