Ναι, το ζεστό νερό μπορεί να παγώσει πιο γρήγορα από το κρύο νερό. Ωστόσο, δεν συμβαίνει πάντα, ούτε εξήγησε η επιστήμη με ακρίβεια Γιατί μπορεί να συμβεί.
Λειτουργίες λήψης κλειδιών: Θερμοκρασία νερού και ταχύτητα κατάψυξης
- Μερικές φορές το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο νερό. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Mpemba μετά τον φοιτητή που την έχει παρατηρήσει.
- Παράγοντες που μπορούν να προκαλέσουν την ταχύτερη κατάψυξη του ζεστού νερού περιλαμβάνουν ψύξη με εξάτμιση, λιγότερες πιθανότητες υπερψύξης, χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένων αερίων και κυκλοφορία.
- Το εάν ζεστό ή κρύο νερό παγώνει πιο γρήγορα εξαρτάται από τις συγκεκριμένες συνθήκες.
Η επίδραση Mpemba
Παρόλο που ο Αριστοτέλης, ο Μπέικον και ο Descartes περιέγραψαν όλοι το ζεστό νερό που παγώνει γρηγορότερα από το κρύο νερό, η αντίληψη αντιστάθηκε ως επί το πλείστον μέχρι τη δεκαετία του 1960, μαθητής γυμνασίου που ονομάζεται Mpemba παρατήρησε ότι το μίγμα ζεστού παγωτού, όταν τοποθετηθεί στον καταψύκτη, θα παγώσει πριν το μίγμα παγωτού που είχε κρυώσει
θερμοκρασία δωματίου πριν τοποθετηθούν στην κατάψυξη. Ο Mpemba επανέλαβε το πείραμά του με νερό και όχι μείγμα παγωτού και βρήκε το ίδιο αποτέλεσμα: το ζεστό νερό πάγωσε πιο γρήγορα από το ψυχρότερο νερό. Όταν ο Mpemba ζήτησε από τον καθηγητή φυσικής του να εξηγήσει τις παρατηρήσεις, ο δάσκαλος είπε στον Mpemba ότι τα δεδομένα του πρέπει να είναι λάθος, επειδή το φαινόμενο ήταν αδύνατο.Ο Mpemba ζήτησε από τον επισκέπτη καθηγητή φυσικής, Δρ Osborne, την ίδια ερώτηση. Αυτός ο καθηγητής απάντησε ότι δεν ήξερε, αλλά θα δοκιμάσει το πείραμα. Ο Δρ Osborne είχε εργαστήριο τεχνολογίας να εκτελέσει τη δοκιμή του Mpemba. Ο εργαστηριακός τεχνικός ανέφερε ότι είχε αντιγράψει το αποτέλεσμα της Mpemba: "Αλλά θα συνεχίσουμε να επαναλαμβάνουμε το πείραμα μέχρι να πάρουμε το σωστό αποτέλεσμα". (Um... ναι... αυτό θα ήταν ένα παράδειγμα κακής επιστήμης.) Λοιπόν, τα δεδομένα ήταν τα δεδομένα, οπότε όταν το πείραμα επαναλήφθηκε, συνέχισε να αποφέρει το ίδιο αποτέλεσμα. Το 1969 οι Osborne και Mpemba δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνάς τους. Τώρα το φαινόμενο στο οποίο το ζεστό νερό μπορεί να παγώσει γρηγορότερα από το κρύο νερό καλείται μερικές φορές το Mpemba Effect.
Γιατί το ζεστό νερό μερικές φορές παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο νερό
Δεν υπάρχει οριστική εξήγηση για το γιατί το ζεστό νερό μπορεί να παγώσει πιο γρήγορα από το κρύο νερό. Διαφορετικοί μηχανισμοί μπαίνουν στο παιχνίδι, ανάλογα με τις συνθήκες. Οι κύριοι παράγοντες φαίνεται να είναι:
- Εξάτμιση: Περισσότερο ζεστό νερό θα εξατμιστεί από το κρύο νερό, μειώνοντας έτσι την ποσότητα νερού που απομένει να καταψυχθεί. Μετρήσεις μάζας μας οδηγούν να πιστεύουμε ότι αυτό είναι ένας σημαντικός παράγοντας όταν ψύχεται το νερό σε ανοικτά δοχεία, αν και δεν είναι ο μηχανισμός που εξηγεί πώς το φαινόμενο Mpemba εμφανίζεται σε κλειστά δοχεία.
- Υπέρψυξη: Το ζεστό νερό τείνει να βιώνει λιγότερο από ένα επίδραση υπερψύξης από το κρύο νερό. Όταν ήταν supercools, μπορεί να παραμείνει ένα υγρό μέχρι να διαταραχθεί, ακόμη και πολύ κάτω από την κανονική θερμοκρασία κατάψυξης. Νερό που δεν υπερψύχεται είναι πιο πιθανό να γίνει στερεό όταν φτάσει σημείο ψύξης του νερού.
- Μεταγωγή: Το νερό αναπτύσσει ρεύματα μεταφοράς λόγω ψύξης. Πυκνότητα νερού συνήθως μειώνεται καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οπότε ένα δοχείο νερού ψύξης τυπικά είναι θερμότερο πάνω από το κάτω μέρος. Εάν υποθέσουμε ότι το νερό χάνει το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας στην επιφάνεια του (κάτι που μπορεί ή δεν μπορεί να είναι αληθινό, ανάλογα με το συνθήκες), τότε το νερό με μια θερμότερη κορυφή θα έχανε τη θερμότητά του και θα παγώσει γρηγορότερα από το νερό με μια πιο δροσερή κορυφή.
- Διαλυμένα αέρια: Το ζεστό νερό έχει λιγότερη χωρητικότητα για τη συγκράτηση διαλυμένων αερίων από το κρύο νερό, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει το ποσοστό ψύξης του.
- Επίδραση των περιβαλλόντων: Η διαφορά μεταξύ των αρχικών θερμοκρασιών δύο δοχείων νερού μπορεί να έχει επίδραση στο περιβάλλον που θα μπορούσε να επηρεάσει τον ρυθμό ψύξης. Ένα παράδειγμα θα ήταν το ζεστό νερό να λιώνει ένα προϋπάρχον στρώμα παγετού, επιτρέποντας ένα καλύτερο ρυθμό ψύξης.
Δοκιμάστε τον εαυτό σας
Τώρα, μην πάρετε τη λέξη μου για αυτό! Εάν αμφιβάλλετε ότι το ζεστό νερό παγώνει μερικές φορές πιο γρήγορα από το κρύο νερό, δοκιμάστε το μόνοι σας. Λάβετε υπόψη ότι το φαινόμενο Mpemba δεν θα εμφανιστεί για όλες τις πειραματικές συνθήκες, επομένως ίσως χρειαστεί να παίξετε γύρω από το μέγεθος του δείγματος νερού και του νερού ψύξης (ή Δοκιμάστε να κάνετε παγωτό στην κατάψυξή σας, εάν το αποδεχτείτε ως επίδειξη του αποτελέσματος).
Πηγές
- Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Ερώτηση για το εφέ Mpemba: Το ζεστό νερό δεν κρυώνει πιο γρήγορα από το κρύο". Επιστημονικές εκθέσεις. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
- Tao, Yunwen. Zou, Wenli. Jia, Junteng; Li, Wei. Cremer, Dieter (2017). "Διαφορετικοί τρόποι δέσμευσης υδρογόνου στο νερό - γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο νερό;". Εφημερίδα της Χημικής Θεωρίας και Υπολογισμών. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735