Правда ли, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная?

Да, горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная. Однако это не всегда происходит, и наука точно не объяснила Почему это может случится.

Ключевые выводы: температура воды и скорость замерзания

Хотя Аристотель, Бэкон и Декарт все описывали горячую воду, которая замерзает быстрее, чем холодная вода, этому понятию в основном противодействовали до 1960-х годов, когда ученик средней школы по имени Мпемба заметил, что горячая смесь для мороженого, помещенная в морозильник, замерзнет до того, как смесь для мороженого, которая была охлаждена до комнатная температура перед помещением в морозильник. Мпемба повторил свой эксперимент с водой, а не со смесью мороженого, и обнаружил тот же результат: горячая вода замерзла быстрее, чем более холодная вода. Когда Мпемба попросил своего учителя физики объяснить наблюдения, учитель сказал Мпембе, что его данные должны быть ошибочными, потому что это было невозможно.

Мпемба задал тот же вопрос приглашенному профессору физики доктору Осборну. Этот профессор ответил, что он не знает, но он проверит эксперимент. Доктор Осборн попросил лаборанта выполнить тест Мпембы. Лабораторный техник сообщил, что он дублировал результат Мпембы: «Но мы будем продолжать повторять эксперимент, пока не получим правильный результат». (Um... Да... это было бы примером плохой науки.) Ну, данные были данными, поэтому, когда эксперимент был повторен, он продолжал давать тот же результат. В 1969 году Осборн и Мпемба опубликовали результаты своих исследований. Теперь явление, при котором горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная, иногда называют Эффект Мпемба.

Нет четкого объяснения того, почему горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная. В зависимости от условий в игру вступают разные механизмы. Основными факторами являются:

• выпаривание: Испаряется больше горячей воды, чем холодной, тем самым уменьшая количество воды, оставшейся для замерзания. Массовые измерения заставляет нас думать, что это важный фактор при охлаждении воды в открытых контейнерах, хотя это не тот механизм, который объясняет, как происходит эффект Мпемба в закрытых контейнерах.
• переохлаждение: Горячая вода имеет тенденцию испытывать меньше эффект переохлаждения чем холодная вода. Когда он переохлаждался, он может оставаться жидким до тех пор, пока не будет нарушен, даже значительно ниже его нормальной температуры замерзания. Вода, которая не переохлаждена, с большей вероятностью станет твердой, когда она достигнет температура замерзания воды.
• конвекцияВода развивает конвекционные потоки при охлаждении. Плотность воды обычно уменьшается при повышении температуры, поэтому емкость с охлаждающей водой обычно теплее сверху, чем снизу. Если мы предположим, что вода теряет большую часть тепла по всей своей поверхности (что может быть или не быть правдой, в зависимости от условия), тогда вода с более горячей верхней частью теряет свое тепло и замерзает быстрее, чем вода с более холодной верхней частью.
• Растворенные газы: Горячая вода имеет меньшую способность удерживать растворенные газы, чем холодная вода, что может повлиять на скорость ее замерзания.
• Влияние окружения: Разница между начальными температурами двух емкостей с водой может влиять на окружающую среду, что может влиять на скорость охлаждения. Одним из примеров может служить теплая вода, которая растапливает уже существующий слой инея, обеспечивая лучшую скорость охлаждения.

Не верь мне на слово! Если вы сомневаетесь, что горячая вода иногда замерзает быстрее, чем холодная, проверьте это сами. Имейте в виду, что эффект Мпембы не будет виден для всех экспериментальных условий, поэтому вам может потребоваться поэкспериментировать с размером пробы воды и охлаждающей воды (или попробуйте сделать мороженое в вашем морозильнике, если вы примете это как демонстрацию эффекта).

• Burridge, Henry C.; Линден, Пол Ф. (2016). «Опрос об эффекте Мпемба: горячая вода не охлаждается быстрее, чем холодная». Научные отчеты. 6: 37665. DOI:10,1038 / srep37665
• Тао, Юньвэнь; Зоу, Венли; Цзя, Junteng; Ли, Вэй; Кремер, Дитер (2017). «Различные способы связывания водорода в воде - почему теплая вода замерзает быстрее, чем холодная вода?». Журнал химической теории и вычислений. 13 (1): 55–76. DOI:10,1021 / acs.jctc.6b00735