Vai taisnība, ka karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts?

Jā, karsts ūdens var sasalst ātrāk nekā auksts ūdens. Tomēr ne vienmēr tas notiek, un arī zinātne nav precīzi paskaidrojusi kāpēc tas var notikt.

Galvenās noņemamās preces: ūdens temperatūra un sasalšanas ātrums

Lai gan Aristotelis, Bekons un Dekarts aprakstīja karstā ūdens sasalšanu ātrāk nekā auksts ūdens, šī ideja lielākoties bija pretojusies līdz 1960. gadiem, kad vidusskolas skolēns vārdā Mpemba pamanīja, ka karstā saldējuma maisījums, ievietojot saldētavā, sasalst pirms saldējuma maisījuma, kas bija atdzesēts līdz telpas temperatūra pirms ievietošanas saldētavā. Mpemba atkārtoja savu eksperimentu ar ūdeni, nevis saldējuma maisījumu, un atklāja to pašu rezultātu: karstais ūdens sasalda ātrāk nekā vēsāks ūdens. Kad Mpemba lūdza savam fizikas skolotājam izskaidrot novērojumus, skolotājs sacīja Mpembai, ka viņa datiem ir jābūt kļūdainiem, jo ​​šī parādība nebija iespējama.

Mpemba uzdeva viesfizikas profesoram Dr. Osbornam to pašu jautājumu. Šis profesors atbildēja, ka nezina, bet viņš pārbaudīs eksperimentu. Dr Osbornam bija laboratorijas tehnika, kas veica Mpemba pārbaudi. Laboratorija ziņoja, ka viņš dublēja Mpemba rezultātu: "Bet mēs turpināsim atkārtot eksperimentu, līdz iegūsim pareizo rezultātu." (Um... jā... tas būtu sliktas zinātnes piemērs.) Nu, dati bija dati, tāpēc, atkārtojot eksperimentu, tas turpināja dot tādu pašu rezultātu. 1969. gadā Osborns un Mpemba publicēja savu pētījumu rezultātus. Tagad parādību, kurā karsts ūdens var sasalst ātrāk nekā auksts ūdens, dažreiz sauc par Mpemba efekts.

Nav precīzi izskaidrots, kāpēc karstais ūdens var sasalst ātrāk nekā auksts ūdens. Atkarībā no apstākļiem tiek izmantoti dažādi mehānismi. Galvenie faktori, šķiet, ir:

• Iztvaikošana: Iztvaiko vairāk karsta ūdens nekā auksts ūdens, tādējādi samazinot saldējamā ūdens daudzumu. Masas mērījumi liek mums uzskatīt, ka tas ir svarīgs faktors, atdzesējot ūdeni atvērtos traukos, lai gan tas nav mehānisms, kas izskaidro, kā Mpemba efekts notiek slēgtos traukos.
• Pārdzesēšana: Karstu ūdeni mēdz piedzīvot mazāk superdzesēšanas efekts nekā auksts ūdens. Kad bija superdzeses, tas var palikt šķidrums, līdz tas tiek traucēts, pat krietni zem normālas sasalšanas temperatūras. Ūdens, kas nav atdzesēts, biežāk kļūst ciets, sasniedzot ūdens sasalšanas temperatūra.
• Konvekcija: Ūdens attīsta konvekcijas straumes, jo tas atdziest. Ūdens blīvums parasti samazinās, palielinoties temperatūrai, tāpēc dzesēšanas ūdens trauks parasti ir siltāks augšpusē nekā apakšā. Ja pieņemsim, ka ūdens pa visu virsmu zaudē lielāko daļu siltuma (kas var būt vai nebūt taisnība, atkarībā no apstākļos), tad ūdens ar karstāku virsu zaudētu siltumu un sasaltu ātrāk nekā ūdens ar vēsāku virsu.
• Izšķīdinātas gāzes: Karstajam ūdenim ir mazāk spēju turēt izšķīdušas gāzes nekā aukstam ūdenim, kas var ietekmēt tā sasalšanas ātrumu.
• Apkārtnes ietekme: Divu ūdens trauku sākotnējās temperatūras starpībai var būt ietekme uz apkārtni, kas var ietekmēt atdzišanas ātrumu. Viens piemērs varētu būt silts ūdens, kas izkausē jau esošu sala slāni, ļaujot sasniegt labāku dzesēšanas ātrumu.

Tagad neņemiet to vērā! Ja jums ir šaubas, vai karstais ūdens dažreiz sasalst ātrāk nekā auksts ūdens, pārbaudiet to pats. Ņemiet vērā, ka Mpemba efekts nebūs redzams visos eksperimenta apstākļos, tāpēc jums, iespējams, būs jāspēlē ar ūdens parauga lielumu un dzesēšanas ūdeni (vai mēģiniet pagatavot saldējumu saldētavā, ja jūs to akceptēsit kā efekta demonstrāciju).

• Burridge, Henry C.; Lindens, Pols F. (2016). "Apšaubot Mpemba efektu: karstais ūdens neatdziest ātrāk nekā auksts". Zinātniskie ziņojumi. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Juvenens; Zū, Venli; Jia, Junteng; Li, Vei; Kremers, Dīters (2017). "Dažādi ūdeņraža piesaistīšanas veidi ūdenī - kāpēc siltais ūdens sasalst ātrāk nekā aukstais ūdens?". Ķīmiskās teorijas un skaitļošanas žurnāls. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735