Почему горячая вода замерзает быстрее чем холодная?

  • Почему горячая вода замерзает быстрее чем холодная?

А знали ли вы, что горячая вода быстрее замерзнет в морозилке? Если нет, то мы сейчас объясним почему так происходит.

Для подтверждения этого феномена, можно для примера рассмотреть трубы с горячей и холодной водой. На сильном морозе трубы с кипятком – замерзнут быстрее. Такое явление вы можете наблюдать каждую зиму.

А как насчет эксперимента дома?

Что бы провести эксперимент дома, вам не обязательно ждать зимы и морозов. 

Достаточно лишь вскипятить воду, залить ее в форму для льда и поставить в морозильную камеру. То же самое проделать и с холодной водой. Достаточно подождать всего час, открыть морозилку и убедиться, что кипяток замерз действительно быстрее, чем холодная вода.

Кто первооткрыватель? Парадокс Мпембы.

В далеком 1963 году, обычный школьник из Африки заметил, что, если подогреть мороженое и поставить в холодильник – замерзнет оно быстрее чем просто подтаявшее. С этим он обратился к своему школьному учителю, но ответа так и не получил. Зато профессор физики Деннис Осборн с радостью помог мальчику разобраться в этом феномене. На протяжении 6 лет школьник и профессор проводили эксперименты, и в 1969 году, их результаты опубликовали в журнале Physics Education.

Основные тезисы статьи.

Скорость охлаждения температуры зависит от температуры вверху поверхности. Поэтому скорость потери тепла элемента, у которого начальная температура была высокой, будет гораздо выше, чем у элемента с более прохладной температурой. Однако такое утверждение очень спорное, потому что перед тем, как замерзнуть, вода обязательно проходит промежуточные температуры, если брать во внимание что присутствует влияние температурного градиента, Осборн допускал что это утверждение можно упустить.  После публикации в журнале, исследование стали называть «эффект Мпембы» другие исследователи начали работу над экспериментом, чтобы в конце концов разобраться, почему горячая вода замерзает быстрее.

Скорость замерзания от исходной температуры воды. Рисунок.


Объяснение.

Представляете, пол столетия искали ответ на вопрос «Почему горячая вода застывает быстрее, чем холодная»? Да-да, именно 54 года проводились разные исследования. Даже королевское сообщество обещало премию в размере 1000 фунтов тому, кто докажет эффект Мпембы. Победил Никола Брегович, который учился в хорватском университете в 2013г, он просуммировал все описанные теории и каждую описал отдельно. Но все же совсем немного приблизился к правде.

В 2017г ученые США и Китая все же объяснило этот феномен водородными связями в кластерной структуре воды.

Рассмотрим основные теории, которые были выдвинуты.

Кто-то дума что вода испарялась.

Не которые ученые объяснили, что вода с высокой температурой испаряется намного быстрее, и как следствие замерзая в воздухе образует корку из льда. Во всех экспериментах массу воды обязательно взвешивали, но потеря веча была незначительна – 3%. То есть такое уменьшение массы воды не могло вызвать быстрое замораживание. 

А кто-то выдвинул теорию испарения газа.

Поскольку растворимость газа снижается с повышением температуры воды, многие ученые считали, что именно с этим связано быстрое замерзание теплой воды. Но Томас в своих экспериментах показал, что разница между температурой замерзания очень слабо отклоняется от 0. Ученый Ауэрбах вовсе доказал, что концентрация газов в воде – никак не влияет на переохлаждение воды.

Ну и наконец – водородные связи.

И наконец в 2017 году ученые сошлись во мнениях, и получили один ответ на вопрос, - Почему горячая вода замерзает быстрее? Все дело в водородных связях, они увеличиваются с повышением температур воды, и наличием крепко связанных кластеров. Все это образовывает гексагональный лед при резком охлаждении воды.


06.07.2020 12:28:26
0
1738

Комментарии:

Внимание: HTML символы запрещены!