Чому гаряча вода замерзає швидше за холодну?

  •  Чому гаряча вода замерзає швидше за холодну?

А чи знали ви, що гаряча вода замерзне в морозилці? Якщо ні, то зараз пояснимо чому так відбувається.

Для підтвердження цього феномена, можна для прикладу розглянути труби з гарячою та холодною водою. На сильному морозі труби з окропом замерзнуть швидше. Таке явище ви можете спостерігати кожну зиму.

А як щодо експерименту вдома?

Щоб провести експеримент вдома, вам не обов'язково чекати зими та морозів.

Достатньо лише закип'ятити воду, залити її у форму для льоду та поставити в морозильну камеру. Те саме зробити і з холодною водою. Достатньо почекати всього годину, відкрити морозилку і переконатися, що окріп замерз справді швидше, ніж холодна вода.

Хто першовідкривач? Парадокс Мпемби.

У далекому 1963 році, звичайний школяр з Африки помітив, що, якщо підігріти морозиво і поставити в холодильник - замерзне воно швидше, ніж просто підтанути. Із цим він звернувся до свого шкільного вчителя, але відповіді так і не отримав. Натомість професор фізики Денніс Осборн з радістю допоміг хлопцеві розібратися у цьому феномені. Протягом 6 років школяр та професор проводили експерименти, і в 1969 році їх результати опублікували в журналі Physics Education.

Основні тези статті.

Швидкість охолодження температури залежить від температури зверху поверхні. Тому швидкість втрати тепла елемента, у якого початкова температура була високою, буде набагато вищою, ніж у елемента з більш прохолодною температурою. Однак таке твердження дуже спірне, тому що перед тим, як замерзнути, вода обов'язково проходить проміжні температури, якщо брати до уваги, що є вплив температурного градієнта, Осборн припускав, що це твердження можна упустити. Після публікації в журналі дослідження стали називати «ефект Мпемби» інші дослідники почали роботу над експериментом, щоб зрештою розібратися, чому гаряча вода замерзає швидше.


Швидкість замерзання від вихідної температури води. Малюнок.




Пояснення.

Уявляєте, півстоліття шукали відповідь на запитання «Чому гаряча вода застигає швидше за холодну»? Так-так, саме 54 роки проводилися різні дослідження. Навіть королівська спільнота обіцяла премію у розмірі 1000 фунтів тому, хто доведе ефект Мпемби. Переміг Нікола Брегович, який навчався у хорватському університеті у 2013 році, він підсумував усі описані теорії та кожну описав окремо. Але все-таки зовсім трохи наблизився до правди.

У 2017 р. вчені США та Китаю все ж таки пояснили цей феномен водневими зв'язками в кластерній структурі води.

Розглянемо основні теорії, які висунули.


Хтось думає, що вода випаровувалась.
Деякі вчені пояснили, що вода з високою температурою випаровується набагато швидше, і як наслідок замерзаючи в повітрі утворює кірку з льоду. У всіх експериментах масу води обов'язково зважували, але втрата віча була незначною – 3%. Тобто, таке зменшення маси води не могло викликати швидке заморожування.

А хтось висунув теорію випаровування газу.

Оскільки розчинність газу знижується з підвищенням температури води, багато вчених вважали, що саме з цим пов'язане швидке замерзання теплої води. Але Томас у своїх експериментах показав, що різниця між температурою замерзання дуже слабко відхиляється від 0. Вчений Ауербах зовсім довів, що концентрація газів у воді ніяк не впливає на переохолодження води.

Ну і нарешті водневі зв'язки.

І нарешті в 2017 році вчені зійшлися в думках, і отримали одну відповідь на запитання: - Чому гаряча вода замерзає швидше? Вся справа у водневих зв'язках, вони збільшуються з підвищенням температур води та наявністю міцно пов'язаних кластерів. Все це утворює гексагональний кригу при різкому охолодженні води.
06.07.2020 12:28:26
0
12374

Коментарі:

Увага: HTML символи заборонені!