Горячая вода замерзает…

Горячая вода замерзает быстрее

То, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная писали еще в Древней Греции. Но сейчас этот чудесный эффект, носит название эффект Мпембы, или парадокс Мпембы. По имени африканского школьника, который в двадцатом веке заметил этот эффект.

И не просто заметил, но еще и был достаточно упрямым и настойчивым, чтобы не только донимать школьного учителя физики, но и обратиться к британскому профессору физики и поставить научный эксперимент, доказавший правоту школьника.

Суть эксперимента. Две одинаковые пробирки с одинаковым объемом воды были поставлены в холодильник.  Температура одной была 25 градусов, а второй — 90 градусов по Цельсию.

В результате, вода в пробирке с холодной водой лед появился позже, чем в пробирке с горячей. То есть горячая вода действительно замерзла раньше.

Почему вода замерзает

Как известно, вода замерзает при температуре 0 градусов по Цельсию или 32 градуса по Фаренгейту. Замерзает, означает что жидкая вода превращается в лед.

То есть вода осуществляет переход от жидкого состояния в твердое. Происходит кристаллизация.

Важно заметить, что льдом вода становиться не всегда при нуле, иногда она может замерзнуть раньше, а иногда позже. Ноль градусов был выбран в качестве точки отсчета для чистой (или почти чистой) пресной воды. Если в воде есть примеси, правило с нулем уже не работает.

Например, соленая морская вода замерзает при температуре -1,8 градуса, в среднем. А дистиллированная (то есть очищенная от примесей) вода может не замерзать замерзает до температуры -70 градусов Цельсия. Правда речь здесь идет о рекорде, а не о нормальном поведении воды.

Если в оде будут какие-то примеси, они могут создать «центры кристаллизации» и лед образуется раньше, чем температура опуститься до нуля.

Правда ли что горячая вода замерзает быстрее чем холодная?

Простыми словами обьяснить это сложно.

Есть сразу вариантов объяснений парадокса Мпепбы. Но нет ни одного общепринятого. Иначе этот эффект не был бы парадоксом.

Суть парадокса в том, что воде при температуре 25 градусов чтобы замерзнуть нужно остыть до нуля. А горячей воде, сначала остыть до 25 градусов, а уже потом до нуля. Если горячая вода замерзает быстрее, значит процес остывания о 90 до нуля должен протекать быстрее чем от 25 до нуля. Как такое может быть?

График одного из экспериментов. Горячая вода пересекла ось с температурой 0 градусов раньше

Вариант 0

Эксперимент был поставлен некоректно. Была допущена ошибка, которая повлияла на результаты.

Вот только эксперимент настолько простой, что кто угодно может его повторить и опровергнуть результаты, но пока этого не произошло. С другой стороны, задача сформулирована не достаточно точно. Например непонятно, что считать «замерзанием воды»: образования льда или охлаждение до нуля? И что считать замерзанием, появление льда на поверхности или полное промерзание всего объема?

Вариант 1

Горячая вода испаряется очень быстро и таким образом теряет энергию быстрее, чем холодная да еще и уменьшается в объеме. Хорошее объяснение, но если в эксперименте применить закрытые емкости с водой, ситуация не измениться, значит испарение тут не при чем.

Вариант 2

При нагревании горячая вода «потеряла» большинство растворенных в ней газов, а значит, ее физические свойства отличаться от холодной, поэтому процесс охлаждения идет быстрее.

Вариант 3

Холодная вода не замерзает, то есть не превращается в лед. На самом деле происходит переохлаждение воды, при котором ее температура опускается ниже нуля, но кристаллизации не происходит.

В описании эффекта Мпембы идет речь именно об образовании льда, а не о температуре как таковой.

Вариант 4

У горячей воды водородные связи были ослаблены при нагревании. Молекулы воды изначально занимают такие позиции из которых кристаллизоваться проще (менше затраты энергии).

Они как бы уже находятся в таких геометрических позициях (шестиугольник) относительно друг-друга из которых создать кристалл проще.

А в случае с холодной водой еще нужно потратить энергию на разрыв этих водородных связей, а уж потом выстроить кристаллическую решетку.

Это не весь список возможных объяснений парадокса. В 2012 году королевское физическое общество провело конкурс на который было прислано более 22 тысяч статей с объяснением эффекта.

Тем не менее пока еще точно никто не знает почему горячая вода заерзает быстрее чем холодная. Некоторые ученные даже сомневаются, что эффект действительно есть, а эксперимент можно поставить правильно.

Зато каждый может проверить как зимой горячая вода мгновенно превращается в снег, если ее резко выплеснуть в морозную погоду. Горячая вода на морозе замерзает быстрее. Фото получаються красивые.