Varmt vann fryser raskere enn kaldt vann. Varmt og kaldt vann: hemmelighetene til frysing

21.11.2017 11.10.2018 Alexander Firtsev

« Hvilket vann fryser raskere, kaldt eller varmt?"- prøv å stille vennene dine et spørsmål, mest sannsynlig vil de fleste av dem svare at det fryser raskere kaldt vann- og de vil gjøre en feil.

Faktisk, hvis du samtidig legger to kar med samme form og volum i fryseren, hvorav den ene inneholder kaldt vann og den andre varm, vil den fryse raskere varmt vann.

En slik uttalelse kan virke absurd og urimelig. Hvis du følger logikken, må varmt vann først kjøles ned til temperaturen til kaldt vann, og kaldt vann bør allerede bli til is på dette tidspunktet.

Så hvorfor slår varmt vann kaldt vann på vei til å fryse? La oss prøve å finne ut av det.

Observasjons- og forskningshistorie

Folk har observert den paradoksale effekten siden antikken, men ingen ga den spesiell betydning. Således bemerket Arestoteles, så vel som Rene Descartes og Francis Bacon, i sine notater inkonsekvensene i hastigheten på frysing av kaldt og varmt vann. Uvanlig fenomen ofte manifestert seg i hverdagen.

I lang tid ble fenomenet ikke studert på noen måte og vekket ikke mye interesse blant forskere.

Studiet av denne uvanlige effekten begynte i 1963, da en nysgjerrig skolegutt fra Tanzania, Erasto Mpemba, la merke til at varm melk til is frøs raskere enn kald melk. I håp om å få en forklaring på årsakene til den uvanlige effekten, spurte den unge mannen sin fysiklærer på skolen. Men læreren lo bare av ham.

Senere gjentok Mpemba eksperimentet, men i eksperimentet sitt brukte han ikke lenger melk, men vann, og den paradoksale effekten ble gjentatt igjen.

6 år senere, i 1969, stilte Mpemba dette spørsmålet til fysikkprofessor Dennis Osborn, som kom til skolen hans. Professoren var interessert i den unge mannens observasjon, og som et resultat ble det utført et eksperiment som bekreftet tilstedeværelsen av effekten, men årsakene til dette fenomenet ble ikke etablert.

Siden den gang har fenomenet blitt kalt Mpemba-effekt.

Gjennom historien til vitenskapelige observasjoner har det blitt fremsatt mange hypoteser om årsakene til fenomenet.

Så i 2012 ville British Royal Society of Chemistry kunngjøre en konkurranse med hypoteser som forklarer Mpemba-effekten. Forskere fra hele verden deltok i konkurransen, totalt 22 000 var påmeldt vitenskapelige arbeider. Til tross for et så imponerende antall artikler, brakte ingen av dem klarhet i Mpemba-paradokset.

Den vanligste versjonen var ifølge hvilken varmtvann fryser raskere, siden det ganske enkelt fordamper raskere, volumet blir mindre, og når volumet reduseres, øker kjølehastigheten. Den vanligste versjonen ble til slutt tilbakevist fordi det ble utført et eksperiment der fordampning ble utelukket, men effekten ble likevel bekreftet.

Andre forskere mente at årsaken til Mpemba-effekten var fordampning av gasser oppløst i vann. Etter deres mening, under oppvarmingsprosessen, fordamper gasser oppløst i vann, på grunn av hvilket det får en høyere tetthet enn kaldt vann. Som kjent fører en økning i tetthet til en endring fysiske egenskaper vann (økt termisk ledningsevne), og derfor en økning i kjølehastigheten.

I tillegg er det fremsatt en rekke hypoteser som beskriver hastigheten på vannsirkulasjonen avhengig av temperatur. Mange studier har forsøkt å etablere forholdet mellom materialet i beholderne der væsken var plassert. Mange teorier virket veldig plausible, men de kunne ikke bekreftes vitenskapelig på grunn av mangel på innledende data, motsetninger i andre eksperimenter, eller fordi de identifiserte faktorene rett og slett ikke var sammenlignbare med avkjølingshastigheten til vann. Noen forskere i sine arbeider stilte spørsmål ved eksistensen av effekten.

I 2013 hevdet forskere ved Nanyang Technological University i Singapore å ha løst mysteriet med Mpemba-effekten. I følge deres forskning ligger årsaken til fenomenet i det faktum at mengden energi som er lagret i hydrogenbindinger Det er en betydelig forskjell mellom kaldt- og varmtvannsmolekyler.

Datamodelleringsmetoder viste følgende resultater: Jo høyere vanntemperatur, jo større avstand mellom molekylene på grunn av at frastøtende krefter øker. Og derfor strekker hydrogenbindingene til molekyler seg, lagrer stor kvantitet energi. Når de er avkjølt, begynner molekylene å bevege seg nærmere hverandre, og frigjør energi fra hydrogenbindinger. I dette tilfellet er frigjøringen av energi ledsaget av en reduksjon i temperaturen.

I oktober 2017 fant spanske fysikere, i løpet av en annen studie, at en stor rolle i dannelsen av effekten spilles av fjerning av et stoff fra likevekt (sterk oppvarming før sterk avkjøling). De bestemte forholdene under hvilke sannsynligheten for at effekten oppstår er maksimal. I tillegg bekreftet forskere fra Spania eksistensen av den omvendte Mpemba-effekten. De fant at når den varmes opp, kan en kaldere prøve nå en høy temperatur raskere enn en varmere.

Til tross for omfattende informasjon og mange eksperimenter, har forskerne til hensikt å fortsette å studere effekten.

Mpemba-effekt i det virkelige liv

Har du noen gang lurt på hvorfor vintertid skøytebanen oversvømmes varmt vann, og ikke kaldt? Som du allerede forstår, gjør de dette fordi en skøytebane fylt med varmt vann vil fryse raskere enn om den var fylt med kaldt vann. Av samme grunn helles varmt vann i skliene i vinterisbyer.

Dermed kan kunnskap om fenomenets eksistens folk spare tid når de forbereder nettsteder for vinterarter sport

I tillegg brukes Mpemba-effekten noen ganger i industrien for å redusere frysetiden for produkter, stoffer og materialer som inneholder vann.

Mange forskere har fremmet og legger frem sine egne versjoner av hvorfor varmt vann fryser raskere enn kaldt vann. Det virker som et paradoks - tross alt, for å fryse, må varmt vann først avkjøles. Faktumet forblir imidlertid et faktum, og forskere forklarer det på forskjellige måter.

Hovedversjoner

På dette øyeblikket Det er flere versjoner som forklarer dette faktum:

Fordi varmt vann fordamper raskere, reduseres volumet. Og frysing av en mindre mengde vann ved samme temperatur skjer raskere.
Frysedelen i kjøleskapet har snøfôr. En beholder med varmt vann smelter snøen under. Dette forbedrer termisk kontakt med fryseren.
Frysing av kaldt vann, i motsetning til varmt vann, begynner på toppen. Samtidig forverres konveksjon og varmestråling, og følgelig varmetapet.
Kaldt vann inneholder krystalliseringssentre - stoffer oppløst i det. Hvis innholdet i vann er lite, er ising vanskelig, men samtidig er superkjøling mulig - når den har en flytende tilstand ved minusgrader.

Selv om vi i rettferdighet kan si at denne effekten ikke alltid observeres. Svært ofte fryser kaldt vann raskere enn varmt vann.

Ved hvilken temperatur fryser vann

Hvorfor fryser vann i det hele tatt? Den inneholder en viss mengde mineralske eller organiske partikler. Dette kan for eksempel være veldig fine partikler sand, støv eller leire. Når lufttemperaturen synker, er disse partiklene sentrene rundt som iskrystaller dannes.

Rollen som krystalliseringskjerner kan også spilles av luftbobler og sprekker i beholderen som inneholder vann. Hastigheten på prosessen med å gjøre vann til is påvirkes i stor grad av antall slike sentre - hvis det er mange av dem, fryser væsken raskere. Under normale forhold, med normal atmosfærisk trykk, blir vann til en fast tilstand fra en flytende tilstand ved en temperatur på 0 grader.

Essensen av Mpemba-effekten

Mpemba-effekten er et paradoks, hvis essens er at under visse omstendigheter fryser varmt vann raskere enn kaldt vann. Dette fenomenet ble lagt merke til av Aristoteles og Descartes. Det var imidlertid ikke før i 1963 at den tanzaniske skolegutten Erasto Mpemba bestemte at varm iskrem tok lengre tid å fryse. en kort tid enn kaldt. Han kom med denne konklusjonen mens han fullførte et matlagingsoppdrag.

Han måtte løse opp sukker i kokt melk og etter å ha avkjølt det, sette det i kjøleskapet for å fryse. Tilsynelatende var ikke Mpemba spesielt flittig og begynte å fullføre den første delen av oppgaven sent. Derfor ventet han ikke på at melken skulle avkjøles, og la den i kjøleskapet varm. Han ble veldig overrasket da det frøs enda raskere enn klassekameratene hans, som gjorde arbeidet i samsvar med den gitte teknologien.

Dette faktum interesserte den unge mannen veldig, og han begynte å eksperimentere med rent vann. I 1969 publiserte tidsskriftet Physics Education resultatene av forskning av Mpemba og professor Dennis Osborne ved University of Dar Es Salaam. Effekten de beskrev fikk navnet Mpemba. Men selv i dag er det ingen klar forklaring på fenomenet. Alle forskere er enige om at hovedrollen i dette tilhører forskjellene i egenskapene til kjølt og varmt vann, men nøyaktig hva er ukjent.

Singapore versjon

Fysikere fra et av Singapore-universitetene var også interessert i spørsmålet om hvilket vann som fryser raskere - varmt eller kaldt? Et team av forskere ledet av Xi Zhang forklarte dette paradokset nettopp med egenskapene til vannet. Alle kjenner sammensetningen av vann fra skolen - et oksygenatom og to hydrogenatomer. Oksygen trekker til en viss grad elektroner bort fra hydrogen, så molekylet er en viss type "magnet".

Som et resultat blir visse molekyler i vann litt tiltrukket av hverandre og forenes av en hydrogenbinding. Styrken er mange ganger lavere enn en kovalent binding. Singaporeanske forskere mener at forklaringen på Mpembas paradoks ligger nettopp i hydrogenbindinger. Hvis vannmolekyler er plassert veldig tett sammen, så kan en så sterk interaksjon mellom molekylene deformere den kovalente bindingen i midten av selve molekylet.

Men når vann varmes opp, beveger de bundne molekylene seg litt bort fra hverandre. Som et resultat oppstår avslapning i midten av molekylene kovalente bindinger med frigjøring av overskuddsenergi og en overgang til et lavere energinivå. Dette fører til det faktum at varmt vann begynner å avkjøles raskt. Dette er i hvert fall hva teoretiske beregninger utført av Singaporeanske forskere viser.

Umiddelbart frysende vann - 5 utrolige triks: Video

Mpemba-effekt(Mpembas paradoks) er et paradoks som sier at varmt vann under noen forhold fryser raskere enn kaldt vann, selv om det må passere temperaturen til kaldt vann under fryseprosessen. Dette paradokset er et eksperimentelt faktum som motsier de vanlige ideene, ifølge hvilke en mer oppvarmet kropp bruker lengre tid på å avkjøles til en viss temperatur under de samme forholdene enn en mindre oppvarmet kropp å avkjøles til samme temperatur.

Dette fenomenet ble lagt merke til en gang av Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes, men det var først i 1963 at den tanzaniske skolegutten Erasto Mpemba oppdaget at en varm iskremblanding fryser raskere enn en kald.

Å være student av Magambinskaya videregående skole i Tanzania gjorde Erasto Mpemba praktisk jobb i matlaging. Han trengte å lage hjemmelaget iskrem - kok opp melk, oppløs sukker i den, avkjøl den til romtemperatur og sett deretter i kjøleskapet for å fryse. Tilsynelatende var ikke Mpemba en spesielt flittig student og forsinket å fullføre den første delen av oppgaven. I frykt for at han ikke ville klare det innen slutten av leksjonen, la han fortsatt varm melk i kjøleskapet. Til hans overraskelse frøs det enda tidligere enn melken til kameratene, tilberedt i henhold til den gitte teknologien.

Etter dette eksperimenterte Mpemba ikke bare med melk, men også med vanlig vann. I alle fall, allerede som student ved Mkwava Secondary School, spurte han professor Dennis Osborne fra University College i Dar Es Salaam (invitert av skoledirektøren til å holde et foredrag om fysikk for studentene) spesifikt om vann: «Hvis du tar to identiske beholdere med like volumer vann slik at i en av dem har vannet en temperatur på 35°C, og i den andre - 100°C, og legg dem i fryseren, så i det andre fryser vannet raskere. Hvorfor?" Osborne ble interessert i dette spørsmålet og snart, i 1969, publiserte han og Mpemba resultatene av eksperimentene deres i tidsskriftet Physics Education. Siden den gang har effekten de oppdaget blitt kalt Mpemba-effekt.

Til nå er det ingen som vet nøyaktig hvordan de skal forklare denne merkelige effekten. Forskere har ikke en eneste versjon, selv om det er mange. Alt handler om forskjellen i egenskapene til varmt og kaldt vann, men det er ennå ikke klart hvilke egenskaper som spiller en rolle i dette tilfellet: forskjellen i underkjøling, fordampning, isdannelse, konveksjon eller effekten av flytende gasser på vann kl. forskjellige temperaturer.

Paradokset med Mpemba-effekten er at den tiden kroppen kjøles ned til temperatur miljø, må være proporsjonal med temperaturforskjellen mellom denne kroppen og miljøet. Denne loven ble etablert av Newton og har siden blitt bekreftet mange ganger i praksis. I denne effekten avkjøles vann med en temperatur på 100°C til en temperatur på 0°C raskere enn samme mengde vann med en temperatur på 35°C.

Dette innebærer imidlertid ennå ikke et paradoks, siden Mpemba-effekten kan forklares innenfor rammen av kjent fysikk. Her er noen forklaringer på Mpemba-effekten:

Fordampning

Varmt vann fordamper raskere fra beholderen, og reduserer dermed volumet, og et mindre volum vann ved samme temperatur fryser raskere. Vann oppvarmet til 100 C mister 16 % av massen når det avkjøles til 0 C.

Fordampningseffekten er en dobbel effekt. For det første reduseres vannmassen som kreves for kjøling. Og for det andre synker temperaturen på grunn av det faktum at fordampningsvarmen ved overgangen fra vannfasen til dampfasen avtar.

Temperaturforskjell

På grunn av det faktum at temperaturforskjellen mellom varmt vann og kald luft er større, er derfor varmevekslingen i dette tilfellet mer intens og varmtvannet avkjøles raskere.

Hypotermi

Når vann avkjøles under 0 C, fryser det ikke alltid. Under noen forhold kan den gjennomgå superkjøling, og fortsette å forbli flytende ved temperaturer under frysepunktet. I noen tilfeller kan vann forbli flytende selv ved en temperatur på –20 C.

Årsaken til denne effekten er at for at de første iskrystallene skal begynne å dannes, trengs det krystalldannelsessentre. Hvis de ikke er tilstede i flytende vann, vil superkjølingen fortsette til temperaturen synker nok til at krystaller kan dannes spontant. Når de begynner å dannes i den superkjølte væsken, vil de begynne å vokse raskere, og danner slush ice, som vil fryse til is.

Varmt vann er mest utsatt for hypotermi fordi oppvarming av det fjerner oppløste gasser og bobler, som igjen kan tjene som sentre for dannelse av iskrystaller.

Hvorfor fører hypotermi til at varmt vann fryser raskere? Ved kaldt vann som ikke er superkjølt, skjer følgende. I dette tilfellet vil det dannes et tynt lag med is på overflaten av fartøyet. Dette islaget vil fungere som en isolator mellom vannet og den kalde luften og vil hindre ytterligere fordampning. Hastigheten for dannelse av iskrystaller vil i dette tilfellet være lavere. Når det gjelder varmt vann som er utsatt for underkjøling, har det underkjølte vannet ikke et beskyttende overflatelag av is. Derfor mister den varmen mye raskere gjennom den åpne toppen.

Når superkjølingsprosessen avsluttes og vannet fryser, går mye mer varme tapt og det dannes derfor mer is.

Mange forskere av denne effekten anser hypotermi som hovedfaktoren når det gjelder Mpemba-effekten.

Konveksjon

Kaldt vann begynner å fryse ovenfra, og forverrer dermed prosessene med varmestråling og konveksjon, og dermed varmetapet, mens varmt vann begynner å fryse nedenfra.

Denne effekten forklares av en anomali i vanntettheten. Vann har en maksimal tetthet ved 4 C. Hvis du avkjøler vann til 4 C og setter det på lavere temperatur, vil overflatelaget av vann fryse raskere. Fordi dette vannet er mindre tett enn vann ved en temperatur på 4 C, vil det forbli på overflaten og danne et tynt kaldt lag. Under disse forholdene vil det dannes et tynt lag med is på overflaten av vannet i løpet av kort tid, men dette islaget vil tjene som en isolator og beskytte de nedre vannlagene, som forblir ved en temperatur på 4 C. Derfor videre prosess avkjøling vil skje langsommere.

Når det gjelder varmt vann er situasjonen en helt annen. Overflatelaget av vann vil avkjøles raskere på grunn av fordampning og større forskjell temperaturer I tillegg er kaldtvannslag tettere enn varmtvannslag, så kaldtvannslaget vil synke ned og heve laget varmt vann til overflaten. Denne sirkulasjonen av vann sikrer et raskt fall i temperaturen.

Men hvorfor når ikke denne prosessen et likevektspunkt? For å forklare Mpemba-effekten fra dette konveksjonssynspunktet, ville det være nødvendig å anta at de kalde og varme vannlagene separeres og selve konveksjonsprosessen fortsetter etter gjennomsnittstemperatur vannet vil synke under 4 C.

Imidlertid er det ingen eksperimentelle bevis som støtter denne hypotesen om at kalde og varme lag av vann skilles ved konveksjonsprosessen.

Gasser oppløst i vann

Vann inneholder alltid gasser oppløst i det - oksygen og karbondioksid. Disse gassene har evnen til å redusere frysepunktet til vann. Når vann varmes opp, frigjøres disse gassene fra vannet fordi deres løselighet i vann er lavere ved høye temperaturer. Derfor, når varmt vann avkjøles, inneholder det alltid mindre oppløste gasser enn i uoppvarmet kaldt vann. Derfor er frysepunktet for oppvarmet vann høyere og det fryser raskere. Denne faktoren blir noen ganger betraktet som den viktigste for å forklare Mpemba-effekten, selv om det ikke er noen eksperimentelle data som bekrefter dette faktum.

Termisk ledningsevne

Denne mekanismen kan spille en betydelig rolle når vann plasseres i fryseren i kjølerommet i små beholdere. Under disse forholdene ble det lagt merke til at en beholder med varmt vann smelter is under seg fryseboks, og forbedrer derved termisk kontakt med fryserveggen og termisk ledningsevne. Som et resultat fjernes varme fra en varmtvannsbeholder raskere enn fra en kald. På sin side smelter ikke en beholder med kaldt vann snøen under.

Alle disse (så vel som andre) tilstander ble studert i mange eksperimenter, men et klart svar på spørsmålet – hvilken av dem som gir hundre prosent reproduksjon av Mpemba-effekten – ble aldri oppnådd.

For eksempel, i 1995, studerte den tyske fysikeren David Auerbach effekten av superkjølende vann på denne effekten. Han oppdaget at varmt vann, når en superkjølt tilstand, fryser ved en høyere temperatur enn kaldt vann, og derfor raskere enn sistnevnte. Men kaldt vann når en underkjølt tilstand raskere enn varmt vann, og kompenserer derved for forrige etterslep.

I tillegg motsier Auerbachs resultater tidligere data om at varmt vann var i stand til å oppnå større underkjøling på grunn av færre krystalliseringssentre. Når vann varmes opp, fjernes gasser som er oppløst i det, og når det kokes, utfelles noen salter som er oppløst i det.

Foreløpig kan bare én ting sies - reproduksjonen av denne effekten avhenger betydelig av forholdene som eksperimentet utføres under. Nettopp fordi det ikke alltid gjengis.

Det er mange faktorer som påvirker hvilket vann som fryser raskere, varmt eller kaldt, men spørsmålet i seg selv virker litt merkelig. Implikasjonen, og dette er kjent fra fysikken, er at varmt vann fortsatt trenger tid på å avkjøles til temperaturen til det kalde vannet som sammenlignes for å bli til is. Kaldt vann kan hoppe over dette stadiet, og følgelig vinner det tid.

Men svaret på spørsmålet om hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt - ute i kulden, vet enhver beboer nordlige breddegrader. Faktisk, vitenskapelig, viser det seg at i alle fall er kaldt vann ganske enkelt bundet til å fryse raskere.

Fysiklæreren, som ble oppsøkt av skolegutten Erasto Mpemba i 1963, mente det samme med en forespørsel om å forklare hvorfor den kalde blandingen av fremtidig iskrem tar lengre tid å fryse enn en lignende, men varm.

"Dette er ikke universell fysikk, men en slags Mpemba-fysikk"

På den tiden lo læreren bare av dette, men Deniss Osborne, professor i fysikk, som på et tidspunkt besøkte den samme skolen der Erasto studerte, bekreftet eksperimentelt tilstedeværelsen av en slik effekt, selv om det ikke var noen forklaring på det da. I 1969 ble en felles artikkel av disse to personene publisert i et populærvitenskapelig tidsskrift, som beskrev denne særegne effekten.

Siden den gang har forresten spørsmålet om hvilket vann som fryser raskere - varmt eller kaldt - fått sitt eget navn - Mpemba-effekten, eller paradokset.

Spørsmålet har eksistert lenge

Naturligvis fant et slikt fenomen sted før, og det ble nevnt i verkene til andre forskere. Ikke bare skolebarnet var interessert i denne saken, men Rene Descartes og til og med Aristoteles tenkte også på det på en gang.

Men de begynte å se etter tilnærminger til å løse dette paradokset først på slutten av det tjuende århundre.

Forutsetninger for at et paradoks skal oppstå

Som med iskrem er det ikke bare vanlig vann som fryser under forsøket. Visse forhold må være tilstede for å begynne å krangle om hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt. Hva påvirker forløpet av denne prosessen?

Nå, i det 21. århundre, har det blitt fremmet flere alternativer som kan forklare dette paradokset. Hvilket vann som fryser raskere, varmt eller kaldt, kan avhenge av at det har høyere fordampningshastighet enn kaldt vann. Dermed minker volumet, og etter hvert som volumet avtar, blir frysetiden kortere enn om vi tar det samme startvolumet med kaldt vann.

Det er en stund siden du tinet fryseren.

Hvilket vann som fryser raskere og hvorfor dette skjer kan påvirkes av snøfôret som kan være tilstede i fryseren til kjøleskapet som brukes til forsøket. Hvis du tar to beholdere som er identiske i volum, men en av dem inneholder varmt vann og den andre kald, vil beholderen med varmt vann smelte snøen under, og dermed forbedre kontakten mellom det termiske nivået og veggen i kjøleskapet. En beholder med kaldt vann kan ikke gjøre dette. Hvis det ikke er en slik foring med snø i kjøleseksjonen, bør kaldt vann fryse raskere.

Topp bunn

Også fenomenet der vann fryser raskere - varmt eller kaldt - er forklart som følger. Etter visse lover begynner kaldt vann å fryse kl øvre lag, når den er varm, gjør den det motsatte - den begynner å fryse fra bunnen og opp. Det viser seg at kaldt vann, med et kaldt lag på toppen med is allerede dannet på steder, dermed forverrer prosessene med konveksjon og termisk stråling, og forklarer dermed hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt. Bilder fra amatøreksperimenter er vedlagt, og dette er godt synlig her.

Varmen går ut, suser oppover, og der møter den et veldig kjølig lag. Det er ingen fri vei for varmestråling, så kjøleprosessen blir vanskelig. Varmt vann har absolutt ingen slike hindringer i veien. Som fryser raskere - kaldt eller varmt, hva bestemmer det sannsynlige resultatet, du kan utvide svaret ved å si at noe vann har visse stoffer oppløst i seg.

Urenheter i vann som en faktor som påvirker resultatet

Hvis du ikke jukser og bruker vann med samme sammensetning, hvor konsentrasjonene av enkelte stoffer er identiske, bør kaldt vann fryse raskere. Men hvis det oppstår en situasjon der oppløste kjemiske elementer bare er tilstede i varmt vann, og kaldt vann ikke har dem, har det varme vannet muligheten til å fryse tidligere. Dette forklares med det faktum at oppløste stoffer i vann skaper krystalliseringssentre, og med et lite antall av disse sentrene vil omdannelsen av vann til fast tilstand vanskelig. Det er til og med mulig at vannet blir underkjølt, i den forstand at det ved minusgrader vil være i flytende tilstand.

Men alle disse versjonene passet tilsynelatende ikke helt forskerne, og de fortsatte å jobbe med dette problemet. I 2013 sa et team av forskere i Singapore at de hadde løst et eldgammelt mysterium.

En gruppe kinesiske forskere hevder at hemmeligheten bak denne effekten ligger i mengden energi som er lagret mellom vannmolekyler i dens bindinger, kalt hydrogenbindinger.

Svaret fra kinesiske forskere

Det som følger er informasjon, for å forstå hvilken du trenger å ha litt kunnskap om kjemi for å forstå hvilket vann som fryser raskere - varmt eller kaldt. Som kjent består den av to H (hydrogen) atomer og ett O (oksygen) atom, holdt sammen av kovalente bindinger.

Men også hydrogenatomene til ett molekyl tiltrekkes av nabomolekyler, til deres oksygenkomponent. Disse bindingene kalles hydrogenbindinger.

Det er verdt å huske at samtidig har vannmolekyler en frastøtende effekt på hverandre. Forskere bemerket at når vann varmes opp, øker avstanden mellom molekylene, og dette forenkles av frastøtende krefter. Det viser seg at ved å oppta samme avstand mellom molekylene i kald tilstand, kan de sies å strekke seg, og de har større tilførsel av energi. Det er denne energireserven som frigjøres når vannmolekyler begynner å bevege seg nærmere hverandre, det vil si at det oppstår avkjøling. Det viser seg at en større reserve av energi i varmt vann, og dens større frigjøring ved avkjøling til minusgrader, skjer raskere enn i kaldt vann, som har en mindre reserve av slik energi. Så hvilket vann fryser raskere - kaldt eller varmt? På gaten og i laboratoriet bør Mpembas paradoks oppstå, og varmt vann skal bli til is raskere.

Men spørsmålet er fortsatt åpent

Det er bare teoretisk bekreftelse på denne løsningen - alt er skrevet vakre formler og det virker plausibelt. Men når de eksperimentelle dataene som vannet fryser raskere - varmt eller kaldt - tas i bruk, og resultatene deres presenteres, kan spørsmålet om Mpembas paradoks betraktes som lukket.

British Royal Society of Chemistry tilbyr en belønning på £1000 til alle som vitenskapelig kan forklare hvorfor varmt vann fryser raskere enn kaldt vann i noen tilfeller.

"Moderne vitenskap kan fortsatt ikke svare på dette tilsynelatende enkle spørsmålet. Iskremmakere og bartendere bruker denne effekten i sitt daglige arbeid, men ingen vet egentlig hvorfor det fungerer. Dette problemet har vært kjent i årtusener, med filosofer som Aristoteles og Descartes som har tenkt på det, sier professor David Phillips, president for British Royal Society of Chemistry, sitert i en pressemelding fra Society.

Hvordan en kokk fra Afrika beseiret en britisk fysikkprofessor

Dette er ikke en aprilsnarr, men en hard fysisk virkelighet. Moderne vitenskap, som enkelt opererer med galakser og sorte hull, og bygger gigantiske akseleratorer for å søke etter kvarker og bosoner, kan ikke forklare hvordan elementært vann «fungerer». Skoleboka sier tydelig at det tar mer tid å kjøle ned en varmere kropp enn å kjøle ned en kald kropp. Men for vann overholdes ikke alltid denne loven. Aristoteles trakk oppmerksomheten til dette paradokset på 400-tallet f.Kr. e. Her er hva den gamle grekeren skrev i sin bok Meteorologica I: «Det faktum at vann blir forvarmet, får det til å fryse. Derfor er det mange mennesker, når de ønsker å avkjøle varmt vann raskere, setter det først i solen...» I middelalderen forsøkte Francis Bacon og Rene Descartes å forklare dette fenomenet. Dessverre, verken de store filosofene eller de mange forskerne som utviklet klassisk termofysikk lyktes med dette, og derfor ble et så ubeleilig faktum "glemt" i lang tid.

Og først i 1968 "husket" de takket være skolegutten Erasto Mpembe fra Tanzania, langt fra noen vitenskap. Mens han studerte ved kulinarisk kunstskole i 1963, fikk 13 år gamle Mpembe i oppgave å lage is. I følge teknologien var det nødvendig å koke melk, oppløse sukker i den, avkjøle den til romtemperatur og deretter sette den i kjøleskapet for å fryse. Tilsynelatende var ikke Mpemba en flittig student og nølte. I frykt for at han ikke ville klare det innen slutten av leksjonen, la han fortsatt varm melk i kjøleskapet. Til hans overraskelse frøs det enda tidligere enn melken til kameratene, tilberedt i henhold til alle reglene.

Da Mpemba delte oppdagelsen sin med fysiklæreren sin, lo han av ham foran hele klassen. Mpemba husket fornærmelsen. Fem år senere, allerede student ved universitetet i Dar es Salaam, deltok han på et foredrag av den kjente fysikeren Denis G. Osborne. Etter forelesningen stilte han forskeren et spørsmål: «Hvis du tar to identiske beholdere med like mengder vann, en ved 35 °C (95 °F) og den andre ved 100 °C (212 °F), og plasserer dem i fryseren, da vil Vann i en varm beholder fryse raskere. Hvorfor?" Du kan forestille deg reaksjonen til en britisk professor på et spørsmål fra en ung mann fra Gudforlatt Tanzania. Han gjorde narr av studenten. Mpemba var imidlertid klar for et slikt svar og utfordret forskeren til et veddemål. Tvisten deres endte med en eksperimentell test som bekreftet at Mpemba hadde rett og Osborne beseiret. Derfor skrev kokkelærlingen navnet sitt i vitenskapens historie, og fra nå av kalles dette fenomenet "Mpemba-effekten." Det er umulig å forkaste det, å erklære det som "ikke-eksisterende". Fenomenet eksisterer, og, som dikteren skrev, "det gjør ikke vondt."

Har støvpartikler og oppløste stoffer skylden?

Gjennom årene har mange forsøkt å løse mysteriet med iskaldt vann. En hel haug med forklaringer på dette fenomenet har blitt foreslått: fordampning, konveksjon, påvirkning av oppløste stoffer - men ingen av disse faktorene kan betraktes som definitive. En rekke forskere har viet hele livet til Mpemba-effekten. Ansatt i Institutt for strålesikkerhet State University New York - James Brownridge - inn fritid har studert paradokset i over et tiår nå. Etter å ha utført hundrevis av eksperimenter, hevder forskeren å ha bevis på "skylden" til hypotermi. Brownridge forklarer at ved 0°C blir vann bare superkjølt, og begynner å fryse når temperaturen synker under. Frysepunktet reguleres av urenheter i vannet - de endrer hastigheten på dannelsen av iskrystaller. Urenheter, som støvpartikler, bakterier og oppløste salter, har en karakteristisk kjernedannelsestemperatur når iskrystaller dannes rundt krystalliseringssentre. Når det er flere grunnstoffer i vann samtidig, bestemmes frysepunktet av den som har mest høy temperatur kjernedannelse.

For eksperimentet tok Brownridge to vannprøver med samme temperatur og plasserte dem i fryseren. Han oppdaget at en av prøvene alltid frøs før den andre, antagelig på grunn av en annen kombinasjon av urenheter.

Brownridge sier at varmt vann avkjøles raskere fordi det er større forskjell mellom temperaturen på vannet og fryseren – dette hjelper det å nå frysepunktet før kaldt vann når det naturlige frysepunktet, som er minst 5°C lavere.

Brownridges resonnement reiser imidlertid mange spørsmål. Derfor har de som kan forklare Mpemba-effekten på sin egen måte en sjanse til å konkurrere om tusen pund sterling fra British Royal Society of Chemistry.