Proč horká voda zmrzne rychleji než studená voda

V roce 1963 se školák z Tanganiky Erasto Mpemba ve třídě obrátil na učitele fyziky a požádal ho, aby vysvětlil, proč horká voda zmrzne rychleji než studená voda, ale studentovi se jen zasmál a řekl: „Toto není světová fyzika, ale fyzika Mpemba. " Chlapec však stál na svém, protože to viděl na vlastní oči, když dával do ledničky dva hrnky s vodou, a horký ztuhl rychleji.

Mpemba položil stejnou otázku Dennisovi Osbornovi, profesorovi fyziky, který přišel do školy. Provedené experimentální ověření potvrdilo existenci účinku, ale neposkytlo vysvětlení. V roce 1969 publikoval časopis Physics Education společný článek Mpemby a Osborna popisující účinek. Ve stejném roce George Kell z Kanadské rady pro národní výzkum publikoval článek popisující tento jev.

Tento paradox lze vysvětlit několika způsoby:

Horká voda se z nádoby odpařuje rychleji, čímž se zmenšuje její objem a menší objem vody se stejnou teplotou rychleji mrzne. Studená voda by měla v uzavřených nádobách rychleji zmrznout.

Přítomnost sněhové podšívky v mrazicím oddílu chladničky. Nádoba na horkou vodu roztaví sníh pod ním, čímž se zlepší tepelný kontakt se stěnou mrazničky. Nádoba na studenou vodu neroztaje pod ní sníh. Pokud není žádný sněhový obklad, měl by zásobník na studenou vodu rychleji zamrznout.

Studená voda začne zmrznout shora, čímž se zhorší procesy tepelného záření a konvekce, a tím i ztráta tepla, zatímco horká voda začne zmrznout zdola. Při dalším mechanickém míchání vody v nádobách by měla studená voda zmrznout rychleji.

Přítomnost krystalizačních center v ochlazené vodě - látky v ní rozpuštěné. S malým počtem takových center je přeměna vody na led obtížná a dokonce je možné i její podchlazení, pokud zůstane v kapalném stavu a má teplotu pod bodem mrazu. Při stejném složení a koncentraci roztoků by měla studená voda zmrznout rychleji.

Kvůli rozdílu v energii uložené ve vodíkových vazbách. Čím je voda teplejší, tím větší je vzdálenost mezi molekulami kapaliny v důsledku nárůstu odpudivých sil. Výsledkem je, že vodíkové vazby jsou natažené, a proto ukládají více energie. Tato energie se uvolňuje, když voda ochlazuje - molekuly se pohybují blíže k sobě. A jak víte, uvolňování energie znamená chlazení.

Jednoznačná odpověď na otázku, která z nich poskytuje stoprocentní reprodukci efektu Mpemba, však dosud nebyla přijata.