Замерзає гаряча вода. Чому гаряча вода замерзає швидше за холодну? Ефект Мпемби

Це дійсно так, хоча звучить неймовірно, тому що в процесі замерзання попередньо нагріта вода повинна пройти температуру холодної води. Тим часом, цей ефект широко використовується. Наприклад, ковзанки та гірки взимку заливають гарячою, а не холодною водою. Фахівці радять автомобілістам заливати взимку у бачок омивача холодну, а не гарячу воду. Парадокс відомий у світі як «Ефект Мпемби».

Цей феномен згадували свого часу Арістотель, Френсіс Бекон і Рене Декарт, проте лише 1963 року на нього звернули увагу професора фізики та спробували дослідити. Все почалося з того, що танзанійський школяр Ерасто Мпемба помітив, що підсолоджене молоко, яке він використовував для приготування морозива, застигає швидше, якщо воно було попередньо нагріте і висунув припущення, що гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна. Він звернувся за роз'ясненнями до вчителя фізики, але той лише посміявся з учня, сказавши наступне: «Це не всесвітня фізика, а фізика Мпемби».

На щастя, якось у школі побував Денніс Осборн, професор фізики з університету Дар-ес-Салама. І Мпемба звернувся до нього з тим самим питанням. Професор був налаштований менш скептично, сказав, що він не може судити про те, чого ніколи не бачив і після повернення додому попросив співробітників провести відповідні експерименти. Очевидно, вони підтвердили слова хлопчика. Принаймні, 1969 року Осборн розповів про роботу з Мпембою в журналі «англ. PhysicsEducation». Того ж року Джордж Келл із канадської Національної дослідницької ради опублікував статтю з описом явища в «англ. AmericanJournalofPhysics».

Є кілька варіантів пояснення цього феномена:

• Гаряча вода швидше випаровується, зменшуючи цим свій об'єм, а менший об'єм води з тією ж температурою замерзає швидше. У герметичних контейнерах холодна вода має замерзати швидше.
• Наявність снігової підкладки. Контейнер з гарячою водою протує під собою сніг, покращуючи тим самим тепловий контакт з поверхнею, що охолоджує. Холодна вода не приховує під собою сніг. За відсутності снігової підкладки контейнер із холодною водою повинен замерзати швидше.
• Холодна вода починає замерзати зверху, погіршуючи тим самим процеси тепловипромінювання та конвекції, а значить і втрату тепла, тоді як гаряча вода починає замерзати знизу. При додатковому механічному перемішуванні води у контейнерах холодна вода повинна замерзати швидше.
• Наявність центрів кристалізації в охолоджуваній воді - розчинених у ній речовин. При малій кількості таких центрів у холодній воді перетворення води на кригу утруднене і можливе навіть її переохолодження, коли вона залишається в рідкому стані, маючи мінусову температуру.

Нещодавно було опубліковано ще одне пояснення. Д-р Джонатан Катц (Jonathan Katz) з Вашингтонського університету досліджував це явище і дійшов висновку, що важливу роль у ньому відіграють розчинені у воді речовини, які при нагріванні осаджуються.
Під розчиненими речовинами д-р Катц має на увазі бікарбонати кальцію та магнію, які містяться у твердій воді. Коли воду нагрівають, ці речовини осідають, вода стає «м'якою». Вода, яка ніколи не нагрівалася, містить ці домішки, вона «жорстка». У міру її замерзання та утворення кристалів льоду концентрація домішок у воді збільшується у 50 разів. Через це знижується точка замерзання води.

Мені це пояснення не видається переконливим, т.к. не треба забувати, що ефект був виявлений у дослідах із морозивом, а не з жорсткою водою. Швидше за все, причини явища теплофізичні, а не хімічні.

Поки що однозначного пояснення парадоксу Мпемби не отримано. Треба сказати, що деякі вчені не вважають цей парадокс заслуговує на увагу. Однак це дуже цікаво, що простий школяр досяг визнання фізичного ефекту і отримав популярність через свою допитливість і наполегливість.

Додано у лютому 2014 р.

Нотатка була написана у 2011 р. З того часу з'явилися нові дослідження ефекту Мпемби та нові спроби його пояснення. Так, 2012 р. Королівське хімічне товариство Великобританії оголосило міжнародний конкурс на розгадку наукової таємниці “Ефект Мпемби” із призовим фондом 1000 фунтів. Дедлайн було встановлено 30 липня 2012 року. Переможцем став Нікола Бреговик із лабораторії університету Загреба. Він опублікував свою працю, в якій аналізував попередні спроби пояснення цього явища і дійшов висновку, що вони не переконливі. Запропонована ним модель ґрунтується на фундаментальних властивостях води. Бажаючі можуть знайти роботу за посиланням http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Дослідження на цьому не завершились. У 2013 р. фізики із Сінгапуру теоретично довели причину ефекту Мепемби. Роботу можна знайти за посиланням http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Подібні за тематикою статті на сайті:

Інші статті розділу

Коментарі:

Олексій Мішнєв. , 06.10.2012 04:14

Чому гаряча вода випаровується швидше? Вченими практично доведено, що склянка гарячої води замерзає швидше, ніж холодної. Вчені це явище пояснити не можуть через те, що вони не розуміють сутності явищ: теплоти та холоду! Теплота і холод, це фізичне відчуття, яке викликає взаємодію частинок Матерії, у вигляді зустрічного стиску магнітних хвиль, що рухаються з боку простору та від центру землі. Тому, що більше різниця потенціалів, цього магнітного напруги, то швидше здійснюється енергообмін методом зустрічного проникнення одних хвиль до інших. Тобто методом дифузії! У відповідь на мою статтю, один опонент пише:1) «..Гаряча вода ШВИДШЕ випаровується, внаслідок чого її залишається менше, тому вона швидше замерзає» Питання! Яка енергія змушує воду швидше випаровуватися? 2) У моїй статті ведеться розмова про склянку, а не про дерев'яне корита, яке як контраргумент наводить опонент. Що не коректно! Відповідаю на запитання: «ЗА якою причиною вода в природі випаровується?» Магнітні хвилі, які завжди рухаються від центру землі в простір, долаючи зустрічний тиск магнітних хвиль стиснення, (які завжди рухаються з простору до центру землі) при цьому, розпорошують частинки води, оскільки рухаючись у простір, вони збільшуються в обсязі. Тобто розширюються! У разі подолання магнітних хвиль стиснення ці пари води стискуються (конденсуються) і під дією цих магнітних сил стиснення вода у вигляді опадів повертається на землю! З повагою! Олексій Мішнєв. 6 жовтня 2012 року.

Олексій Мішнєв. , 06.10.2012 04:19

Що таке температура | Температура-це ступінь електромагнітної напруги магнітних хвиль з енергією стиснення та розширення. У разі рівноважного стану цих енергій температура тіла або речовини знаходиться в стабільному стані. При порушенні рівноважного стану цих енергій у бік енергії розширення тіло або речовина збільшується в обсязі простору. У разі перевищення енергії магнітних хвиль у бік стиснення, тіло чи речовина зменшується обсягом простору. Ступінь електромагнітної напруги визначається за ступенем розширення чи стиснення еталонного тіла. Олексій Мішнєв.

Моїсеєва Наталія, 23.10.2012 11:36 | ВНИЇМ

Олексію, Ви кажете про якусь статтю, в якій викладені Ваші міркування про поняття температури. Але її ніхто не читав. Дайте, будь ласка, посилання. Взагалі Ваші погляди на фізику дуже своєрідні. Ніколи не чула про "електромагнітне розширення еталонного тіла".

Юрій Кузнєцов, 04.12.2012 12:32

Пропонується гіпотеза, що це працює міжмолекулярний резонанс і пондеромоторне тяжіння, що породжується ним, між молекулами. У холодній воді молекули рухаються та коливаються хаотично, з різною частотою. При нагріванні води з підвищенням частоти коливань їх діапазон звужується (зменшується різниця частот від рідкої гарячої води до точки пароутворення), частоти коливань молекул наближаються один до одного, внаслідок чого між молекулами виникає резонанс. При охолодженні цей резонанс частково зберігається, згасає не відразу. Спробуйте притиснути одну із двох струн гітари, що знаходяться в резонансі. Тепер відпустіть – струна знову почне вібрувати, резонанс відновить її коливання. Так і в воді, що заморожується, зовнішні охолоджувані молекули намагаються втратити амплітуду і частоту коливань, але «теплі» молекули всередині судини «витягують» коливання назад, виступають у ролі вібраторів, а зовнішні - резонаторів. Між вібраторами та резонаторами і виникає пондеромоторне тяжіння*. Коли пондеромоторна сила стає більшою за силу, викликану кінетичною енергією молекул (які не тільки вібрують, а й рухаються лінійно), відбувається прискорена кристалізація - «Ефект Мпемба». Пондеромоторний зв'язок дуже хитка, Мпемба-ефект сильно залежить від усіх супутніх факторів: обсягу води, що заморожується, характеру її розігріву, умов заморожування, температури, конвекції, умов теплообміну, насичення газом, вібрації холодильного агрегату, вентиляції, домішок, випаровування та ін. навіть від освітлення… Тому ефект має багато пояснень і його часом важко відтворити. З тієї ж «резонансної» причини кип'ячена вода закипає швидше за некип'ячену - резонанс деякий час після кип'ятіння зберігає інтенсивність коливань молекул води (втрата енергії при охолодженні в основному припадає на втрату кінетичної енергії лінійного руху молекул). При інтенсивному нагріванні молекули-вібратори змінюються ролями з молекулами-резонаторами порівняно із заморожуванням - частота вібраторів менша за частоту резонаторів, а це означає, що між молекулами виникає не тяжіння, а відштовхування, що і прискорює перехід в інший агрегатний стан (пара).

Влад, 11.12.2012 03:42

Зламав мозок...

Антон, 04.02.2013 02:02

1.Невже це пондеромоторне тяжіння на стільки велике, що впливає на процес теплообміну? 2. Чи означає це, що при нагріванні всіх тіл до певної температури їх структурні частки вступають у резонас? 3. внаслідок чого при охолодженні цей резонанс зникає? 4. Це Ваше припущення? Якщо є джерело, зазначте. 5. За цією теорією форма судини відіграватиме важливу роль, і якщо вона буде тонкою і плоскою, то різниця в часі замерзання буде невелика, тобто. можна це перевірити.

Гудрат, 11.03.2013 10:12 | METAK

У холодній воді вже є атоми азоту та відстані між молекулами води ближче ніж у гарячій воді. Тобто, висновок: Гаряча вода вбирає атоми азоту швидше і при цьому він швидко замерзає ніж холодна вода, - це порівняно із загартуванням заліза, так як гаряча вода перетворюється на лід і гаряче залізо твердне при швидкому охолодженні!

Володимир , 13.03.2013 06:50

а може так: щільність гарячої води та льоду менша за щільність холодної води, і тому воді не треба змінювати свою щільність, втрачаючи на цьому якийсь час і вона замерзає.

Олексій Мішнєв, 21.03.2013 11:50

Перш ніж міркувати про резонанси, тяжіння і коливання частинок, треба зрозуміти і відповісти на запитання: Які сили змушують коливатися частинки? Так як, без кінетичної енергії, не може бути стискування. Без стиснення не може бути розширення. Без розширення не може бути кінетичної енергії! Коли, починаєте міркувати про резонанс струн, Ви спершу доклали зусилля, щоб одна з цих струн почала вагатися! Розмірковуючи про тяжіння, Ви в першу чергу маємо вказати силу, яка змушує ці тіла притягуватися! Мною стверджується, що всі тіла стискаються електромагнітною енергією атмосфери і яка стискає всі тіла, речовини та елементарні частки із силою 1,33 кг. не на см2, а на елементарну частинку. Так як тиск атмосфери не може бути вибірковим! Не плутати, з кількістю сили!

Додік, 31.05.2013 02:59

Мені здається, що ви забули одну істину - "Наука починається там, де починаються виміри". Яка температура гарячої води? Яка температура "холодної" води? У статті про це жодного слова не йдеться. Звідси можна зробити висновок – вся стаття це нісенітниця собача!

Григорій, 04.06.2013 12:17

Додік, перш ніж статтю нісенітницею називати, треба думати навчитися, хоч трохи. А не лише вимірювати.

Дмитро, 24.12.2013 10:57

Молекули гарячої води рухаються швидше ніж у холоді, через це відбувається щільніший контакт з навколишнім середовищем, вони ніби вбирають весь холод швидко сповільнюючись.

Іван, 10.01.2014 05:53

Дивує поява подібної анонімної статті на цьому сайті. Стаття зовсім ненаукова. Як автор, так і коментатори навперебій пускаються в пошуки пояснення феномена, не знайшовши часу з'ясувати, а чи спостерігається феномен взагалі і якщо спостерігається, то за яких умов. Більше того, немає навіть домовленості про те, що власне спостерігаємо! Так автор наполягає на необхідності пояснення ефекту швидкого замерзання саме гарячого морозива, хоча з усього тексту (і слів "ефект був виявлений у дослідах із морозивом") слідує, що сам він подібних дослідів не ставив. З перелічених у статті варіантів "пояснення" явища видно, що описуються зовсім різні експерименти, поставлені у різних умовах із різними водними розчинами. Як суть пояснень, і умовний спосіб в них наводять на думку, що не проводилася навіть елементарна перевірка висловлених ідей. Хтось випадково почув курйозну історію і походя висловив свій умоглядний висновок. Вибачте, але це не фізичне наукове дослідження, а розмова у курилці.

Іван, 10.01.2014 06:10

З приводу зауважень у статті про заливання ковзанок гарячою водою та бачків омивача стекол холодною. Тут усе просто з погляду елементарної фізики. Ковзанку заливають гарячою водою саме тому, що замерзає вона повільніше. Ковзанка повинна бути рівною і гладкою. Спробуйте залити його холодною водою - отримайте пагорби та "напливи", т.к. вода буде швидко замерзати не встигаючи розтектися рівномірним шаром. А гаряча і встигне рівним шаром розтектися, і вже наявні крижані та снігові горбики розтопить. З омивачем теж не складно: заливати чисту воду в мороз немає сенсу – на склі вона замерзає (навіть гаряча); а гаряча незамерзаюча рідина може призвести до розтріскування холодного скла, плюс на склі матиме підвищену температуру замерзання через прискорене випаровування спиртів ще на шляху до скла (з принципом роботи самогонного апарату всі знайомі? - Випаровується спирт, вода залишається).

Іван, 10.01.2014 06:34

А по суті явища, безглуздо запитувати, чому два різні експерименти в різних умовах протікають по-різному. Якщо експеримент ставити чисто, потрібно брати гарячу і холодну воду однакового хімічного складу - беремо попередньо охолоджений окріп з того ж чайника. Наливаємо в однакові судини (наприклад, тонкостінні склянки). Ставимо не на сніг, а на однакову рівну суху основу, наприклад, дерев'яний стіл. І не в мікроморозилку, а в досить об'ємний термостат - я проводив досвід пару років тому на дачі, коли на вулиці була морозна стабільна погода близько -25С. Вода кристалізується за певної температури після віддачі теплоти кристалізації. Гіпотеза зводиться до твердження, що гаряча вода остигає швидше (це так, відповідно до класичної фізики швидкість теплообміну пропорційна різниці температур), але зберігає підвищену швидкість охолодження навіть коли її температура зрівняється з температурою холодної води. Постає питання, чим вода, що остигла до температури +20С на вулиці відрізняється від точно такої ж води, яка остигнула до температури +20С за годину до цього, але в кімнаті? Класична фізика (до речі, заснована не на балаканини в курилці, а на сотнях тисяч і мільйонах експериментів) каже: та нічим, подальша динаміка охолодження буде однаковою (тільки крапки +20 окріп досягне пізніше). І експеримент показує те саме: коли у склянці з спочатку холодною водою вже міцна кірка льоду, гаряча вода навіть не думала замерзати. P.S. До коментарів Юрія Кузнєцова. Наявність певного ефекту можна вважати встановленим, коли описані умови його виникнення і стабільно відтворюється. А коли маємо незрозуміло якісь експерименти з невідомо якими умовами, будувати теорії їхнього пояснення передчасно і це нічого не дає з наукової точки зору. P.P.S. Ну а коментарі Олексія Мішнева читати без сліз розчулення неможливо - людина живе в якомусь вигаданому світі, який не має відношення до фізики та реальних експериментів.

Григорій, 13.01.2014 10:58

Іване, до я розумію, Ви спростовуєте ефект Мпемби? Його немає, як показують Ваші експерименти? Чому ж він такий відомий у фізиці, і багато хто намагається його пояснити?

Іван, 14.02.2014 01:51

Доброго дня, Григорію! Ефект нечисто поставленого експерименту існує. Але, як знаєте, це не привід шукати нові закономірності у фізиці, а привід удосконалювати майстерність експериментатора. Як я вже зазначав у коментарях, у всіх згаданих спробах пояснити "ефект Мпемби" дослідники навіть не можуть чітко сформулювати, що саме і за яких умов вони вимірюють. І Ви хочете сказати, що це фізики-експериментатори? Не смішіть. Ефект відомий не у фізиці, а в навколонаукових обговореннях на різних форумах та блогах, яких зараз море. Як реальний фізичний ефект (себто як наслідок якихось нових фізичних законів, а чи не як наслідок неправильної інтерпретації чи навіть міф) його сприймають люди, далекі від фізики. Так що немає причин говорити як про єдиний фізичний ефект про результати різних експериментів, поставлених у різних умовах.

Павло, 18.02.2014 09:59

мда, хлопців... стаття для "Спід Інфо" ... Без образ... ;) Іван у всьому правий...

Григорій, 19.02.2014 12:50

Іване, я згоден, що сайтів навколонаукової тематики, що публікують неперевірений сенсаційний матеріал зараз багато. Адже ефект Мпемби досі досліджують. До того ж досліджують вчені з університетів. Наприклад, у 2013 році цей ефект досліджувала група з Технологічного університету в Сінгапурі. Подивіться посилання http://arxiv.org/abs/1310.6514. Вони вважають, що знайшли пояснення цьому ефекту. Не докладно писатиму про сутність відкриття, але на їхню думку ефект пов'язаний з різницею енергій, запасених у водневих зв'язках.

Моїсеєва Н.П. , 19.02.2014 03:04

Для всіх, хто цікавиться дослідженнями ефекту Мпемби, я трохи доповнила матеріал статті і навела посилання, якими можна ознайомитися з новітніми результатами (див. текст). Дякую за коментарі.

Ільдар, 24.02.2014 04:12 | немає сенсу все перераховувати

Якщо цей ефект Мпемби дійсно має місце, пояснення треба шукати, я думаю в молекулярному пристрої води. Вода (як стало відомо з науково-популярної літератури) існує не окремими молекулами H2O, а кластерами з кількох молекул (навіть десятків). При підвищенні температури води швидкість руху молекул збільшується, кластери розбиваються одна об одну і валентні зв'язки молекул не встигають зібрати великі кластери. На формування кластерів йде трохи більше часу, ніж зниження швидкості руху молекул. А оскільки кластери дрібніші, то й формування кристалічних ґрат відбувається швидше. У холодній воді, зважаючи на все, великі досить стійкі кластери перешкоджають утворенню ґрат, потрібен деякий час на їх руйнування. Сам бачив по телевізору цікавий ефект, коли холодна вода, що спокійно стояла в банку, кілька годин на холоді залишалася рідкою. Але як тільки банку взяли в руки, тобто трохи зрушили з місця, вода в банку відразу ж кристалізувалася, стала непрозорою, і банка луснула. Ну піп, який показав цей ефект, пояснював це тим, що вода була освячена. До речі, виявляється, вода дуже змінює свою в'язкість залежно від температури. Нам, як істотам великим, це непомітно, але в рівні дрібних (мм і менше) рачків, тим паче бактерій, в'язкість води є дуже істотним чинником. Ця в'язкість, на мою думку, теж задається розмірами водяних кластерів.

СІРИЙ, 15.03.2014 05:30

все навколо що ми бачимо це поверхневі характеристики (властивості) так що ми приймаємо за енергію тільки те, що можемо виміряти або довести існування будь-яким способом інакше глухий кут. Цей феномен ефект Мпемби може пояснити лише проста об'ємна теорія, яка об'єднає всі фізичні моделі в єдину структуру взаємодії. насправді все просто

нікита , 06.06.2014 04:27 | автомобіль

а як зробити щоб вода залишилася холодною ане не була теплою коли їдеш в машині!

олексій , 03.10.2014 01:09

А ось ще одне "відкриття" на ходу. Вода у пластиковій пляшці набагато швидше замерзає з відкритою пробкою. Заради гри ставив експеримент багато разів на сильному морозі. Ефект очевидний. Привіт теоретикам!

Євген, 27.12.2014 08:40

Принцип випарного охолоджувача. Беремо дві герметично закриті пляшки з холодом і гарячою водою. Ставимо на мороз. Холодна вода замерзає швидше. Тепер беремо ці ж пляшки з холодом і гарячою водою відкриваємо і ставимо на мороз. Гаряча вода замерзне швидше за холодну. Якщо ми візьмемо два тази з холодом і гарячою водою, то гаряча вода замерзне набагато швидше. Це з тим що ми збільшуємо контакти з атмосферою. Чим інтенсивніше випаровування, тим швидше відбувається падіння температури. Тут слід згадати фактор вологості. Чим нижча вологість тим сильніше випаровування та сильніше охолодження.

сірий ТОМСЬК, 01.03.2015 10:55

СІРИЙ, 15.03.2014 5:30 - продовження Те що ви знаєте про температуру - це не все. Там є ще дещо. Якщо правильно скласти фізичну модель температури, то вона стане ключем опису енергетичних процесів від дифузії, плавлення та кристалізації і до таких масштабів як підвищення температури з підвищенням тиску, підвищення тиску з підвищенням температури. Навіть фізична модель енергії Сонця стане зрозумілою з вищеописаного. Я взимку. . на початку весни 20013 року, подивившись на температурні моделі, склав загальну температурну модель. Через кілька місяців я згадав про температурний феномен і тут я зрозумів... що моя температурна модель описує і феномен Мпемба. Це було у травні – червні 2013 року. На рік запізнився, але це на краще. Моя фізична модель стоп кадр і її можна промотати як вперед так і назад і в ній є моторика активності, та активність в якій все рухається. У мене 8 класів школи та 2 роки училища з повтором теми. 20 років минуло. Так що всілякі фізичні моделі знаменитих учених приписати не можу, як і формули. Тож вибачте.

Андрій , 08.11.2015 08:52

Взагалі у мене є думка про те, чому гаряча вода замерзає швидше за холодну воду. І в моїх поясненнях все дуже просто якщо вам цікаво, то пишіть мені в email: [email protected]

Андрій , 08.11.2015 08:58

Перепрошую я дав не ту поштову скриньку ось правильний email: [email protected]

Віктор, 23.12.2015 10:37

Мені здається все простіше, сніг у нас випадає, це газ, що випарувався, охолоджений, так може в мороз тому і остигає швидше гаряча, що вона випаровується і тут же далеко не піднімаючись кристалізується, а вода в газоподібному стані остигає швидше ніж в рідкому)

Бекжан, 28.01.2016 09:18

Якби навіть хтось розкрив ці закони світу, які пов'язані з цим ефектом, то він би не писав тут. перед народом. Так що, що тут писатиметься про цей ефект, вся ця більшість не логічні.)))

Алекс , 22.02.2016 12:48

привіт Експериментаторам Ви маєте рацію, говорячи, що Наука починається там, де... не Вимірювання, а Обчислення. "Експеримент" - вічний і неодмінний аргумент для позбавлених Уяви та Лінійного мислення Усіх образив, тепер у справі Е = mc2 - усі пам'ятають? Швидкість молекул, що вилітають з холодної води в атмосферу визначає об'єм енергії, що їх несуть з води (охолодження - втрата енергії). експериментаторства" та згадати Базові основи Науки

Володимир, 25.04.2016 10:53 | Метео

У ті часи, коли тосол був рідкістю, воду із системи охолодження автомобілів у опалювальному гаражі автогосподарства після робочого дня зливали, щоб не розморозити блок циліндрів або радіатор-іноді й те й інше разом. Зранку заливали гарячу воду. У лютий мороз двигуни запускалися без проблем. Якось за відсутністю гарячої води залили воду з-під крана. Вода відразу замерзла. Експеримент дорого обійшовся - стільки, скільки коштує купити і замінити блок циліндрів і радіатор автомобіля ЗІЛ-131. Хто не вірить-нехай перевірить. а Мпемба експериментував на морозиві. У морозиві кристалізація йде інакше, ніж у воді. Спробуйте відкусити зубами шматочок морозива і шматочок льоду. Швидше за все воно не замерзало, а загусало в результаті остигання. А прісна вода-будь вона гаряча чи холодна замерзає при 0*С. Холодна вода-швидко, а гарячий час на охолодження потрібно.

Wanderer, 06.05.2016 12:54 | to Алекс

"с" - швидкість світла у вакуумі E=mc^2 - формула, що виражає еквівалентність маси та енергії

Альберт, 27.07.2016 08:22

Спочатку аналогія із твердими тілами (процес випаровування відсутня). Нещодавно спаював мідні водопровідні труби. Процес відбувається нагріванням газового пальника до температури плавлення припою. Час розігріву одного стику з муфтою становить приблизно одну хвилину. Спаяв один стик з муфтою і за кілька хвилин зрозумів, що спаяв неправильно. Потрібно було трохи прокрутити трубу в муфті. Почав знову розігрівати пальником стик і, на подив, знадобилося хвилини 3-4, щоб розігріти стик до температури плавлення. Як же так!? Адже труба все ще гаряча і, здавалося б, потрібно набагато менше енергії, щоб нагріти її до температури плавлення, але виявилося навпаки. Вся справа в теплопровідності, яка вже прогріта труба суттєво вища і межа між прогрітою і холодною трубою за дві хвилини встигла зрушити далеко від місця стику. Тепер про воду. Оперуватимемо поняттями гаряча і підлога нагріта судина. У гарячому посудині утворюється вузька межа температурного поділу між гарячими, сильно рухливими частинками і малорухливими, холодними, яка відносно швидко переміщається від периферії до центру, тому що на цій межі швидкі частинки швидко віддають свою енергію (охолоджуються) частинками по той бік кордону. Оскільки обсяг зовнішніх холодних частинок більше, то швидкі частинки, віддаючи свою теплову енергію, що неспроможні істотно розігріти зовнішні холодні частинки. Тому процес остигання гарячої води відбувається відносно швидко. Підлозі нагріта ж вода має набагато меншу теплопровідність і ширина кордону між підлогою нагрітими і холодними частинками істотно ширша. Зміщення до центру такої широкої межі відбувається значно повільніше, ніж у разі гарячої судини. У результаті гаряча судина остигає швидше за теплу. Думаю, потрібно простежити в динаміці процес охолодження різнотемпературної води розмістивши кілька датчиків температури від середини до краю судини.

Макс, 19.11.2016 05:07

Перевірено: на ямалі в мороз труба з гарячою водою перемерзає і доводиться її відігрівати, а холодна ні!

Артем, 09.12.2016 01:25

Складно, але я думаю що холодна вода щільніша за гарячу ще краще кип'ячену і тут проходить прискорення по охолодженню і тобто. гаряча вода доходить до холодної температури і обганяє її, а якщо враховувати те що гаряча вода замерзає знизу а не з верху як написано вище то це на багато прискорює процес!

Олександр Сергєєв, 21.08.2017 10:52

Нема такого ефекту. На жаль. У 2016 році вийшла докладна стаття на тему в Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect З неї ясно, що при акуратному проведенні експериментів (якщо зразки теплої і холодної води однакові у всьому, крім температури) ефект не спостерігається .

Завлаб, 22.08.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"Це дійсно так." - якщо у школі не зрозумів, що таке теплоємність та закон збереження енергії. Перевірити просто – для цього потрібні: бажання, голова, руки, вода, холодильник та будильник. А ковзанки, як пишуть фахівці, наморожують (заливають) холодною водою, а теплою – вирівнюють порізаний лід. І в бачок омивача взимку потрібно лити незамерзаючу рідину, а не воду. Вода в будь-якому випадку замерзне, причому холодна – швидше.

Ірина, 23.01.2018 10:58

вчені всього світу б'ються над цим парадоксом, починаючи з часів Аристотеля, а Віктор, Завлаб і Сергєєв виявилися найрозумнішими.

Денис, 01.02.2018 08:51

Все правильно у статті написано. Але причина дещо інша. У процесі кип'ятіння з води випарюється розчинений у ній повітря отже в міру охолодження окропу в результаті його щільність буде меншою ніж у сирої води тієї ж температури. Інших причин для різної теплопровідності, крім різної щільності, немає.

Завлаб, 01.03.2018 08:58 | Завлаб

Ірина:), "вчені всього світу" на цьому "парадоксом" не б'ються, для справжніх вчених цього "парадоксу" просто немає - це легко перевіряється в добре відтворюваних умовах. "Парадокс" з'явився через невідтворювані експерименти африканського хлопчика Мпемби і роздутий йому подібними "вченими" :)

Вода – одна з найдивовижніших рідин у світі, якій притаманні незвичайні властивості. Наприклад, лід – твердий стан рідини, має питому вагу нижче, ніж сама вода, що у багато чому можливим виникнення та розвитку життя Землі. Крім того, в науковому, та й науковому світі точаться дискусії з приводу, яка вода швидше замерзає – гаряча чи холодна. Той, хто доведе швидше замерзання гарячої рідини в певних умовах і науково доведе своє рішення, отримає від Британського королівського товариства хіміків нагороду в 1000 фунтів стерлінгів.

Історія питання

Про те, що при виконанні низки умов гаряча вода за швидкістю замерзання випереджає холодну, було помічено ще в Середньовіччі. Поясненню цього феномена витратили чимало зусиль Френсіс Бекон (Francis Bacon) та Рене Декарт (René Descartes). Однак, з погляду класичної теплотехніки, цей парадокс пояснити неможливо, і про нього намагалися сором'язливо замовчувати. Поштовхом до продовження суперечок послужила дещо курйозна історія, що сталася з танзанійським школярем Ерасто Мпембе (Erasto Mpemba) у 1963 році. Якось під час уроку з приготування десертів у школі кухарів, хлопчик, відволікаючись на сторонні справи, не встиг охолодити суміш для морозива вчасно і засунув у морозильну камеру розчин цукру в молоці гарячим. На його подив, продукт охолоне трохи швидше, ніж у його товаришів по навчанню, які дотримуються температурний режим приготування морозива.

Намагаючись усвідомити сутність явища, хлопчик звернувся до вчителя фізики, який, не вдаючись до подробиць, висміяв його кулінарні досліди. Проте Ерасто вирізнявся завидною завзятістю і продовжив свої експерименти не на молоці, але в воді. Він переконався, що часом замерзання гарячої води відбувається швидше, ніж холодної.

Вступивши до університету в Дар-ес-Саламі (University of Dar es Salaam), Ераст Мпембе відвідав лекцію професора Дениса Г. Осборна (Dennis G. Osborne). Після закінчення студент спантеличив вченого проблемою про швидкість замерзання води залежно від її температури. Д.Г. Осборн висміяв саму постановку питання, заявивши з апломбом, що будь-якому двієчнику відомо, що холодна вода замерзне швидше. Однак природна завзятість юнака далася взнаки. Він уклав з професором парі, запропонувавши тут же, в лабораторії, провести експериментальну перевірку. Ерасто помістив у морозилку два контейнери з водою, температура якої в одному дорівнювала 95°F (35°C), а в другому – 212°F (100°C). Яке ж було здивування професора та оточуючих уболівальників, коли вода в другому контейнері замерзла швидше. З того часу це явище отримало назву «Парадоксу Мпемби».

Проте досі немає стрункої теоретичної гіпотези, що пояснює «Парадокс Мпемби». Не зрозуміло, які зовнішні чинники, хімічний склад води, наявність у ній розчинених газів і мінеральних речовин впливають швидкість замерзання рідин, що є при різних температурах. Парадоксальність «Ефекту Мпемби» в тому, що він суперечить одному з законів, відкритих ще І. Ньютоном, який говорить, що час остигання води прямо пропорційно різниці температур рідини та навколишнього середовища. І якщо всі інші рідини повністю підкоряються цьому закону, то вода у ряді випадків є винятком.

Чому гаряча вода швидше замерзаєт

Існує кілька версій, чому гаряча вода замерзає швидше за холодну. Основними з них вважаються:

• гаряча вода швидше випаровується, при цьому зменшується її об'єм, а менший об'єм рідини остигає швидше - при охолодженні води від + 100 до 0°С об'ємні втрати при атмосферному тиску досягають 15%;
• інтенсивність теплообміну між рідиною та навколишнім середовищем тим вища, чим більша різниця температур, тому теплові втрати окропу проходять швидше;
• при охолодженні гарячої води на її поверхні утворюється скоринка льоду, що перешкоджає повному промерзанню рідини та її випаровування;
• при високій температурі води відбувається її конвекційне перемішування, що скорочує час замерзання;
• розчинені у питній воді гази знижують точку замерзання, відбираючи енергію на кристалообразование, – у гарячій питній воді розчинені гази відсутні.

Всі ці умови неодноразово піддавалися експериментальній перевірці. Зокрема, німецький вчений Давид Ауербах (David Auerbach) виявив, що температура кристалізації гарячої води дещо вища, ніж у холодної, що уможливлює швидше замерзання першої. Однак пізніше його досліди були піддані критиці і багато вчених переконані, що «Ефект Мпемби» про те, яка вода швидше замерзає – гаряча чи холодна, можна відтворити лише за певних умов, пошуками та конкретизацією яких досі ніхто не займався.

Здрастуйте, дорогі любителі цікавих фактів. Сьогодні ми з вами поговоримо про . Але я думаю, що винесене в заголовок питання може здатися просто абсурдним — але чи завжди слід довіряти безроздільно горезвісному «здоровому глузду», а не суворо поставленому перевірочному досвіду. Давайте спробуємо розібратися, чому гаряча вода швидше замерзає, ніж холодна?

Історична довідка

Що в питанні із заморожуванням холодної і гарячої води «не все чисто» згадувалося ще в працях Аристотеля, потім подібні замітки робили Ф.Бекон, Р.Декарт і Дж.Блек. У новітній історії за цим ефектом закріпилася назва «парадокс Мпемби» — на ім'я школяра з Танганьїки Ерасто Мпемби, який поставив це питання заїжджому професору фізики.

Питання хлопчика виникло не на порожньому місці, а із суто особистих спостережень за процесом охолодження сумішей для морозива на кухні. Зрозуміло, присутні однокласники разом зі шкільним учителем підняли Мпембу на сміх — проте після експериментальної перевірки особисто професором Д.Осборном бажання потішатися над Ерасто у них «випарувалося». Більше того, Мпембой спільно з професором 1969-го року в Physics Education було опубліковано детальний опис цього ефекту — і з того часу названа назва закріпилася в науковій літературі.

У чому сутність явища?

Постановка досвіду досить проста: за інших рівних умов випробовуються однакові тонкостінні судини, в них суворо рівні кількості води, що відрізняються лише температурою. Посудини завантажуються в холодильник, після чого засікається час до утворення льоду в кожному з них. Парадокс полягає в тому, що в посудині з більш гарячою рідиною це відбувається швидше.

Як це пояснює сучасна фізика?

Універсального пояснення парадокс немає, оскільки спільно протікає кілька паралельних процесів, внесок яких може відрізнятися від конкретних початкових умов — але з одноманітним результатом:

• здатність рідини до переохолодження — спочатку холодна вода схильна до переохолодження, тобто. залишається рідкою тоді, коли її температура знаходиться вже нижче за точку замерзання
• прискорене охолодження - пара від гарячої води трансформується в мікрокристаліки льоду, які при падінні назад прискорюють процес, працюючи як додатковий «зовнішній теплообмінник»
• ефект ізоляції - на відміну від гарячої, холодна вода замерзає зверху, що призводить до зменшення тепловіддачі конвекцією та випромінюванням

Є й низка інших пояснень (останнього разу конкурс на кращу гіпотезу британське Королівське Хімічне Товариство проводило нещодавно, 2012-го) — але однозначної теорії для всіх випадків комбінацій вхідних умов не існує...

Британське Королівське хімічне товариство пропонує нагороду в 1 тисячу фунтів стерлінгів тому, хто зможе пояснити з наукового погляду, чому в деяких випадках гаряча вода замерзає швидше за холодну.

«Сучасна наука все ще не може відповісти на це просте на перший погляд питання. Виробники морозива та бармени використовують цей ефект у своїй повсякденній роботі, але ніхто насправді не знає, чому це працює. Ця проблема відома вже тисячоліття, такі філософи, як Арістотель та Декарт розмірковували про неї», - сказав президент Британського Королівського хімічного товариства, професор Девід Філіпс, слова якого наводяться в прес-релізі Товариства.

Як кухар з Африки переміг британського професора фізики

Це не першоквітневий жарт, а сувора фізична реальність. Нинішня наука, яка з легкістю оперує галактиками та чорними дірками, що будує гігантські прискорювачі для пошуку кварків та бозонів, не може пояснити, як «працює» елементарна вода. Шкільний підручник однозначно стверджує, що для охолодження більш нагрітого тіла потрібно більше часу, ніж для охолодження холодного тіла. А ось для води цей закон дотримується не завжди. На цей феномен звертав увагу ще Аристотель у 4 столітті до н. е. Ось що писав древній грек у книзі «Meteorologica I»: «Той факт, що вода попередньо нагрівається, сприяє її замерзанню. Тому багато людей, коли вони хочуть якнайшвидше охолодити гарячу воду, спочатку ставлять її на сонце...» У середні віки цей феномен намагалися пояснити Френсіс Бекон і Рене Декарт. На жаль, це не вдалося ні великим філософам, ні численним ученим, які розвивали класичну теплофізику, а тому про такий незручний факт надовго «забули».

І лише 1968 року «згадали» завдяки школяру Ерасто Мпембе з далекої від будь-якої науки Танзанії. Навчаючись у школі кухарського мистецтва, 1963 року 13-річний Мпембе отримав завдання зробити морозиво. За технологією треба було закип'ятити молоко, розчинити в ньому цукор, охолодити його до кімнатної температури, а потім поставити в холодильник для замерзання. Очевидно, Мпемба ні старанним учнем і забарився. Побоюючись, що не встигне до кінця уроку, він поставив у холодильник гаряче молоко. На його подив, воно замерзло навіть раніше, ніж молоко його товаришів, приготовлене за всіма правилами.

Коли Мпемба поділився своїм відкриттям із учителем фізики, той підняв його на сміх перед усім класом. Мпемба запам'ятав образу. Через п'ять років, будучи студентом університету в Дар-ес-Саламі, він опинився на лекції відомого фізика Дениса Г. Осборна. Після лекції він поставив вченому запитання: «Якщо ви візьмете два однакових контейнери з рівною кількістю води, один з температурою 35 °C (95 °F), а інший - 100 °C (212 °F), і помістіть їх у морозильник, то вода у гарячому контейнері замерзне швидше. Чому? Можете собі уявити реакцію британського професора на питання юнака із забутої Богом Танзанії. Він висміяв студента. Однак Мпемба був готовий до такої відповіді і викликав вченого на заклад. Їхня суперечка завершилася експериментальною перевіркою, що підтвердила правоту Мпемби та поразку Осборна. Так учень-поварянок вписав своє ім'я в історію науки, і відтепер цей феномен зветься «ефектом Мпемби». Відкинути його, оголосити як би неіснуючим не виходить. Явище існує, і, як писав поет, «ні в зуб ногою».

Винні порошинки та розчинені речовини?

За минулі роки багато хто намагався розгадати таємницю замерзаючої води. Було запропоновано цілий букет пояснень цього явища: випаровування, конвекція, вплив розчинених речовин - але жоден із цих факторів не можна визнати остаточним. Низка вчених присвятила ефекту Мпемба все життя. Співробітник кафедри радіаційної безпеки Державного університету Нью-Йорка – Джеймс Браунрідж (James Brownridge) – у вільний час займається вивченням парадоксу вже протягом десятиліття. Провівши сотні експериментів, учений стверджує, що має докази "вини" переохолодження. Браунрідж пояснює, що за 0°С вода лише переохолоджується, а замерзати починає, коли температура опускається нижче. Точка замерзання регулюється домішками, що знаходяться у воді - саме вони змінюють швидкість формування кристаликів льоду. Домішки, а це порошинки, бактерії та розчинені солі, мають характерну для них температуру нуклеації, коли навколо центрів кристалізації формуються кристалики льоду. Коли у воді знаходяться відразу декілька елементів, температура замерзання визначається тим із них, який має найвищу температуру нуклеації.

Для досвіду Браунрідж взяв дві проби води однакової температури та помістив їх у морозильну камеру. Він виявив, що один із екземплярів завжди замерзає раніше іншого – імовірно, через різне поєднання домішок.

Браунрідж стверджує, що гаряча вода остигає швидше через більшу різницю між температурами води та морозильної камери – це допомагає їй досягти своєї точки замерзання перш, ніж холодна вода досягне своєї природної точки замерзання, яка нижче, принаймні, на 5°С.

Втім, міркування Браунріджа викликають багато запитань. Тому ті, хто зуміє по-своєму пояснити ефект Мпемби, мають шанс поборотися за тисячу фунтів стерлінгів від Британського королівського хімічного товариства.

У цій статті ми розглянемо питання, чому гаряча вода замерзає швидше за холодну.

Нагріта вода замерзає набагато швидше, ніж холодна! Це дивовижна властивість води, точне пояснення якому вчені не можуть знайти досі, відомо з найдавніших часів. Наприклад, ще в Аристотеля зустрічається опис зимової риболовлі: рибалки вставляли вудки в отвори в льоду, і щоб вони швидше вмерзли, поливали лід теплою водою. Назва цього явища отримало на ім'я Ерасто Мпемби у 60-ті роки XX століття. Мемба помітив дивний ефект, коли готував морозиво, і звернувся по пояснення до свого викладача фізики — доктора Дениса Осборна. Мпемба і доктор Осборн експериментували з водою різної температури і зробили висновок: майже кипляча вода починає замерзати набагато швидше, ніж вода кімнатної температури. Інші вчені проводили власні експерименти та щоразу отримували схожі результати.

Пояснення фізичного явища

Загальновизнаного пояснення, чому так відбувається, поки немає. Багато дослідників припускають, що вся справа в переохолодженні рідини, що відбувається, коли її температура опускається нижче за температуру замерзання. Інакше висловлюючись, якщо вода замерзає при температурі нижче 0°З, то переохолоджена вода може мати температуру, наприклад, -2°З при цьому залишатися рідкої, не перетворюючись на лід. Коли ми намагаємося заморозити холодну воду, є ймовірність, що вона спочатку переохолодиться, а затвердіє лише за якийсь час. У нагрітій воді відбуваються інші процеси. Її швидше перетворення на лід пов'язують із конвекцією.

Конвекція— це фізичне явище, у якому теплі нижні шари рідини піднімаються, а верхні, охололі, опускаються.