Почему горячая вода замерзает быстрее холодной

В 1963-м году танганьикский школьник по имени Эрасто Мпемба подошел на уроке к преподавателю физики и попросил объяснить – почему горячая вода замерзает быстрее холодной, но тот лишь посмеялся над учеником, заявив следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы». Однако ученик стоял на своем, ведь он видел это своими глазами, поставив две чашки воды в холодильник, и горячая замерзла быстрее.

Почему горячая вода замерзает быстрее холодной

С этим же вопросом Мпемба обратился к приехавшему в школу Деннису Осборну, профессору физики. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, но не дала ему объяснения. В 1969-м году в журнале «Physics Education» была опубликована совместная статья Мпембы и Осборна, описывающая эффект.

В том же году Джордж Келл из канадского Национального исследовательского совета опубликовал статью с описанием явления.

Существует несколько версий объяснения этого парадокса: горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объём, а меньший объём воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

Наличие снеговой подкладки в морозильной камере холодильника также играет не последнюю роль. Контейнер с горячей водой растапливает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозильной камеры. Контейнер с холодной водой не плавит под собой снег. При отсутствии снеговой подкладки контейнер с холодной водой должен замерзать быстрее.

Процесс замерзания холодной воды начинается сверху, что ухудшает такие явления, как теплоизлучение и конвекция, а значит и убыль тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу. При дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

Также свою роль в процессе замерзания играет наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде – растворенных в ней веществ. При незначительном количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и не исключено даже её переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

Не стоит сбрасывать со счетов и разницу в энергии, запасенную в водородных связях. Чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородные связи растягиваются, и, следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды − молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии, как известно, и означает охлаждение.

Но однозначного ответа на вопрос, какие из этих версий обеспечивают стопроцентное воспроизводство эффекта Мпембы, так и не было получено.

 

Источник

Категория: Разное | Просмотров: 255 |

Всего комментариев: 0
avatar