Скачать Эффект Мпембы: почему горячая вода замерзает быстрее, чем холоднаяУчёные достаточно давно знают о том, что при определённых обстоятельствах горячая вода замерзает быстрее холодной, но до сих пор никто не мог объяснить, почему. Многие исследователи выдвигали свои предположения и теории, и лишь один утверждает, что знает однозначный ответ.

Существует несколько объяснения этого парадокса:
Горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее.
Наличие снеговой подкладки в морозилке холодильника. Контейнер с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки.
Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.
Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде – растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру.

Проблема заключается в том, что эффект проявляется не всегда – холодная вода гораздо чаще замерзает быстрее горячей.

Сотрудник кафедры радиационной безопасности Государственного университета Нью-Йорка – Джеймс Браунридж (James Brownridge) – в своё свободное время занимается изучением парадокса вот уже на протяжении десятилетия. Проведя сотни экспериментов, учёный утверждает, что имеет доказательства «вины» переохлаждения. Браунридж объясняет, что вода лишь переохлаждается при 0° С, а замерзать начинает, когда температура опускается ниже. Точка замерзания регулируется находящимися в воде примесями, изменяющими скорость формирования кристалликов льда. Примеси, такие как пылинки, бактерии и растворённые соли, имеют характерную для них температуру нуклеации. Когда в воде находятся сразу несколько элементов, температура замерзания определяется тем из них, который имеет самую высокую температуру нуклеации.

Во время проведения опыта, Браунридж взял две пробы воды одинаковой температуры и поместил их в морозильную камеру. Он обнаружил, что один из экземпляров всегда замерзает раньше другого – предположительно, из-за разного сочетания примесей. Затем учёный достал воду из морозильника, одну пробу нагрел до комнатной температуры, вторую – до 80° С, а затем снова заморозил их. Результат показал, что если разница между температурами замерзания двух экземпляров составляла хотя бы 5° С, та проба, которая имела самую высокую точку замерзания, всегда будет замерзать раньше другой пробы при повторном охлаждении после нагревания до 80° С.

Браунридж утверждает, что горячая вода остывает быстрее из-за большей разницы между температурами воды и морозильной камеры – это помогает ей достичь своей точки замерзания прежде, чем холодная вода достигнет своей естественной точки замерзания, которая ниже, по крайней мере, на 5° С. Учёный также сообщил, что контролировать необходимо все условия, включая размещение образцов в морозильной камере и типы контейнеров, что не учитывалось в предыдущих исследованиях.

Эффект, известный как парадокс Мпембы, впервые был обнаружен Аристотелем ещё в IV еке до нашей эры. Своё название эффект получил в 1960-х годах, когда школьник Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) из Танзании выступил перед всем классом с заявлением о том, что мороженое замёрзнет быстрее, если его нагреть, прежде чем положить в морозильную камеру. Смех товарищей прекратился лишь тогда, когда школьный учитель лично провёл эксперимент и убедился в правильности выводов ученика.

С результатами работы Браунриджа можно ознакомиться на сайте physics.binghamton.edu.
Источник: physorg.com

загрузка...