Це дійсно так, хоча звучить неймовірно, т.к в процесі замерзаніяпредварітельно нагріта вода повинна пройти температуру холодної води. Тим часом, цей еффектшіроко іспользуется.Напрімер, катки та гірки взимку заливають гарячою, а не холодною водою. Фахівці радять автомобілістам заливати взимку в бачок омивача холодну, а не гарячу воду. Парадокс відомий в світі, як «Ефект Мпемби».

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

На щастя, один раз в школі побував Денніс Осборн, професор фізики з університету Дар-ес-Салама. І Мпемби звернувся до нього з тим же 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. Схоже, вони підтвердили слова хлопчика. У всякому разі, в 1969 році Осборн розповів про роботу з Мпемби в журналі «англ. PhysicsEducation». У тому ж році Джордж Келл з канадського Національного дослідницького ради опублікував статтю з описом явища в «англ. AmericanJournalofPhysics».

Є кілька варіантів пояснення цього феномена:

• Гаряча вода швидше випаровується, зменшуючи тим самим свій обсяг, а менший обсяг води з тієї ж температурою замерзає швидше. У герметичних контейнерах холодна вода повинна замерзати швидше.
• Наявність снігової підкладки. контейнер з гарячою водою протавали під собою сніг, покращуючи тим самим тепловий контакт з охолоджуючої поверхнею. Холодна вода не протавали під собою сніг. При відсутності снігового підкладки контейнер з холодною водою повинен замерзати швидше.
• Холодна вода починає замерзати зверху, погіршуючи тим самим процеси теплоизлучения і конвекції, а значить і убутку тепла, тоді як гаряча вода починає замерзати знизу. При додатковому механічному перемішуванні води в контейнерах холодна вода повинна замерзати швидше.
• Наявність центрів кристалізації в охолоджувальної воді - розчинених в ній речовин. При малій кількості таких центрів в холодній воді перетворення води в лід утруднено і можливо 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 прийшов до висновку, що важливу роль в ньому відіграють розчинені у воді речовини, які при нагріванні осідають.
під розчиненими речовинами д-р Катц увазі бікарбонати кальцію і магнію, які містяться в жорсткій воді. Коли воду нагрівають, ці речовини осідають, вода стає «м'якої». Вода, яка ніколи не нагрівалася, містить ці домішки, вона «жорстка». У міру її замерзання і утворення кристалів льоду концентрація домішок у воді збільшується в 50 разів. Через це знижується точка замерзання води.

Мені це пояснення не здається переконливим, тому що не треба забувати, що ефект був виявлений в дослідах з морозивом, а не з жорсткою водою. Швидше за все причини явища теплофізичні, а не хімічні.

Поки однозначного пояснення парадоксу Мпемби ніхто не почув. Треба сказати, що деякі вчені не вважають цей парадокс заслуговує на увагу. Однак це дуже цікаво, що простий школяр домігся визнання фізичної ефекту і отримав популярність через свою допитливість і наполегливості.

Додано в лютому 2014 р

Замітка була написана в 2011 р З тих пір з'явилися нові дослідження ефекту Мпемби і нові спроби його пояснення. Так, в 2012 р Королівське хімічне товариство Великобританії оголосило міжнародний конкурс на розгадку наукової таємниці "Ефект Мпемби" з призовим фондом 1000 фунтів. Дедлайн було встановлене 30 липня 2012 року. Переможцем став Нікола Бреговік з лабораторії університету Загреба. Він опублікував свою працю, в якому аналізував попередні спроби пояснення цього явища і прийшов до висновку, що вони не переконливі. Запропонована ним модель заснована на фундаментальних властивостях води. Бажаючі можуть знайти роботу за посиланням http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

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

Схожі по тематиці статті на сайті:

Інші статті розділу

Коментарі:

Олексій Мишнєв. , 06.10.2012 4:14

Чому гаряча вода випаровується швидше? Вченими, практично доведено, що склянка гарячої води замерзає швидше, ніж холодної. Вчені це явище пояснити не можуть з тієї причини, що вони не розуміють суті явищ: теплоти і холоду! Теплота і холод, це фізичне відчуття, яке викликає взаємодія частинок Матерії, у вигляді зустрічного стиснення магнітних хвиль, які рухаються з боку простору і від центру землі. Тому, чим більше різниця потенціалів, цього магнітної напруги, тим швидше здійснюється енергообмін методом зустрічного проникнення одних хвиль в інші. Тобто, методом дифузії! У відповідь на мою статтю, один опонент пише: 1) «..Горячая вода ШВИДШЕ випаровується, в результаті 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'яному кориті, яке як контраргумент призводить опонент. Що некоректно! Відповідаю на питання: «ЗА ЯКОЮ ПРИЧИНИ 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, розпилюють частки води, так як рухаючись в простір, вони збільшуються в обсязі. Тобто, розширюються! У разі подолання магнітних хвиль стиснення, ці пари води стискаються (конденсуються) і під дією цих магнітних сил стиснення, вода у вигляді опадів повертається на землю! З уважені6м! Олексій Мишнєв. 6 жовтня 2012 року.

Олексій Мишнєв. , 06.10.2012 4:19

Що таке температура. Температура-це ступінь електромагнітного напруги магнітних хвиль з енергією стиснення і розширення. У разі рівноважного стану цих енергій, температура тіла або речовини знаходиться в стабільному стані. При порушенні рівноважного стану цих енергій, в сторону енергії розширення, тіло або речовина збільшується в об'ємі простору. У разі перевищення енергії магнітних хвиль в сторону стиснення, тіло або речовина зменшується в об'ємі простору. Ступінь електромагнітного напруги визначається за ступенем розширення або стиснення еталонного тіла. Олексій Мишнєв.

Моїсеєва Наталія, 23.10.2012 11:36 | ВНИИМ

Олексій, Ви говорите про якусь статті, в якій викладено 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 "електромагнітному розширенні еталонного тіла".

Юрій Кузнєцов, 04.12.2012 12:32

Пропонується гіпотеза, що це працює міжмолекулярної резонанс і породжене їм пондеромоторних тяжіння між молекулами. У холодній воді молекули рухаються і 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 одна до одної, внаслідок чого між молекулами виникає резонанс. При охолодженні цей резонанс частково зберігається, згасає не зразу. Спробуйте притиснути одну з двох струн гітари, що знаходяться в резонансі. Тепер відпустіть - струна знову почне вібрувати, резонанс відновить її коливання. Так і в замораживаемой воді зовнішні охолоджуються молекули намагаються втратити амплітуду і частоту коливань, але «теплі» молекули всередині судини «витягують» коливання тому, виступають в ролі вібраторів, а зовнішні - резонаторів. Між вібраторами і резонаторами і виникає пондеромоторних тяжіння *. Коли Пондеромоторна сила стає більше сили, викликаної кінетичної енергією молекул (які не тільки вібрують, але і рухаються лінійно), відбувається прискорена кристалізація - «Ефект Мпемби». Пондеромоторна зв'язок дуже хитка, Мпемби-ефект сильно залежить від усіх супутніх факторів: обсягу замораживаемой води, характеру її розігріву, умов заморожування, температури, конвекції, умов теплообміну, насичення газом, вібрації холодильного агрегату, вентиляції, домішок, випаровування тощо. Можливо, навіть від освітлення ... Тому ефект має масу пояснень і його, часом, важко відтворити. З тієї ж «резонансної» причини кип'ячена вода закипає швидше накопичений - резонанс деякий час після кип'ятіння зберігає інтенсивність коливань молекул води (втрата енергії при охолодженні в основному доводиться на втрату кінетичну енергії лінійного руху молекул). При інтенсивному нагріванні молекули-вібратори міняються ролями з молекулами-резонаторами в порівнянні з заморожуванням - частота вібраторів менше частоти резонаторів, а це означає, що між молекулами виникає не тяжіння, а відштовхування, що і прискорює перехід в інше агрегатний стан (Пара).

Влад, 11.12.2012 3:42

Зламав мозок ...

Антон, 04.02.2013 2:02

1.Неужелі це пондеромоторних тяжіння на стільки велике, що впливає на процес теплообміну? 2. Чи означає це, що при нагріванні всіх тіл до певної температури їх структурні частинки вступають в резонас? 3. внаслідок чого при охолодженні цей резонанс зникає? 4. Це Ваше припущення? Якщо є джерело, вкажіть. 5. За цією теорією форма посудини буде відігравати важливу роль, і якщо він буде тонким і плоским, то різниця в часі замерзання буде не велика, тобто можна це перевірити.

Гудрат, 11.03.2013 10:12 | METAK

У холодній воді вже є атоми азоту і відстані між молекулами води ближче ніж в гарячій воді. Тобто, висновок: Гаряча вода вбирає в себе атоми азоту швидше і при цьому він швидко замерзає ніж холодна вода, - це можна порівняти з загартуванням заліза, так як гаряча вода перетворюється в лід і гаряче залізо твердіє при швидкому охолодженні!

Володимир, 13.03.2013 6:50

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

Олексій Мишнєв, 21.03.2013 11:50

Перш, ніж говорити про резонансах, тяжіння і коливаннях частинок, треба зрозуміти і відповісти на питання: Які сили змушують коливатися частки? Так як, без кінетичної енергії, не може бути стиснення. Без стиснення, не може бути розширення. Без розширення, не може бути кінетичної енергії! Коли, починаєте міркувати про резонанс струн, Ви спершу доклали зусилля, що б одна з цих струн початку коливатися! Розмірковуючи про тяжінні, Ви в першу чергу повинні вказати силу, яка змушує ці тіла притягатися! Мною стверджується, що всі тіла стискаються електромагнітної енергією атмосфери і яка стискає все тіла, речовини і елементарні частинки з силою 1,33 кг. нема на см2, а на елементарну частіцу.Так як, тиск атмосфери, не може бути виборчим! Не плутати, з кількістю сили!

Додік, 31.05.2013 2:59

Мені здається, що ви забули одну істину - "Наука починається там, де починаються виміру". Яка температура "гарячої" води? Яка температура "холодної" води? У статті про це ні слова не говориться. 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 тільки вимірювати.

Дмитро, 24.12.2013 10:57

Молекули гарячої води рухаються швидше ніж в холоді, через це відбувається більш щільний контакт з навколишнім середовищем, вони як би впітавают весь холод швидко вповільнюючись.

Іван, 10.01.2014 5:53

Дивує поява подібної анонімної статті на цьому сайті. Стаття зовсім ненаукова. Як автор, так і коментатори навперебій пускаються в пошуки пояснення феномена, не спромігшись висунути, а чи спостерігається феномен взагалі і якщо спостерігається, то за яких умов. Більш 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 в дослідах з морозивом") слід, що сам він подібних дослідів не ставив. З перерахованих в статті варіантів "пояснення" явища видно, що описуються абсолютно різні експерименти, поставлені в різних умовах з різними водними розчинами. Як суть пояснень, так і умовний спосіб в них наводять на думку, що не проводилася навіть елементарна перевірка висловлених ідей. Хтось випадково почув курйозну історію і мимохідь висловив своє умоглядний висновок. Вибачте, але це не фізичне наукове дослідження, А розмова в курилці.

Іван, 10.01.2014 6:10

З приводу зауважень в статті про заливці ковзанок гарячою водою і бачків омивача скла холодної. Тут все просто з точки зору елементарної фізики. Каток заливають гарячою водою якраз тому, що замерзає вона повільніше. Каток повинен бути рівним і гладким. Спробуйте залити його холодною водою - отримаєте горби і "напливи", тому що вода буде _бистро_ замерзати не встигаючи розтектися рівномірним шаром. А гаряча і встигне рівним шаром розтектися, і вже наявні крижані і сніжні горбки розтопить. З омивачем теж не складно: заливати чисту воду в мороз немає сенсу - на склі вона замерзає (навіть гаряча); а гаряча рідина може привести до розтріскування холодного скла, плюс на склі матиме підвищену температуру замерзання через прискорений випаровування спиртів ще на шляху до скла (з принципом роботи самогонного апарату все знайомі? - спирт випаровується, вода залишається).

Іван, 10.01.2014 6:34

А по суті явища, нерозумно питати, чому два різних експерименту в різних умовах протікають по-різному. Якщо експеримент ставити чисто, то 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 нема на сніг, а на однакове рівне суху підставу, наприклад, дерев'яний стіл. І не в мікроморозілку, а в досить об'ємний термостат - я проводив досвід пару років назад на дачі, коли на вулиці була стабільна морозна погода близько 25С. Вода кристалізується при певній температурі після віддачі теплоти кристалізації. Гіпотеза зводиться до твердження, що гаряча вода остигає швидше (це так, у відповідності з класичної фізикою швидкість теплообміну пропорційна різниці температур), але зберігає підвищену швидкість охолодження навіть коли її температура зрівняється з температурою холодної води. Питається, чому вода, охолола до температури + 20С на вулиці відрізняється від точно такий же води, яка охолола до температури + 20С за годину до цього, але в кімнаті? Класична фізика (до речі, заснована не на балачки в курилці, а на сотнях тисяч і мільйонах експериментів) говорить: так нічим, подальша динаміка охолодження буде однаковою (тільки точки +20 окріп досягне пізніше). І експеримент показує те саме: коли в склянці з спочатку холодною водою вже міцна кірка льоду, гаряча вода навіть і не думала замерзати. P.S. До коментарів Юрія Кузнєцова. Наявність певного ефекту можна вважати встановленим, коли описані умови його виникнення і він стабільно відтворюється. А коли маємо якісь експерименти з невідомо якими умовами, будувати теорії їх пояснення передчасно і це нічого не дає з наукової точки зору. P.P.S. Ну а коменти Олексія Мишнева читати без сліз розчулення неможливо - людина живе в якомусь вигаданому світі, що не має відношення до фізики і реальним експериментам.

Григорій, 13.01.2014 10:58

Іван, до я розумію, Ви спростовуєте ефект Мпемби? Його не існує, як показують Ваші експерименти? Чому ж він так відомий у фізиці, і багато хто намагається його пояснити?

Іван, 14.02.2014 1:51

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

Павло, 18.02.2014 9:59

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

Григорій, 19.02.2014 12:50

Іван, я згоден, що сайтів околонаучной тематики, що публікують неперевірений сенсаційний матеріал зараз багато.? Адже ефект Мпемби досі досліджують. Причому досліджують вчені з університетів. Наприклад, в 2013 році цей ефект досліджувала група з технологічного університету в Сінгапурі. Подивіться по посиланню http://arxiv.org/abs/1310.6514. Вони вважають, знайшли пояснення цьому ефекту. Не буду детально писати про суть відкриття, але на їхню думку ефект пов'язаний з різницею енергій, запасених в водневих зв'язках.

Моїсеєва Н.П. , 19.02.2014 3:04

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

Ільдар, 24.02.2014 4:12 | немає сенсу все перераховувати

Якщо цей ефект Мпемби дійсно має місце, то пояснення треба шукати, я думаю в молекулярному пристрої води. Вода (як мені стало відомо з науково-популярної літератури) існує не окремими молекулами H2O, а кластерами з декількох молекул (навіть десятків). При підвищенні температури води швидкість руху молекул збільшується, кластери розбиваються один об одного і валентні зв'язки молекул не встигають зібрати великі кластери. На формування кластерів йде трохи більше часу, ніж на зниження швидкості руху молекул. А оскільки кластери дрібніше, то і формування кристалічної решітки відбувається швидше. У холодній воді, судячи з усього, великі досить стійкі кластери перешкоджають утворенню решітки, потрібен якийсь час на їх руйнування. Сам бачив по телевізору цікавий ефект, коли спокійно стояча в банку холодна вода 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 банку лопнула. Ну поп, що показав цей ефект, пояснював це тим, що вода була освячена. До речі, виявляється, вода сильно змінює свою в'язкість залежно від температури. Нам, як істотам великим, це непомітно, а на рівні дрібних (мм і менше) рачків, а тим більше бактерій, в'язкість води є досить суттєвим фактором. Ця в'язкість, я думаю, теж задається розмірами водяних кластерів.

СІРИЙ, 15.03.2014 5:30

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 тупик. даний феномен ефект Мпемби може пояснити тільки проста об'ємні теорія яка об'єднає всі фізичні моделі в єдину структуру взаємодії. насправді все просто

никита, 06.06.2014 4:27 | кар

а як зробити щоб вода залишилося холодна ане була теплою коли їдеш в машині!

алексей, 03.10.2014 1:09

А ось ще одне «відкриття», на ходу. Вода в пластиковій пляшці набагато швидше замерзає з відкритою пробкою. Заради забави ставив експеримент багато разів на сильному морозі. Ефект очевидний. Привіт теоретикам!

Євген, 27.12.2014 8:40

Принцип випарного охолоджувача. Беремо дві герметично закриті пляшки з холод і гарячий водою. Ставимо на мороз. Холодна вода замерзає швидше. Тепер беремо ці ж пляшки з холод і гарячий водою відкриваємо і ставимо на мороз. Гаряча вода замерзне швидше холодної. Якщо ми візьмемо два тази з холод і гарячий водою то гаряча вода замерзне набагато швидше. Це пов'язано з тим що ми збільшуємо контакт з атмосферою. Чим інтенсивніше випаровування тим швидше відбувається падіння температури. Тут треба згадати фактор вологості. Чим нижче вологість тим сильніше випаровування і сильніше охолодження.

сірий ТОМСК, 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 і кристалізації і до таких масштабів як підвищення температури з підвищенням давленіея, підвищення тиску з підвищенням температури. Навіть фізична модель енергії Сонця стане зрозуміла з вищеописаного. Я взимку. . на початку весни 20013 року подивившись на температурні моделі склав загальну температурну модель. Через пару місяців я згадав про температурний парадокс і тут я зрозумів ... що моя температурна модель описує і парадокс Мпемби. Це було в травні - червні 2013 року. На рік запізнився але це на краще. Моя фізична модель стоп кадр і її можна розтринькати як вперед так і назад і в ній є моторика активності, та сама активність в якій все рухається. У мене 8 класів школи і 2 роки училища з повтором теми. 20 років минуло. Так що будь-якого роду фізичні моделі знаменитих учених приписати не можу, як і формули. Так що вибачте.

Андрій, 08.11.2015 8:52

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

Андрій, 08.11.2015 8:58

Прошу вибачення я дав не той поштову скриньку ось правильний email: [Email protected]

Віктор, 23.12.2015 10:37

Мені здається все простіше, сніг у нас випадає, це випарувався газ, охолоджений, дак 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 9:18

Якби навіть хто то розкрив ці закони світу яке пов'язані з цим ефектом, то він би не писав тут.С моєї точки зорі було б не логічно розкрити його секрети для користувачів інтернету, коли він може його опублікувати на знаменитих наукових журналах і довести сам особисто перед народом.Так що, що тут буде писатися про цей ефект, все це більшість не логічні.)))

Алекс, 22.02.2016 12:48

привіт Експериментаторам Ви маєте рацію, кажучи, що Наука починається там, де ... не Вимірювання, а Обчислення. "Експеримент" - вічний і неодмінний аргумент для позбавлених Уяви і Лінійного мислення Всіх образив, тепер у справі Е \u003d mc2 - все пам'ятають? Швидкість молекул, що вилітають з холодної води в атмосферу визначає обсяг уносимой ними з води енергії (охолодження - втрата енергії) Швидкість молекул з гарячої води набагато вище і буря енергія - в квадраті (швидкість охолодження решти маси води) Ось і все, якщо піти від " експериментаторства "і згадати Базові основи Науки

Володимир, 25.04.2016 10:53 | Метео

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

Wanderer, 06.05.2016 12:54 | to Алекс

"С" - швидкість світла у вакуумі E \u003d mc ^ 2 - формула, що виражає еквівалентність маси і енергії

Альберт, 27.07.2016 8:22

Спочатку аналогія з твердими тілами (Процес випаровування відсутній). Нещодавно споював 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 через пару хвилин зрозумів, що спаяв неправильно. Знадобилося трохи прокрутити трубу в муфті. Став 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 все виявилося навпаки. Вся справа в теплопровідності, яка у вже прогрітій труби істотно вище і кордон між прогрітій і холодної трубою за дві хвилини встигла зрушити далеко від місця стику. Тепер про воду. Будемо оперувати поняттями гарячий і підлозі нагріте посудину. У гарячому посудині утворюється вузька межа температурного розділу між гарячими, сильно рухомими частинками і малорухомими, холодними, яка відносно швидко переміщається від периферії до центру, тому що на цьому кордоні швидкі частинки швидко віддають свою енергію (охолоджуються) частками по той бік кордону. Так як обсяг зовнішніх холодних частинок більше, то швидкі частинки, віддаючи свою теплову енергію, Не можуть істотно розігріти зовнішні холодні частинки. Тому процес охолодження гарячої води відбувається відносно швидко. Полу нагріта ж вода має набагато меншу теплопровідність і ширина кордону між підлозі нагрітими і холодними частинками істотно ширше. Зсув до центру такої широкої кордону відбувається значно повільніше, ніж у випадку з гарячим посудиною. В результаті гарячий посудину остигає швидше теплого. Думаю, потрібно простежити в динаміці процес охолодження різно температурної води розмістивши кілька датчиків температури від середини до краю судини.

Макс, 19.11.2016 5:07

Перевірено: на Ямалі в мороз труба з гтрячей водою перемерзає і її доводиться відігрівати, а холодна немає!

Артем, 09.12.2016 1:25

Складно, але я думаю що холодна вода щільніше гарячої ще краще кип'яченою і тут проходить прискорення по охолоджуванням і тобто гаряча вода доходить до температури холодної 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

Немає такого ефекту. На жаль. У 2016 році вийшла докладна стаття по темі 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 5:31

Victor, 27.10.2017 3:52

"Це дійсно так." - якщо в школі не зрозумів, що таке теплоємність і закон збереження енергії. Перевірити просто - для цього потрібні: бажання, голова, руки, вода, холодильник і будильник. А катки, як пишуть фахівці, наморожують (заливають) холодною водою, а теплою - вирівнюють порізаний лід. І в бачок омивача взимку потрібно лити рідину, що не, 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 8:51

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

Завлаб, 01.03.2018 8:58 | завлаб

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

miroland, 23.03.2019 7:20

танзанійський хлопчина, який живе в самому серці Африки, який, цілком можливо, сніг в очі ніколи не бачив ... ;-D я нічого не плутаю ???)))

Сергій, 14.04.2019 2:02

Беремо дві гумки, розтягуємо обидві, причому одну більша за іншу (аналогія з внутрішньою енергією холодної і теплої води) одночасно відпускаємо один кінець гумок. Яка гумка стиснеться швидше?

Артаніс, 08.05.2019 3:34

Тільки що сама провела цей досвід. Поставила в морозилку дві абсолютно однакові чашки з гарячою і холодною водою. Холодна замерзла набагато швидше. Гаряча ще залишалася трохи теплої. Що не так в моєму досвіді?

Завлаб, 09.05.2019 6:21 |

Артаніс, З Вашим досвідом "все так" :) - «Ефекту Мпемби» не існує при правильно виконаному експерименті, які забезпечує ідентичність умов охолодження однакових обсягів води лише з різною початковою температурою. Вітаю Вас - ви перейшли на бік світла, розуму і торжества основних фізичних законів і стали віддалятися від "секти Мпемби", і любителів ю-тюбовскіх відео в стилі "про що нам брехали на уроках фізики" ... :)

Моїсеєва Н.П. , 16.05.2019 04:30 | Гл. редактор

Ви маєте рацію, від умов експерименту багато що залежить. Але якби ефекту не спостерігалося взагалі, то не було б і досліджень, і публікацій в серйозних журналах. Ви до кінця дочитали замітку? Про ю-тюбовскіх відео тут мова не йде.

Завлаб, 06.08.2019 5:26 | СлавНефтьГаз-ЮжСеверЗапВосток-СінтезЧегоУгодно

Наталія Петрівна, ми живемо в епоху «кризи відтворюваності» в науці, коли заради збільшення індексу цитованості під гаслом «публікуй або згинь» «горе-вчені» вважають за краще змагатися в вигадуванні божевільних теорій для обгрунтування свідомо сумнівних експериментальних даних замість того щоб витратити чуйна часу і ресурсів для перевірки цих даних перед тим як засісти за чисто теоретичну статтю. Приклад таких «горе-вчених» якраз «фізики з Сінгапуру», яких Ви згадали в статті - в їх публікації немає власних експериментальних даних, а тільки голі теоретичні міркування про можливий вплив незрозумілих явища «O: HO Bond Anomalous Relaxation» на процес аномального замерзання води, який спостерігали і Френсіс Бекон і Рене Декарт і навіть Аристотель аж 350 років до Р.Х. ... І особисто я дуже радий, що Нікола Бреговік з університету Загреба отримав свої призові 1000 фунтів від Королівського хімічного товариства Великобританії після того як на хорошому обладнанні в відтворюваних умовах сам наміряв цілком фізично з'ясовні результати без всяких аномалій і поставив під сумнів як кострубаті вимірювання хлопчика Мпемби і його адептів так і адекватність тих, хто спробував підвести під ці кострубаті експерименти «теоретичну базу».

ефект Мпемби (Парадокс Мпемби) - парадокс, який говорить, що гаряча вода при деяких умовах замерзає швидше, ніж холодна, хоча при цьому вона повинна пройти температуру холодної води в процесі замерзання. Даний парадокс є експериментальним фактом, що суперечить традиційним уявленням, згідно з якими при одних і тих же умовах більш нагрітого тіла для охолодження до деякої температури потрібно більше часу, ніж менш нагрітого тіла для охолодження до тієї ж температури.

Цей феномен помічали свого часу Аристотель, Френсіс Бекон і Рене Декарт, проте лише в 1963 році танзанійський школяр Ераста Мпемби встановив, що гаряча суміш морозива замерзає швидше, ніж холодна.

Будучи учнем Магамбінской середньої школи в Танзанії Ераста Мпемби робив практичну роботу по кухарської справи. Йому потрібно було виготовити саморобний морозиво - закип'ятити молоко, розчинити в ньому цукор, охолодити його до кімнатної температури, а потім поставити в холодильник для замерзання. Мабуть, Мпемби не був особливо старанним учнем і забарився з виконанням першої частини завдання. Побоюючись, що не встигне до кінця уроку, він поставив в холодильник ще гаряче молоко. На його подив, воно замерзло навіть раніше, ніж молоко його товаришів, приготоване за заданою технологією.

Після цього Мпемби експериментував не тільки з молоком, а й зі звичайною водою. У всякому разі, вже будучи учнем Мквавской середньої школи він поставив запитання професору Деннісу Осборну з університетського коледжу в Дар-Ес-Саламі (запрошеному директором школи прочитати учням лекцію з фізики) саме з приводу води: "Якщо взяти два однакових контейнера з рівними обсягами води так, що в одному з них вода має температуру 35 ° С, а в іншому - 100 ° С, і поставити їх в морозилку, то в другому вода замерзне швидше. Чому? " Осборн зацікавився цим питанням і незабаром в 1969 році вони разом з Мпемби опублікували результати своїх експериментів в журналі "Physics Education". З тих пір виявлений ними ефект називається ефектом Мпемби.

До сих пір ніхто точно не знає, як пояснити цей дивний ефект. У вчених немає єдиної версії, хоча існує багато. Вся справа в різниці властивостей гарячої та холодної води, але поки не зрозуміло, які саме властивості відіграють роль в цьому випадку: різниця в переохолодженні, випаровуванні, формуванні льоду, конвекції або впливі розріджених газів на воду при різних температурах.

Парадоксальність ефекту Мпемби в тому, що час, протягом якого тіло остигає до температури довкілля, Має бути пропорційно різниці температур цього тіла і навколишнього середовища. Цей закон був встановлений ще Ньютоном і з тих пір багато разів підтверджувався на практиці. В даному ж ефекті вода з температурою 100 ° С остигає до температури 0 ° С швидше, ніж така ж кількість води з температурою 35 ° С.

Проте, це ще не передбачає парадокс, оскільки ефекту Мпемби можна знайти пояснення і в рамках відомої фізики. Ось кілька пояснень ефекту Мпемби:

випаровування

Гаряча вода швидше випаровується з контейнера, зменшуючи тим самим свій обсяг, а менший обсяг води з тієї ж температурою замерзає швидше. Нагріта до 100 С вода втрачає 16% своєї маси при охолодженні до 0 С.

Ефект випаровування - подвійний ефект. По-перше, зменшується маса води, яка необхідна для охолодження. І по-друге, знижується температура через те, що зменшується теплота випаровування переходу з фази води в фазу пара.

різниця температур

Через те, що різниця температур між гарячою водою і холодним повітрям більше - отже теплообмін в цьому випадку йде інтенсивніше і гаряча вода швидше охолоджується.

переохолодження

Коли вода охолоджується нижче 0 С вона не завжди замерзає. При деяких умовах вона може зазнавати переохолодження, продовжуючи залишатися рідкою при температурах нижче температури точки замерзання. У деяких випадках вода може залишатися рідкою навіть при температурі -20 С.

Причина цього ефекту в тому, що для того, щоб почали формуватися перші кристали льоду потрібні центри кристаллообразования. Якщо їх немає в рідкій воді, тоді переохолодження триватиме до тих пір, поки температура не знизиться настільки, що кристали почнуть формуватися спонтанно. Коли вони почнуть формуватися в переохолоджених рідини, вони почнуть рости швидше, формуючи Ледово шугу, яка замерзаючи, буде утворювати лід.

Гаряча вода найбільше схильна до переохолодження оскільки її нагрівання усуває розчинені гази і бульбашки, які в свою чергу, можуть служити центрами освіти кристалів льоду.

Чому ж переохолодження змушує гарячу воду застигати швидше? У випадку з холодною водою, що не переохолоджується відбувається наступне. В цьому випадку тонкий шар льоду буде утворюватися на поверхні судини. Цей шар льоду буде діяти як ізолятор між водою і холодним повітрям і буде перешкоджати подальшому випаровуванню. Швидкість формування кристалів льоду в цьому випадку буде менше. У випадку з гарячою водою, яка піддається переохолодженню, переохолоджених вода не має захисного поверхневого шару льоду. Тому вона втрачає тепло набагато швидше через відкритий верх.

Коли процес переохолодження закінчується і вода замерзає, втрачається набагато більше тепла і тому формується більше льоду.

Багато дослідників цього ефекту вважають переохолодження головним фактором у випадку з ефектом Мпемби.

Конвекція

Холодна вода починає замерзати зверху, погіршуючи тим самим процеси теплоизлучения і конвекції, а значить і убутку тепла, тоді як гаряча вода починає замерзати знизу.

Пояснюється цей ефект аномалією густини води. Вода має максимальну щільність при 4 С. Якщо охолодити воду до 4 С і покласти її при більш низькій температурі, поверхневий шар води замерзне швидше. Тому що ця вода менш щільна ніж вода при температурі 4 С, вона залишиться на поверхні, формуючи тонкий холодний шар. При цих умовах тонкий шар льоду буде формуватися на поверхні води протягом короткого часу, але цей шар льоду буде служити ізолятором, що захищає нижні шари води, які будуть залишатися при температурі 4 С. Тому подальший процес охолодження буде проходити повільніше.

У випадку з гарячою водою ситуація зовсім інша. Поверхневий шар води буде охолоджуватися більш швидше за рахунок випаровування і більшої різниці температур. Крім того, холодний шари води більш щільні, ніж шари гарячої води, тому шар холодної води буде опускатися вниз, піднімаючи шар теплої води на поверхню. Така циркуляція води забезпечує швидке падіння температури.

Але чому цей процес не досягає точки рівноваги? Для пояснення ефекту Мпемби з цієї точки зору конвекції варто було б прийняти, що холодні і гарячі шари води розділені і сам процес конвекції триває після того, як середня температура води опуститься нижче 4 С.

Однак, немає експериментальних даних, які підтверджували б цю гіпотезу, що холодні і гарячі шари води розділені в процесі конвекції.

Розчинені у воді гази

Вода завжди містить розчинені в ній гази - кисень і вуглекислий газ. Ці гази мають здатність зменшувати точку замерзання води. Коли вода нагріта, ці гази виділяються з води, оскільки їх розчинність в воді при високій температурі нижче. Тому коли гаряча вода охолоджується, в ній завжди менше розчинених газів, ніж в не нагрітий холодній воді. Тому точка замерзання нагрітої води вище і вона замерзає швидше. Цей фактор іноді розглядається як головний при поясненні ефекту Мпемби, хоча ніяких експериментальних даних, що підтверджують цей факт немає.

теплопровідність

Цей механізм може відігравати суттєву роль коли вода поміщається в морозильник холодильної камери в невеликих контейнерах. У цих умовах відмічено, що контейнер з гарячою водою протавали під собою лід морозильної камери, покращуючи тим самим тепловий контакт із стінкою морозилки і теплопровідність. В результаті чого, тепло відводиться від контейнера з гарячою водою швидше, ніж від холодного. У свою чергу контейнер з холодною водою не протавали під собою сніг.

Всі ці (а також інші) умови вивчалися в багатьох експериментах, але однозначної відповіді на питання - які з них забезпечують стовідсоткове відтворення ефекту Мпемби - так і не було отримано.

Так, наприклад, в 1995 році німецький фізик Давид Ауербах вивчав вплив переохолодження води на цей ефект. Він виявив, що гаряча вода, досягаючи переохолодженого стану, замерзає при більш високій температурі, ніж холодна, а значить швидше останньої. Зате холодна вода досягає переохолодженого стану швидше гарячої, компенсуючи тим самим попереднє відставання.

Крім того, результати Ауербаха суперечили отриманим раніше даним, що гаряча вода здатна досягти більшого переохолодження через меншої кількості центрів кристалізації. При нагріванні води з неї видаляються розчинені в ній гази, а при її кип'ятінні випадають в осад деякі розчинені в ній солі.

Стверджувати поки можна тільки одне - відтворення цього ефекту істотно залежить від умов, в яких проводиться експеримент. Саме тому, що відтворюється він далеко не завжди.

О. В. Мосін

літературніджерела:

"Hot water freezes faster than cold water. Why does it do so?", Jearl Walker in The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, No. 3, pp 246-257; September, 1977.

"The Freezing of Hot and Cold Water", G.S. Kell in American Journal of Physics, Vol. 37, No. 5, pp 564-565; May, 1969.

"Supercooling and the Mpemba effect ", David Auerbach, in American Journal of Physics, Vol. 63, No. 10, pp 882-885; Oct, 1995.

"The Mpemba effect: The freezing times of hot and cold water", Charles A. Knight, in American Journal of Physics, Vol. 64, No. 5, p 524; May, 1996..

Одним з моїх найулюбленіших предметів в школі була хімія. Якось раз викладач хімії дав нам дуже дивне і важке завдання. Він дав нам список питань, на які ми повинні були відповісти з точки зору хімії. На це завдання нам дали кілька днів і дозволили користуватися бібліотеками та іншими доступними джерелами інформації. Один з цих питань стосувався температури замерзання води. Я точно не пам'ятаю, як звучало питання, але мова йшла про те, що якщо взяти два дерев'яних відра однакового розміру, одне з гарячою водою, інше з холодною (з точно зазначеної температурою), і помістити їх в середу з певною температурою, яке з них замерзне швидше? Звичайно відразу ж напрошувався відповідь - відро з холодною водою, але нам здалося це дуже просто. Але цього було недостатньо, щоб дати повну відповідь, нам потрібно було довести це з хімічної точки зору. Незважаючи на всі мої роздуми і дослідження, я не зміг зробити логічного висновку. В цей день я навіть вирішив пропустити цей урок, тому я так і не дізнався рішення цієї загадки.

Пройшли роки, і я дізнався багато побутових міфів про температуру кипіння і замерзання води, і один міф свідчив: «гаряча вода замерзає швидше». Я переглянув безліч веб сайтів, але інформація була занадто суперечливою. І це були всього лише думки, необгрунтовані з точки зору науки. І я зважився провести власний досвід. Оскільки мені не вдалося знайти дерев'яні відра, я використовував морозильну камеру, плиту, трохи води і цифровий термометр. Про результати мого досвіду я розповім трохи пізніше. Спочатку я поділюся з вами деякими цікавими доводами з приводу води:

Гаряча вода замерзає швидше холодної. Більшість експертів стверджують, що холодна вода замерзне швидше, ніж гаряча. Але одне забавне явищ (так званий ефект Мембе), з незрозумілих причин, доводить протилежне: Гаряча вода замерзає швидше холодної. Одним з декількох пояснень є процес випаровування: якщо дуже гарячу воду помістити в холодне середовище, то вода почне випаровуватися (залишкова кількість води замерзне швидше). І відповідно до законів хімії це зовсім не міф, і найімовірніше саме це викладач хотів від нас почути.

Кип'ячена вода замерзає швидше водопровідної води. Незважаючи на попереднє пояснення, деякі експерти стверджують, що кип'ячена вода, охолола до кімнатної температури, повинна замерзнути швидше, тому що в результаті кипіння скорочується кількість кисню.

Холодна вода закипає швидше гарячої води. Якщо гаряча вода замерзає швидше, то, можливо, холодна вода швидше закипає! Це суперечить здоровому глузду і вчені стверджують, що цього просто не може бути. Гаряча вода з крана насправді повинна закипати швидше, ніж холодна. Але, використовуючи гарячу воду для кип'ятіння, ви не економите енергію. Можливо ви і витратите менше газу або світла, але водонагрівач буде використовувати ту ж кількість енергії, яка необхідна для нагрівання холодної води. (З сонячною енергією справа йде трохи інакше). В результаті нагрівання води водонагрівачем, може з'явитися осад, тому вода буде нагріватися довше.

Якщо в воду додати сіль, вона закипить швидше. Сіль збільшує температуру кипіння (і відповідно знижує температуру замерзання - ось чому деякі господині додають в морозиво трохи кам'яної солі). Але нас в даному випадку цікавить інше питання: як довго вода буде закипати і чи може температура кипіння в цьому випадку піднятися вище 100 ° C). Незважаючи на те, що пишуть в кулінарних книгах, вчені стверджують, що кількість солі, яку ми додаємо в киплячу воду, недостатньо для того, щоб вплинути на час або температуру кипіння.

Але ось що вийшло у мене:

Холодна вода: я використовував три скляних склянки по 100 мл очищеної води: один стакан з кімнатною температурою (72 ° F / 22 ° C), один - з гарячою водою (115 ° F / 46 ° C), і один з кип'яченою (212 ° F / 100 ° C). Всі три склянки я помістив в морозильну камеру при температурі -18 ° C. І оскільки я знав, що вода не відразу перетворитися в лід, ступінь заморожування я визначав по «дерев'яному поплавця». Коли паличка, поміщена в центр склянки, більше не торкалася підстави, я вважав, що вода замерзла. Склянки я перевіряв кожні п'ять хвилин. І які мої результати? Вода в першому склянці замерзла через 50 хвилин. Гаряча вода замерзла через 80 хвилин. Кип'ячена - через 95 хвилин. Мої висновки: з огляду на умови в морозильній камері і воду, яку я використовував, мені не вдалося відтворити ефект Мембе.

Я також пробував провести такий досвід з раніше кип'яченою водою, постигла до кімнатної температури. Вона замерзла через 60 хвилин - все одно знадобилося більше часу, ніж для замерзання холодної води.

Кип'ячена вода: я взяв літр води при кімнатній температурі і поставив її на вогонь. Вона закипіла за 6 хвилин. Потім я знову її охолодив до кімнатної температури і додав в її в гарячу. При такому ж вогні, гаряча вода закипіла за 4 години і 30 хвилин. Висновок: як і очікувалося, гаряча вода закипає значно швидше.

Кип'ячена вода (з сіллю): я додав 2 великі ложки харчової солі на 1 літр води. Вона закипіла через 6 хвилин 33 секунди, і як показав термометр досягла температури 102 ° C. Безсумнівно сіль впливає на температуру кипіння, але не сильно. Висновок: сіль у воді не сілбно впливає на температуру і час кипіння. Я чесно визнаю, що мою кухню важко назвати лабораторією, і можливо мої висновки суперечать дійсності. Моя морозильна камера може нерівномірно заморожувати продукти. Мої скляні стакани могли бути неправильної форми, І т.д. Але що б не вийшло в лабораторних умовах, коли мова йде про заморожування або кип'ятінні води на кухні, найголовніше - це здоровий глузд.

ссилочку з цікавими фактами про водевсе про воду
як підказали на форумі forum.ixbt.com цей ефект (ефект замерзання гарячої води швидше ніж холодної) називається "ефект Аристотеля-Мпемби"

Тобто швидше замерзає кип'ячена вода (охолоджена) ніж "сира"

Чи замислювалися ви коли не будь над питанням, чому вода нагріта до 82 гр.С замерзає швидше холодної? Швидше за все немає, я навіть більше ніж упевнений, що вам і в голову не приходив питання - яка вода замерзає швидше гаряча або холодна?

Однак це дивовижне відкриття зробив звичайний африканський школяр Ераста Мпемби ще в 1963 році. Це був звичайний досвід цікавого хлопчаки, звичайно він не зміг правильно витлумачити сенс свого і більш того вчені з усіх країн світу до 1966 року не могли дати чітку і обґрунтовану відповідь на питання - чому гаряча вода замерзає швидше холодної.

Чому гаряча вода замерзає при 4 градусах Цельсія, а холодна при 0.

У холодній воді багато розчиненого кисню, Саме він підтримує температуру замерзання води на рівні 0 градусів. Якщо з води видалити кисень, а саме це відбувається при нагріванні води, бульбашки повітря, розчинені у воді, як модно зараз говорити схлопиваются, вода перетворюється в лід не при нулі градусів як зазвичай, а вже при 4 ° С. Саме розчинений у воді кисень розриває зв'язки між молекулами води не даючи воді перейти з рідкого стану в тверде, просто перетвориться в

У 1963 році школяр з Танзанії на ім'я Ераста Мпемби поставив свого вчителя дурне питання - чому в його морозилці тепле морозиво замерзає швидше, ніж холодна?

Будучи учнем Магамбінской середньої школи в Танзанії Ераста Мпемби робив практичну роботу по кухарської справи. Йому потрібно було виготовити саморобний морозиво - закип'ятити молоко, розчинити в ньому цукор, охолодити його до кімнатної температури, а потім поставити в холодильник для замерзання. Мабуть, Мпемби не був особливо старанним учнем і забарився з виконанням першої частини завдання. Побоюючись, що не встигне до кінця уроку, він поставив в холодильник ще гаряче молоко. На його подив, воно замерзло навіть раніше, ніж молоко його товаришів, приготоване за заданою технологією.

Він звернувся за роз'ясненнями до вчителя фізики, але той лише посміявся над учнем, сказавши наступне: «Це не всесвітня фізика, а фізика Мпемби». Після цього Мпемби експериментував не тільки з молоком, а й зі звичайною водою.

У всякому разі, вже будучи учнем Мквавской середньої школи він поставив запитання професору Деннісу Осборну з університетського коледжу в Дар-Ес-Саламі (запрошеному директором школи прочитати учням лекцію з фізики) саме з приводу води: «Якщо взяти два однакових контейнера з рівними обсягами води так, що в одному з них вода має температуру 35 ° С, а в іншому - 100 ° С, і поставити їх в морозилку, то в другому вода замерзне швидше. Чому? » Осборн зацікавився цим питанням і незабаром в 1969 році вони разом з Мпемби опублікували результати своїх експериментів в журналі «Physics Education». З тих пір виявлений ними ефект називається ефектом Мпемби.

Вам цікаво дізнатися чому так відбувається? Буквально кілька років тому вченим вдалося пояснити дане явище ...

Ефект Мпемби (Парадокс Мпемби) - парадокс, який говорить, що гаряча вода при деяких умовах замерзає швидше, ніж холодна, хоча при цьому вона повинна пройти температуру холодної води в процесі замерзання. Даний парадокс є експериментальним фактом, що суперечить традиційним уявленням, згідно з якими при одних і тих же умовах більш нагрітого тіла для охолодження до деякої температури потрібно більше часу, ніж менш нагрітого тіла для охолодження до тієї ж температури.

Цей феномен помічали свого часу Аристотель, Френсіс Бекон і Рене Декарт. До сих пір ніхто точно не знає, як пояснити цей дивний ефект. У вчених немає єдиної версії, хоча існує багато. Вся справа в різниці властивостей гарячої та холодної води, але поки не зрозуміло, які саме властивості відіграють роль в цьому випадку: різниця в переохолодженні, випаровуванні, формуванні льоду, конвекції або впливі розріджених газів на воду при різних температурах. Парадоксальність ефекту Мпемби в тому, що час, протягом якого тіло остигає до температури навколишнього середовища, має бути пропорційно різниці температур цього тіла і навколишнього середовища. Цей закон був встановлений ще Ньютоном і з тих пір багато разів підтверджувався на практиці. В даному ж ефекті вода з температурою 100 ° С остигає до температури 0 ° С швидше, ніж така ж кількість води з температурою 35 ° С.

З тих пір висловлювалися різні версії, одна з яких звучала наступним чином: частина гарячої води спочатку просто випаровується, а потім, коли залишилося менше її кількість, вода застигає швидше. Ця версія, в силу своєї простоти, стала найпопулярнішою, але вчених задовольняла в повному обсязі.

Нині команда дослідників з Технологічного університету Наньян в Сінгапурі (Nanyang Technological University) на чолі з хіміком Сі Чжаном (Xi Zhang) заявила, що їм вдалося вирішити вікову загадку про те, чому тепла вода застигає швидше, ніж холодна. Як з'ясували китайські фахівці, секрет криється в кількості енергії, запасеної в водневих зв'язках між молекулами води.

Як відомо, молекули води складаються з одного атома кисню і двох атомів водню, утримуваних разом ковалентними зв'язками, Що на рівні частинок виглядає як обмін електронами. інший відомий факт полягає в тому, що атоми водню притягуються до атомам кисню з сусідніх молекул - при цьому утворюються водневі зв'язку.

В цей же час молекули води в цілому відштовхуються одна від одної. Вчені з Сінгапуру помітили: чим тепліше вода, тим більшим виявляється відстань між молекулами рідини через збільшення відразливих сил. В результаті водневі зв'язку розтягуються, а отже, запасають велику енергію. Ця енергія вивільняється при охолодженні води - молекули зближуються один з одним. А віддача енергії, як відомо, і означає охолодження.

Ось які припущення висуваються вченими:

випаровування

Гаряча вода швидше випаровується з контейнера, зменшуючи тим самим свій обсяг, а менший обсяг води з тієї ж температурою замерзає швидше. Нагріта до 100 ° С вода втрачає 16% своєї маси при охолодженні до 0 ° С. Ефект випаровування - подвійний ефект. По-перше, зменшується маса води, яка необхідна для охолодження. І по-друге, через випаровування знижується її температура.

різниця температур

Через те, що різниця температур між гарячою водою і холодним повітрям більше - отже, теплообмін в цьому випадку йде інтенсивніше і гаряча вода швидше охолоджується.

переохолодження
Коли вода охолоджується нижче 0 ° С вона не завжди замерзає. При деяких умовах вона може зазнавати переохолодження, продовжуючи залишатися рідкою при температурах нижче температури точки замерзання. У деяких випадках вода може залишатися рідкою навіть при температурі -20 ° С. Причина цього ефекту в тому, що для того, щоб почали формуватися перші кристали льоду, потрібні центри кристаллообразования. Якщо їх немає в рідкій воді, тоді переохолодження триватиме до тих пір, поки температура не знизиться настільки, що кристали почнуть формуватися спонтанно. Коли вони почнуть формуватися в переохолоджених рідини, вони почнуть рости швидше, формуючи Ледово шугу, яка замерзаючи, буде утворювати лід. Гаряча вода найбільше схильна до переохолодження оскільки її нагрівання усуває розчинені гази і бульбашки, які в свою чергу, можуть служити центрами освіти кристалів льоду. Чому ж переохолодження змушує гарячу воду застигати швидше? У випадку з холодною водою, що не переохолоджується, відбувається наступне: на її поверхні утворюється тонкий шар льоду, який діє як ізолятор між водою і холодним повітрям, і тим самим перешкоджає подальшому випаровуванню. Швидкість формування кристалів льоду в цьому випадку буде менше. У випадку з гарячою водою, яка піддається переохолодженню, переохолоджених вода не має захисного поверхневого шару льоду. Тому вона втрачає тепло набагато швидше через відкритий верх. Коли процес переохолодження закінчується і вода замерзає, втрачається набагато більше тепла і тому формується більше льоду. Багато дослідників цього ефекту вважають переохолодження головним фактором у випадку з ефектом Мпемби.
Конвекція

Холодна вода починає замерзати зверху, погіршуючи тим самим процеси теплоизлучения і конвекції, а значить і убутку тепла, тоді як гаряча вода починає замерзати знизу. Пояснюється цей ефект аномалією густини води. Вода має максимальну щільність при 4 ° С. Якщо охолодити воду до 4 ° С і помістити її в середовище з більш низькою температурою, поверхневий шар води замерзне швидше. Тому що ця вода менш щільна ніж вода при температурі 4 ° С, вона залишиться на поверхні, формуючи тонкий холодний шар. При цих умовах тонкий шар льоду буде формуватися на поверхні води протягом короткого часу, але цей шар льоду буде служити ізолятором, що захищає нижні шари води, які будуть залишатися при температурі 4 ° С. Тому подальший процес охолодження буде проходити повільніше. У випадку з гарячою водою ситуація зовсім інша. Поверхневий шар води буде охолоджуватися швидше за рахунок випаровування і більшої різниці температур. Крім того, холодні шари води більш щільні, ніж шари гарячої води, тому шар холодної води буде опускатися вниз, піднімаючи шар теплої води на поверхню. Така циркуляція води забезпечує швидке падіння температури. Але чому цей процес не досягає точки рівноваги? Для пояснення ефекту Мпемби з точки зору конвекції варто було б прийняти, що холодні і гарячі шари води розділені і сам процес конвекції триває після того, як середня температура води опуститься нижче 4 ° С. Однак немає експериментальних даних, які підтверджували б цю гіпотезу, що холодні і гарячі шари води розділені в процесі конвекції.

Розчинені у воді гази

Вода завжди містить розчинені в ній гази - кисень і вуглекислий газ. Ці гази мають здатність зменшувати точку замерзання води. Коли вода нагріта, ці гази виділяються з води, оскільки їх розчинність в воді при високій температурі нижче. Тому коли гаряча вода охолоджується, в ній завжди менше розчинених газів, ніж в не нагрітий холодній воді. Тому точка замерзання нагрітої води вище, і вона замерзає швидше. Цей фактор іноді розглядається як головний при поясненні ефекту Мпемби, хоча ніяких експериментальних даних, що підтверджують цей факт немає.

теплопровідність

Цей механізм може відігравати суттєву роль, коли вода поміщається в морозильник холодильної камери в невеликих контейнерах. У цих умовах відмічено, що контейнер з гарячою водою протавали під собою лід морозильної камери, покращуючи тим самим тепловий контакт із стінкою морозилки і теплопровідність. В результаті чого, тепло відводиться від контейнера з гарячою водою швидше, ніж від холодного. У свою чергу контейнер з холодною водою не протавали під собою сніг. Всі ці (а також інші) умови вивчалися в багатьох експериментах, але однозначної відповіді на питання - які з них забезпечують стовідсоткове відтворення ефекту Мпемби - так і не було отримано. Так, наприклад, в 1995 році німецький фізик Давид Ауербах вивчав вплив переохолодження води на цей ефект. Він виявив, що гаряча вода, досягаючи переохолодженого стану, замерзає при більш високій температурі, ніж холодна, а значить швидше останньої. Зате холодна вода досягає переохолодженого стану швидше гарячої, компенсуючи тим самим попереднє відставання. Крім того, результати Ауербаха суперечили отриманим раніше даним, що гаряча вода здатна досягти більшого переохолодження через меншої кількості центрів кристалізації. При нагріванні води з неї видаляються розчинені в ній гази, а при її кип'ятінні випадають в осад деякі розчинені в ній солі. Стверджувати поки можна тільки одне - відтворення цього ефекту істотно залежить від умов, в яких проводиться експеримент. Саме тому, що відтворюється він далеко не завжди.

А ось як кажуть, найбільш ймовірна причина.

Як пишуть хіміки в своїй статті, яку можна знайти на сайті препринтів arXiv.org, в гарячій воді водневі зв'язку натягуються сильніше, ніж в холодній. Таким чином, виявляється, що в водневих зв'язках гарячої води зберігається більше енергії, а значить, її вивільняється більше при охолодженні до мінусових температур. З цієї причини застигання відбувається швидше.

На сьогоднішній день вчені розгадали цю загадку лише теоретично. Коли вони представлять переконливі докази своєї версії, то питання про те, чому гаряча вода застигає швидше холодної, можна буде вважати закритим.