Prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená? Prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená?

21.11.2017 11.10.2018 Alexander Fircev

« Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, studená alebo horúca?“- skúste položiť otázku svojim priateľom, s najväčšou pravdepodobnosťou väčšina z nich odpovie, že studená voda zamrzne rýchlejšie - a urobia chybu.

V skutočnosti, ak súčasne umiestnite do mrazničky dve nádoby rovnakého tvaru a objemu, z ktorých jedna obsahuje studenú vodu a druhá horúcu, potom je to horúca voda, ktorá zamrzne rýchlejšie.

Takéto vyhlásenie sa môže zdať absurdné a nerozumné. Ak sa budete riadiť logikou, tak horúca voda musí najprv vychladnúť na teplotu studenej vody a studená voda by sa už v tomto čase mala zmeniť na ľad.

Prečo teda horúca voda poráža studenú na ceste k zamrznutiu? Skúsme na to prísť.

História pozorovaní a výskumov

Ľudia tento paradoxný efekt pozorovali už od pradávna, no nikto mu neprikladal veľký význam. A tak Arestotle, ako aj René Descartes a Francis Bacon vo svojich poznámkach zaznamenali nezrovnalosti v rýchlosti zamŕzania studenej a horúcej vody. Nezvyčajný jav sa často objavoval v každodennom živote.

Úkaz dlho nebol nijako skúmaný a medzi vedcami nevzbudil veľký záujem.

Štúdium tohto nezvyčajného efektu sa začalo v roku 1963, keď si zvedavý školák z Tanzánie Erasto Mpemba všimol, že horúce mlieko na zmrzlinu mrzne rýchlejšie ako studené. V nádeji, že dostane vysvetlenie dôvodov neobvyklého efektu, sa mladý muž opýtal svojho učiteľa fyziky v škole. Učiteľ sa mu však iba vysmial.

Neskôr Mpemba experiment zopakoval, no vo svojom experimente už nepoužíval mlieko, ale vodu a paradoxný efekt sa opäť zopakoval.

O 6 rokov neskôr, v roku 1969, položil Mpemba túto otázku profesorovi fyziky Dennisovi Osbornovi, ktorý prišiel do jeho školy. Profesor sa zaujímal o pozorovanie mladého muža a v dôsledku toho sa uskutočnil experiment, ktorý potvrdil prítomnosť účinku, ale dôvody tohto javu neboli stanovené.

Odvtedy sa tomuto javu hovorí Mpemba efekt.

Počas histórie vedeckých pozorovaní bolo predložených veľa hypotéz o príčinách tohto javu.

Takže v roku 2012 Britská kráľovská spoločnosť pre chémiu vyhlásila súťaž hypotéz vysvetľujúcich Mpembov efekt. Do súťaže sa zapojili vedci z celého sveta, celkovo bolo prihlásených 22 000 vedeckých prác. Napriek takémuto pôsobivému počtu článkov žiadny z nich nepriniesol objasnenie Mpembovho paradoxu.

Najbežnejšia verzia bola, podľa ktorej horúca voda zamŕza rýchlejšie, pretože sa jednoducho rýchlejšie vyparuje, jej objem sa zmenšuje a so znižovaním objemu sa zvyšuje rýchlosť ochladzovania. Najbežnejšia verzia bola nakoniec vyvrátená, pretože sa uskutočnil experiment, pri ktorom bolo vyparovanie vylúčené, no účinok sa napriek tomu potvrdil.

Iní vedci sa domnievali, že príčinou Mpemba efektu bolo odparovanie plynov rozpustených vo vode. Podľa ich názoru sa počas procesu ohrevu odparujú plyny rozpustené vo vode, vďaka čomu získava vyššiu hustotu ako studená voda. Ako je známe, zvýšenie hustoty vedie k zmene fyzikálnych vlastností vody (zvýšenie tepelnej vodivosti), a teda k zvýšeniu rýchlosti ochladzovania.

Okrem toho bolo predložených niekoľko hypotéz popisujúcich rýchlosť cirkulácie vody v závislosti od teploty. Mnoho štúdií sa pokúšalo stanoviť vzťah medzi materiálom nádob, v ktorých sa kvapalina nachádzala. Mnohé teórie sa zdali veľmi pravdepodobné, ale nemohli byť vedecky potvrdené pre nedostatok počiatočných údajov, rozpory v iných experimentoch alebo preto, že zistené faktory jednoducho neboli porovnateľné s rýchlosťou ochladzovania vody. Niektorí vedci vo svojich prácach existenciu efektu spochybňovali.

V roku 2013 vedci z technologickej univerzity Nanyang v Singapure tvrdili, že vyriešili záhadu Mpemba efektu. Podľa ich výskumu dôvod javu spočíva v tom, že množstvo energie uloženej vo vodíkových väzbách medzi molekulami studenej a horúcej vody je výrazne odlišné.

Metódy počítačového modelovania ukázali nasledujúce výsledky: čím vyššia je teplota vody, tým väčšia je vzdialenosť medzi molekulami v dôsledku toho, že sa zvyšujú odpudivé sily. V dôsledku toho sa vodíkové väzby molekúl naťahujú a ukladajú viac energie. Po ochladení sa molekuly začnú približovať k sebe, čím sa uvoľní energia z vodíkových väzieb. V tomto prípade je uvoľňovanie energie sprevádzané poklesom teploty.

V októbri 2017 španielski fyzici v rámci inej štúdie zistili, že hlavnú úlohu pri vytváraní efektu zohráva odstránenie látky z rovnováhy (silné zahrievanie pred silným ochladením). Stanovili podmienky, za ktorých je pravdepodobnosť výskytu účinku maximálna. Vedci zo Španielska navyše potvrdili existenciu reverzného Mpemba efektu. Zistili, že pri zahriatí môže chladnejšia vzorka dosiahnuť vysokú teplotu rýchlejšie ako teplejšia.

Napriek obsiahlym informáciám a početným experimentom majú vedci v úmysle pokračovať v skúmaní účinku.

Mpemba efekt v reálnom živote

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo je v zime klzisko naplnené horúcou vodou a nie studenou? Ako ste už pochopili, robia to preto, že klzisko naplnené horúcou vodou zamrzne rýchlejšie, ako keby bolo naplnené studenou vodou. Z rovnakého dôvodu sa v zimných ľadových mestách nalieva horúca voda do šmykľaviek.

Znalosť existencie fenoménu teda umožňuje ľuďom ušetriť čas pri príprave lokalít pre zimné športy.

Okrem toho sa v priemysle niekedy používa Mpembov efekt na skrátenie doby tuhnutia produktov, látok a materiálov obsahujúcich vodu.

Dobrý deň, milí milovníci zaujímavých faktov. Dnes sa s vami porozprávame o. Myslím si však, že otázka položená v nadpise sa môže zdať jednoducho absurdná – treba však vždy bezvýhradne dôverovať notoricky známemu „zdravému rozumu“ a nie striktne zavedeným testovacím experimentom. Skúsme prísť na to, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená?

Historický odkaz

Že v problematike mrazivej studenej a horúcej vody „nie všetko je čisté“ sa spomínalo v dielach Aristotela, potom podobné poznámky urobili F. Bacon, R. Descartes a J. Black. V nedávnej histórii dostal tento efekt názov „Mpembov paradox“ – pomenovaný po školákovi z Tanganiky Erastovi Mpembovi, ktorý rovnakú otázku položil hosťujúcemu profesorovi fyziky.

Chlapcova otázka nevznikla z ničoho, ale z čisto osobných pozorovaní procesu chladenia zmrzlinových zmesí v kuchyni. Samozrejme, že prítomní spolužiaci spolu s učiteľkou Mpembu rozosmiali - po experimentálnom teste osobne profesorom D. Osbornom sa z nich však „vyparila“ túžba robiť si srandu z Erasta. Okrem toho Mpemba spolu s profesorom publikoval v roku 1969 podrobný popis tohto efektu v Physics Education - a odvtedy je vyššie uvedený názov zafixovaný vo vedeckej literatúre.

Čo je podstatou javu?

Usporiadanie experimentu je celkom jednoduché: ak sú všetky ostatné veci rovnaké, testujú sa identické tenkostenné nádoby, ktoré obsahujú presne rovnaké množstvá vody, líšia sa len teplotou. Nádoby sa vložia do chladničky, po ktorej sa zaznamená čas, kým sa v každej z nich vytvorí ľad. Paradoxom je, že v nádobe s pôvodne teplejšou kvapalinou sa to deje rýchlejšie.

Ako to vysvetľuje moderná fyzika?

Paradox nemá univerzálne vysvetlenie, pretože súčasne prebieha niekoľko paralelných procesov, ktorých prínos sa môže líšiť v závislosti od konkrétnych počiatočných podmienok - ale s jednotným výsledkom:

• schopnosť kvapaliny podchladzovať - ​​spočiatku studená voda je náchylnejšia na podchladenie, t.j. zostáva tekutý, keď je jeho teplota už pod bodom mrazu
• zrýchlené chladenie - para z horúcej vody sa premieňa na ľadové mikrokryštály, ktoré pri páde zrýchľujú proces a fungujú ako dodatočný „externý výmenník tepla“
• izolačný efekt - na rozdiel od teplej vody, studená voda zamŕza zhora, čo vedie k zníženiu prenosu tepla konvekciou a sálaním

Existuje množstvo ďalších vysvetlení (naposledy Britská kráľovská spoločnosť pre chémiu usporiadala súťaž o najlepšiu hypotézu nedávno, v roku 2012) - ale stále neexistuje jednoznačná teória pre všetky prípady kombinácií vstupných podmienok...

Jeden z mojich obľúbených predmetov v škole bola chémia. Raz nám učiteľ chémie dal veľmi zvláštnu a ťažkú ​​úlohu. Dal nám zoznam otázok, na ktoré sme museli odpovedať z hľadiska chémie. Na túto úlohu sme dostali niekoľko dní a mohli sme využívať knižnice a iné dostupné zdroje informácií. Jedna z týchto otázok sa týkala bodu mrazu vody. Už si presne nepamätám, ako tá otázka znela, ale išlo o to, že ak vezmete dve drevené vedrá rovnakej veľkosti, jedno s horúcou vodou, druhé so studenou (s presne udanou teplotou) a vložíte ich do prostredie s určitou teplotou, ktorá z nich bude rýchlejšie mrznúť? Samozrejme, odpoveď sa hneď navrhla – vedro studenej vody, no zdalo sa nám to príliš jednoduché. Na úplnú odpoveď to však nestačilo, potrebovali sme to dokázať z chemického hľadiska. Napriek všetkému premýšľaniu a skúmaniu som nedokázal dospieť k logickému záveru. V ten deň som sa dokonca rozhodol túto lekciu vynechať, takže som sa nikdy nenaučil riešenie tejto hádanky.

Roky plynuli a ja som sa naučil mnoho každodenných mýtov o bode varu a bode tuhnutia vody a jeden mýtus hovoril: „horúca voda zamrzne rýchlejšie“. Pozrel som si veľa webových stránok, ale informácie boli príliš protichodné. A boli to len názory, z vedeckého hľadiska nepodložené. A rozhodol som sa uskutočniť svoj vlastný experiment. Keďže som nenašiel drevené vedrá, použil som mrazničku, sporák, trochu vody a digitálny teplomer. O výsledkoch mojej skúsenosti vám poviem trochu neskôr. Najprv sa s vami podelím o niekoľko zaujímavých argumentov o vode:

Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Väčšina odborníkov tvrdí, že studená voda zamrzne rýchlejšie ako horúca. Jeden vtipný jav (takzvaný Memba efekt) však z neznámych dôvodov dokazuje opak: Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Jedným z niekoľkých vysvetlení je proces vyparovania: ak sa veľmi horúca voda umiestni do chladného prostredia, voda sa začne odparovať (zvyšné množstvo vody rýchlejšie zamrzne). A podľa zákonov chémie to vôbec nie je mýtus a s najväčšou pravdepodobnosťou to chcel od nás učiteľ počuť.

Prevarená voda zamrzne rýchlejšie ako voda z vodovodu. Napriek predchádzajúcemu vysvetleniu niektorí odborníci tvrdia, že prevarená voda, ktorá vychladla na izbovú teplotu, by mala rýchlejšie zamrznúť, pretože varom sa znižuje množstvo kyslíka.

Studená voda vrie rýchlejšie ako horúca voda. Ak horúca voda zamrzne rýchlejšie, potom možno studená voda rýchlejšie vrie! To je v rozpore so zdravým rozumom a vedci tvrdia, že to jednoducho nemôže byť. Horúca voda z vodovodu by v skutočnosti mala vrieť rýchlejšie ako studená voda. Ale použitie horúcej vody na varenie nešetrí energiu. Môžete spotrebovať menej plynu alebo svetla, ale ohrievač vody spotrebuje rovnaké množstvo energie, aké je potrebné na ohrev studenej vody. (So ​​slnečnou energiou je situácia trochu iná). V dôsledku ohrevu vody ohrievačom vody sa môže objaviť sediment, takže ohrev vody bude trvať dlhšie.

Ak do vody pridáte soľ, bude vrieť rýchlejšie. Soľ zvyšuje bod varu (a podľa toho znižuje bod tuhnutia – preto si niektoré gazdinky pridávajú do zmrzliny trochu kamennej soli). Ale v tomto prípade nás zaujíma iná otázka: ako dlho bude voda vrieť a či bod varu v tomto prípade môže stúpnuť nad 100 ° C). Napriek tomu, čo hovoria kuchárske knihy, vedci tvrdia, že množstvo soli, ktoré pridávame do vriacej vody, nestačí na ovplyvnenie doby alebo teploty varu.

Ale tu je to, čo som dostal:

Studená voda: Použil som tri 100 ml sklenené poháre čistenej vody: jeden pohár s izbovou teplotou (72 °F/22 °C), jeden s horúcou vodou (115 °F/46 °C) a jeden s prevarenou vodou (212 °F/100 °C). Všetky tri poháre som dala do mrazničky na -18°C. A keďže som vedel, že voda sa hneď nezmení na ľad, určil som stupeň zamrznutia pomocou „dreveného plaváka“. Keď sa tyčinka umiestnená v strede pohára už nedotýkala základne, považoval som vodu za zamrznutú. Kontroloval som okuliare každých päť minút. A aké sú moje výsledky? Voda v prvom pohári zamrzla po 50 minútach. Horúca voda zamrzla po 80 minútach. Varené - po 95 minútach. Moje zistenia: Vzhľadom na podmienky v mrazničke a použitú vodu som nebol schopný reprodukovať efekt Memba.

Tento experiment som vyskúšal aj s predtým prevarenou vodou, ktorá vychladla na izbovú teplotu. Zamrzol do 60 minút – aj tak to trvalo dlhšie ako zamrznutie studenej vody.

Prevarená voda: Vzal som liter vody izbovej teploty a dal som ju na oheň. Za 6 minút sa to uvarilo. Potom som ju schladil späť na izbovú teplotu a pridal som ju do nej, kým bola horúca. Pri tom istom ohni sa horúca voda uvarila za 4 hodiny a 30 minút. Záver: Podľa očakávania horúca voda vrie oveľa rýchlejšie.

Prevarená voda (so soľou): Na 1 liter vody som pridala 2 veľké polievkové lyžice kuchynskej soli. Uvaril za 6 minút 33 sekúnd a ako ukázal teplomer, dosiahol teplotu 102°C. Soľ nepochybne ovplyvňuje bod varu, ale nie veľmi. Záver: soľ vo vode veľmi neovplyvňuje teplotu a čas varu. Úprimne priznávam, že moju kuchyňu možno len ťažko nazvať laboratóriom a možno moje závery odporujú realite. Moja mraznička nemusí zmraziť potraviny rovnomerne. Moje sklenené okuliare môžu mať nepravidelný tvar atď. Ale bez ohľadu na to, čo sa deje v laboratóriu, pri zmrazovaní alebo varení vody v kuchyni je najdôležitejší zdravý rozum.

prepojenie so zaujímavými faktami o vode, všetko o vode
ako sa uvádza na fóre forum.ixbt.com, tento efekt (efekt zmrazovania horúcej vody rýchlejšie ako studenej vody) sa nazýva „Aristotelov-Mpembov efekt“

Tie. Prevarená voda (chladená) zamrzne rýchlejšie ako „surová“ voda

Voda- z chemického hľadiska pomerne jednoduchá látka, má však množstvo nezvyčajných vlastností, ktoré vedcov neprestávajú udivovať. Nižšie uvádzame niekoľko faktov, o ktorých vie len málokto.

1. Ktorá voda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca?

Vezmime si dve nádoby s vodou: do jednej nalejeme horúcu vodu a do druhej studenú a dáme do mrazničky. Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená, aj keď logicky by sa studená mala najskôr zmeniť na ľad: veď horúca voda sa musí najskôr ochladiť na studenú teplotu a potom sa premení na ľad, zatiaľ čo studená voda chladiť nemusí. Prečo sa to deje?

V roku 1963 si tanzánsky študent menom Erasto B. Mpemba pri zmrazovaní zmrzlinovej zmesi všimol, že horúca zmes tuhne v mrazničke rýchlejšie ako studená. Keď sa mladík o svoj objav podelil so svojím učiteľom fyziky, len sa mu vysmial. Našťastie bol študent vytrvalý a presvedčil učiteľa, aby urobil experiment, ktorý potvrdil jeho objav: za určitých podmienok horúca voda skutočne zamrzne rýchlejšie ako studená.

Teraz sa tento jav zmrazovania horúcej vody rýchlejšie ako studenej vody nazýva „ Mpemba efekt" Pravda, dávno pred ním túto jedinečnú vlastnosť vody zaznamenali Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes.

Vedci stále úplne nechápu podstatu tohto javu, vysvetľujú ho buď rozdielom v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii, alebo vplyvom skvapalnených plynov na teplú a studenú vodu.

2. Môže okamžite zamrznúť

Každý to vie voda pri ochladení na 0°C sa vždy zmení na ľad... až na niektoré výnimky! Príkladom takého prípadu je podchladenie, čo je vlastnosť veľmi čistej vody, ktorá zostáva tekutá aj pri ochladení pod bod mrazu. Tento jav je umožnený vďaka tomu, že prostredie neobsahuje centrá ani jadrá kryštalizácie, ktoré by mohli spustiť tvorbu ľadových kryštálikov. A tak voda zostáva v tekutej forme aj pri ochladení pod nulu stupňov Celzia.

Proces kryštalizácie môžu byť spôsobené napríklad bublinami plynu, nečistotami (kontaminantmi) alebo nerovným povrchom nádoby. Bez nich zostane voda v tekutom stave. Keď sa spustí proces kryštalizácie, môžete sledovať, ako sa podchladená voda okamžite mení na ľad.

Všimnite si, že „prehriata“ voda tiež zostáva tekutá, aj keď je zahriata nad jej bod varu.

3. 19 stavov vody

Bez váhania pomenujte, koľko rôznych stavov má voda? Ak ste odpovedali tri: pevná látka, kvapalina, plyn, tak ste sa mýlili. Vedci rozlišujú najmenej 5 rôznych stavov vody v tekutej forme a 14 stavov v zmrazenej forme.

Pamätáte si na rozhovor o super vychladenej vode? Takže nech robíte čokoľvek, pri -38 °C sa aj tá najčistejšia super vychladená voda zrazu zmení na ľad. Čo sa stane pri ďalšom poklese teploty? Pri -120 °C sa s vodou začína diať niečo zvláštne: stáva sa superviskózna alebo viskózna, ako melasa, a pri teplotách pod -135 °C sa mení na „sklovitú“ alebo „sklovitú“ vodu – pevnú látku, ktorej chýba kryštalická štruktúra. .

4. Voda fyzikov prekvapuje

Na molekulárnej úrovni je voda ešte prekvapivejšia. V roku 1995 experiment s rozptylom neutrónov, ktorý uskutočnili vedci, priniesol neočakávaný výsledok: fyzici zistili, že neutróny zamerané na molekuly vody „vidia“ o 25 % menej vodíkových protónov, ako sa očakávalo.

Ukázalo sa, že rýchlosťou jednej attosekundy (10 - 18 sekúnd) dochádza k nezvyčajnému kvantovému efektu a namiesto toho chemický vzorec vody H2O, stáva sa H1,5O!

5. Pamäť vody

Alternatíva k oficiálnej medicíne homeopatia uvádza, že zriedený roztok liečiva môže mať terapeutický účinok na organizmus, aj keď je faktor zriedenia taký veľký, že v roztoku nezostane nič okrem molekúl vody. Zástancovia homeopatie vysvetľujú tento paradox konceptom s názvom „ vodná pamäť“, podľa ktorého má voda na molekulárnej úrovni „pamäť“ látky, ktorá v nej bola kedysi rozpustená a zachováva si vlastnosti roztoku v pôvodnej koncentrácii po tom, čo v nej nezostane ani jedna molekula zložky.

Medzinárodný tím vedcov pod vedením profesorky Madeleine Ennis z Queen's University of Belfast, ktorý kritizoval princípy homeopatie, uskutočnil v roku 2002 experiment, aby tento koncept raz a navždy vyvrátil. Výsledok bol opačný. Potom vedci uviedli, že boli schopní dokázať realitu účinku “ vodná pamäť" Experimenty realizované pod dohľadom nezávislých odborníkov však nepriniesli výsledky. Spory o existencii fenoménu " vodná pamäť"ďalej.

Voda má mnoho ďalších nezvyčajných vlastností, o ktorých sme v tomto článku nehovorili. Napríklad hustota vody sa mení v závislosti od teploty (hustota ľadu je menšia ako hustota vody); voda má pomerne vysoké povrchové napätie; v kvapalnom stave je voda komplexnou a dynamicky sa meniacou sieťou zhlukov vody a práve správanie zhlukov ovplyvňuje štruktúru vody atď.

O týchto a mnohých ďalších neočakávaných funkciách voda si môžete prečítať v článku “ Anomálne vlastnosti vody“, ktorého autorom je Martin Chaplin, profesor Londýnskej univerzity.

Existuje veľa faktorov, ktoré ovplyvňujú, ktorá voda zamrzne rýchlejšie, či je horúca alebo studená, ale samotná otázka sa zdá byť trochu zvláštna. Z toho vyplýva, a to je známe z fyziky, že horúca voda ešte potrebuje čas na ochladenie na teplotu porovnávanej studenej vody, aby sa zmenila na ľad. Studená voda môže túto fázu preskočiť, a preto získava čas.

Ale odpoveď na otázku, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca - vonku v chlade, pozná každý obyvateľ severných zemepisných šírok. V skutočnosti sa vedecky ukazuje, že v každom prípade studená voda jednoducho rýchlejšie zamrzne.

Učiteľ fyziky, ktorého v roku 1963 oslovil školák Erasto Mpemba, si myslel to isté so žiadosťou o vysvetlenie, prečo studená zmes budúcej zmrzliny zmrzne dlhšie ako podobná, no horúca.

"Toto nie je univerzálna fyzika, ale nejaký druh fyziky Mpemba"

Učiteľ sa tomu vtedy iba zasmial, ale profesor fyziky Deniss Osborne, ktorý svojho času navštevoval rovnakú školu, kde študoval Erasto, experimentálne potvrdil prítomnosť takéhoto účinku, hoci vtedy na to nebolo žiadne vysvetlenie. V roku 1969 vyšiel v populárnom vedeckom časopise spoločný článok týchto dvoch ľudí, ktorí opísali tento zvláštny efekt.

Odvtedy, mimochodom, otázka, ktorá voda mrzne rýchlejšie - horúca alebo studená - má svoj vlastný názov - Mpemba efekt alebo paradox.

Otázka je tu už dlho

Prirodzene, takýto jav sa už predtým vyskytol a bol spomenutý v prácach iných vedcov. O túto problematiku sa zaujímal nielen školák, ale svojho času o nej uvažoval aj René Descartes a dokonca aj Aristoteles.

No prístupy k riešeniu tohto paradoxu začali hľadať až na konci dvadsiateho storočia.

Podmienky pre vznik paradoxu

Rovnako ako pri zmrzline, pri experimente nezamrzne len obyčajná voda. Aby sa mohli začať hádať, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, musia byť prítomné určité podmienky. Čo ovplyvňuje priebeh tohto procesu?

Teraz, v 21. storočí, bolo predložených niekoľko možností, ktoré môžu vysvetliť tento paradox. Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, môže závisieť od skutočnosti, že má vyššiu rýchlosť odparovania ako studená voda. Zmenšuje sa teda jej objem a pri zmenšovaní objemu sa doba mrazenia skracuje, ako keby sme odobrali rovnaký počiatočný objem studenej vody.

Už je to nejaký čas, čo ste odmrazili mrazničku.

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie a prečo sa to stane, môže byť ovplyvnené snehovou výstelkou, ktorá sa môže nachádzať v mrazničke chladničky použitej na experiment. Ak vezmete dve nádoby, ktoré majú rovnaký objem, ale jedna z nich obsahuje horúcu vodu a druhá studenú, nádoba s horúcou vodou roztopí sneh pod ňou, čím sa zlepší kontakt tepelnej hladiny so stenou chladničky. Nádoba so studenou vodou to nedokáže. Ak v chladiacom priestore takéto obloženie snehom nie je, studená voda by mala rýchlejšie zamrznúť.

Hore - dole

Tiež jav, ktorého voda rýchlejšie zamrzne - horúca alebo studená - je vysvetlený nasledovne. Pri dodržaní určitých zákonov začína studená voda zamŕzať z horných vrstiev, kým horúca voda naopak – začína zamŕzať zdola nahor. Ukazuje sa, že studená voda, ktorá má na vrchu studenú vrstvu s už vytvoreným ľadom, tak zhoršuje procesy konvekcie a tepelného žiarenia, čím sa vysvetľuje, ktorá voda mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Fotografie z amatérskych experimentov sú priložené a je to tu jasne viditeľné.

Teplo ide von, rúti sa nahor a tam sa stretáva s veľmi chladnou vrstvou. Neexistuje žiadna voľná cesta pre tepelné žiarenie, takže proces chladenia sa stáva ťažkým. Horúca voda nemá v ceste absolútne žiadne takéto prekážky. Ktorá z nich mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, čo určuje pravdepodobný výsledok? Odpoveď môžete rozšíriť tým, že každá voda má v sebe rozpustené určité látky.

Nečistoty vo vode ako faktor ovplyvňujúci výsledok

Ak nebudete podvádzať a použijete vodu s rovnakým zložením, kde sú koncentrácie určitých látok totožné, tak by studená voda mala zamrznúť rýchlejšie. Ale ak nastane situácia, že rozpustené chemické prvky sú prítomné iba v horúcej vode a studená voda ich nemá, potom má horúca voda možnosť skôr zamrznúť. Vysvetľuje sa to tým, že rozpustené látky vo vode vytvárajú kryštalizačné centrá a pri malom počte týchto centier je premena vody do tuhého skupenstva náročná. Je dokonca možné, že voda bude podchladená v tom zmysle, že pri mínusových teplotách bude v tekutom stave.

Všetky tieto verzie však vedcom zjavne úplne nevyhovovali a pokračovali v práci na tejto otázke. V roku 2013 tím výskumníkov v Singapure povedal, že vyriešili starú záhadu.

Skupina čínskych vedcov tvrdí, že tajomstvo tohto efektu spočíva v množstve energie, ktorá je uložená medzi molekulami vody v jej väzbách, nazývaných vodíkové väzby.

Odpoveď čínskych vedcov

Nasleduje informácia, na pochopenie ktorej potrebujete mať nejaké znalosti z chémie, aby ste pochopili, ktorá voda mrzne rýchlejšie – horúca alebo studená. Ako je známe, pozostáva z dvoch atómov H (vodíka) a jedného atómu O (kyslíka), ktoré sú držané pohromade kovalentnými väzbami.

Ale aj atómy vodíka jednej molekuly sú priťahované k susedným molekulám, k ich kyslíkovej zložke. Tieto väzby sa nazývajú vodíkové väzby.

Stojí za to pripomenúť, že molekuly vody na seba súčasne pôsobia odpudivo. Vedci poznamenali, že keď sa voda zahrieva, vzdialenosť medzi jej molekulami sa zväčšuje, čo je uľahčené odpudivými silami. Ukazuje sa, že tým, že v studenom stave medzi molekulami zaberajú rovnakú vzdialenosť, možno povedať, že sa naťahujú a majú väčší prísun energie. Práve táto energetická rezerva sa uvoľní, keď sa molekuly vody začnú približovať k sebe, to znamená, že dôjde k ochladeniu. Ukazuje sa, že väčšia zásoba energie v horúcej vode a jej väčšie uvoľnenie pri ochladzovaní na mínusové teploty nastáva rýchlejšie ako v studenej vode, ktorá má menšiu zásobu takejto energie. Ktorá voda teda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca? Na ulici aj v laboratóriu by malo dôjsť k Mpembovmu paradoxu a horúca voda by sa mala rýchlejšie zmeniť na ľad.

Ale otázka je stále otvorená

Existuje iba teoretické potvrdenie tohto riešenia - to všetko je napísané v krásnych vzorcoch a zdá sa byť pravdepodobné. Keď sa však experimentálne údaje, o ktorých voda zmrazuje rýchlejšie - horúca alebo studená - prakticky použijú a prezentujú sa ich výsledky, možno otázku Mpembovho paradoxu považovať za uzavretú.