Je pravda, že horká voda mrzne rychleji než studená?

Ano, horká voda může mrznout rychleji než studená voda. Ne vždy se tak však stává, ani věda přesně nevysvětlila proč může se to stát.

Klíčové cesty: Teplota vody a rychlost zamrznutí

Ačkoli všechny Aristoteles, Bacon a Descartes popsaly horkou vodu mrznoucí rychleji než studená voda, představa byla většinou odolávána až do šedesátých let, kdy středoškolský student jménem Mpemba si všiml, že horká zmrzlinová směs, pokud je umístěna do mrazničky, zamrzne před zmrzlinovou směsí, která byla ochlazena na pokojová teplota před umístěním do mrazničky. Mpemba opakoval svůj experiment spíše s vodou než se zmrzlinovou směsí a zjistil stejný výsledek: horká voda ztuhla rychleji než chladnější voda. Když Mpemba požádal svého učitele fyziky, aby vysvětlil pozorování, učitel řekl Mpembě, že jeho údaje musí být v omylu, protože tento jev nebyl možný.

Mpemba položil hostujícímu profesorovi fyziky, Dr. Osbornovi, stejnou otázku. Tento profesor odpověděl, že to nevěděl, ale ten experiment otestoval. Doktor Osborne nechal provést Mpembův test laboratorní technik. Laboratorní technik hlásil, že zdvojnásobil výsledek Mpemby: „Ale budeme pokračovat v experimentu, dokud nedosáhneme správného výsledku.“ (Um... to jo... to by byl příklad špatné vědy.) No, data byla data, takže když se experiment opakoval, pokračoval ve stejném výsledku. V roce 1969 Osborne a Mpemba zveřejnili výsledky svého výzkumu. Nyní jev, ve kterém horká voda může mrznout rychleji než studená voda, se někdy nazývá Efekt Mpemba.

Neexistuje žádné definitivní vysvětlení, proč může horká voda mrznout rychleji než studená voda. V závislosti na podmínkách vstupují do hry různé mechanismy. Zdá se, že hlavní faktory jsou:

• Vypařování: Odpařuje se více horké vody než studená voda, čímž se sníží množství vody zbývající k zamrznutí. Hmotnostní měření vést nás k přesvědčení, že je to důležitý faktor při chlazení vody v otevřených nádobách, ačkoli to není mechanismus, který vysvětluje, jak se efekt Mpemba vyskytuje v uzavřených nádobách.
• Přechlazení: Horká voda má sklon zažívat méně efekt podchlazení než studená voda. Když byl supercools, mohl zůstat kapalinou, dokud nebyl narušen, dokonce hluboko pod normální teplotou mrazu. Voda, která není podchlazena, se s větší pravděpodobností stane pevnou, jakmile dosáhne vody bod tuhnutí vody.
• Proudění: Voda při ochlazování vyvíjí konvekční proudy. Hustota vody obvykle klesá s rostoucí teplotou, takže nádoba s chladicí vodou je obvykle teplejší nahoře než na dně. Pokud předpokládáme, že voda ztrácí většinu svého tepla po svém povrchu (což může nebo nemusí být pravda, v závislosti na voda), pak by voda s teplejším topem ztratila své teplo a zmrzla rychleji než voda s chladnějším topem.
• Rozpuštěné plyny: Horká voda má menší kapacitu pro zadržení rozpuštěných plynů než studená voda, což může ovlivnit její rychlost zamrznutí.
• Vliv okolí: Rozdíl mezi počátečními teplotami dvou zásobníků vody může mít vliv na okolí, které by mohlo ovlivnit rychlost chlazení. Jedním příkladem by mohla být teplá voda, která roztaví již existující vrstvu mrazu, což umožní lepší rychlost chlazení.

Teď mi to neříkej! Pokud máte pochybnosti, že horká voda někdy zamrzne rychleji než studená voda, vyzkoušejte ji sami. Uvědomte si, že efekt Mpemba nebude vidět ve všech experimentálních podmínkách, takže si budete muset pohrát s velikostí vzorku vody a chladicí vody (nebo zkuste vyrobit zmrzlinu v mrazničce, pokud to přijmete jako ukázku účinku).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Zpochybnění efektu Mpemba: Horká voda neochladí rychleji než zima". Vědecké zprávy. 6: 37665. doi:10,1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Různé způsoby lepení vodíku ve vodě - Proč teplá voda mrzne rychleji než studená voda?". Žurnál chemické teorie a počítání. 13 (1): 55–76. doi:10,1021 / acs.jctc.6b00735