Mpemba efekt(Mpemba Paradox) je paradox, ktorý hovorí, že horúca voda za určitých podmienok zamrzne rýchlejšie ako studená voda, hoci v procese zamŕzania musí prejsť teplotou studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý odporuje zaužívaným predstavám, podľa ktorých za rovnakých podmienok potrebuje teplejšie teleso na ochladenie na určitú teplotu viac času ako chladnejšie teleso na ochladenie na rovnakú teplotu.

Tento jav si v tom čase všimli už Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, no až v roku 1963 tanzánsky školák Erasto Mpemba zistil, že horúca zmrzlinová zmes zamrzne rýchlejšie ako studená.

Erasto Mpemba bol študentom strednej školy Magambin v Tanzánii, kde robil praktické kuchárske práce. Musel si vyrobiť domácu zmrzlinu – uvariť mlieko, rozpustiť v ňom cukor, ochladiť na izbovú teplotu a potom dať zamraziť do chladničky. Mpemba zjavne nebol mimoriadne usilovným študentom a s prvou časťou zadania otáľal. Zo strachu, že nestihne do konca hodiny, dal ešte horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho súdruhov, pripravené podľa danej technológie.

Potom už Mpemba experimentoval nielen s mliekom, ale aj s čistou vodou. V každom prípade, už ako študent na strednej škole Mkwawa, opýtal sa profesora Dennisa Osborna z University College v Dar es Salaame (pozvaný riaditeľom školy na prednášku o fyzike pre študentov) o vode: „Ak si vezmete dve rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody, takže v jednej z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhej - 100 ° C a vložte ich do mrazničky, potom v druhej voda rýchlejšie zamrzne. prečo? Osborne sa začal o túto problematiku zaujímať a čoskoro v roku 1969 spolu s Mpembou publikovali výsledky svojich experimentov v časopise „Physics Education“. Odvtedy sa ich objavený efekt nazýva tzv Mpemba efekt.

Doteraz nikto presne nevie, ako tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú jedinú verziu, aj keď ich je veľa. Je to všetko o rozdiele vo vlastnostiach teplej a studenej vody, ale zatiaľ nie je jasné, ktoré vlastnosti hrajú v tomto prípade úlohu: rozdiel v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo vplyve skvapalnených plynov na vodu pri rozdielne teploty.

Paradoxom Mpemba efektu je, že čas, počas ktorého sa telo ochladí na teplotu okolia, musí byť úmerné teplotnému rozdielu medzi týmto telesom a prostredím. Tento zákon zaviedol Newton a odvtedy bol mnohokrát potvrdený v praxi. Rovnakým spôsobom sa voda s teplotou 100 °C ochladí na 0 °C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35 °C.

To však ešte neznamená paradox, keďže Mpembov efekt možno vysvetliť aj v rámci známej fyziky. Tu je niekoľko vysvetlení pre efekt Mpemba:

Odparovanie

Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zamrzne. Voda zohriata na 100 C stratí pri ochladení na 0 C 16 % svojej hmoty.

Účinok odparovania je dvojitý. Po prvé, množstvo vody potrebné na chladenie sa zníži. A po druhé, teplota klesá v dôsledku toho, že klesá teplo vyparovania prechodu z vodnej fázy do parnej fázy.

teplotný rozdiel

Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi horúcou vodou a studeným vzduchom je väčší - výmena tepla je v tomto prípade intenzívnejšia a horúca voda rýchlejšie chladne.

podchladenie

Keď sa voda ochladí pod 0 C, nie vždy zamrzne. Za určitých podmienok môže prejsť podchladením, pričom zostane tekutý pri teplotách pod bodom mrazu. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri -20 C.

Dôvodom tohto efektu je, že na to, aby sa začali vytvárať prvé ľadové kryštály, sú potrebné centrá tvorby kryštálov. Ak nie sú v kvapalnej vode, podchladenie bude pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, že sa začnú spontánne vytvárať kryštály. Keď sa začnú tvoriť v podchladenej kvapaline, začnú rásť rýchlejšie a vytvoria ľadovú kašu, ktorá zamrzne a vytvorí ľad.

Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievanie eliminuje rozpustené plyny a bubliny, ktoré zase môžu slúžiť ako centrá pre tvorbu ľadových kryštálikov.

Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, nastáva nasledovné. V tomto prípade sa na povrchu nádoby vytvorí tenká vrstva ľadu. Táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolant medzi vodou a studeným vzduchom a zabráni ďalšiemu vyparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade nižšia. V prípade podchladzovania horúcej vody nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Preto cez otvorený vrch oveľa rýchlejšie stráca teplo.

Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu.

Mnohí výskumníci tohto účinku považujú hypotermiu za hlavný faktor v prípade Mpemba efektu.

Konvekcia

Studená voda začína zamŕzať zhora, čím sa zhoršujú procesy vyžarovania a prúdenia tepla, a tým aj straty tepla, zatiaľ čo horúca voda začína zamŕzať zdola.

Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou v hustote vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4 C. Ak vodu schladíte na 4 C a dáte ju na nižšiu teplotu, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože táto voda má menšiu hustotu ako voda pri 4 °C, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody na krátky čas vytvorí tenká vrstva ľadu, no táto vrstva ľadu bude slúžiť ako izolant chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4 C. Preto , ďalšie chladenie bude pomalšie.

V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku vyparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Vrstvy studenej vody sú tiež hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne a zdvihne vrstvu teplej vody na povrch. Táto cirkulácia vody zabezpečuje rýchly pokles teploty.

Prečo však tento proces nedosiahne rovnovážny bod? Pre vysvetlenie Mpembovho efektu z tohto pohľadu konvekcie by bolo potrebné predpokladať, že studená a horúca vrstva vody sa oddelí a samotný konvekčný proces pokračuje po poklese priemernej teploty vody pod 4 C.

Neexistujú však žiadne experimentálne dôkazy na podporu tejto hypotézy, že studené a horúce vrstvy vody sú oddelené konvekciou.

plyny rozpustené vo vode

Voda vždy obsahuje rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri ohrievaní vody sa tieto plyny uvoľňujú z vody, pretože ich rozpustnosť vo vode pri vysokej teplote je nižšia. Preto pri chladení horúcej vody je v nej vždy menej rozpustených plynov ako v neohriatej studenej vode. Preto je bod tuhnutia ohriatej vody vyšší a rýchlejšie zamrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní Mpembovho efektu, aj keď neexistujú žiadne experimentálne údaje potvrdzujúce túto skutočnosť.

Tepelná vodivosť

Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, keď je voda umiestnená v chladničke s mrazničkou v malých nádobách. Za týchto podmienok bolo pozorované, že nádoba s horúcou vodou roztápa ľad v mrazničke pod ňou, čím sa zlepšuje tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby na teplú vodu odvádza rýchlejšie ako zo studenej. Nádoba so studenou vodou zase neroztopí sneh pod ňou.

Všetky tieto (ale aj iné) podmienky boli študované v mnohých experimentoch, no jednoznačnú odpoveď na otázku – ktoré z nich poskytujú 100% reprodukciu Mpemba efektu – sa nepodarilo získať.

Takže napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach študoval vplyv podchladenia vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosiahne podchladený stav, zamrzne pri vyššej teplote ako studená voda, a teda rýchlejšie ako studená voda. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím kompenzuje predchádzajúce oneskorenie.

Navyše Auerbachove výsledky boli v rozpore s predchádzajúcimi údajmi, že horúca voda je schopná dosiahnuť väčšie podchladenie vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier. Pri ohrievaní vody sa z nej odstraňujú plyny v nej rozpustené a pri varení sa vyzrážajú niektoré soli rozpustené v nej.

Zatiaľ možno tvrdiť len jedno - reprodukcia tohto efektu v podstate závisí od podmienok, za ktorých sa experiment uskutočňuje. Práve preto, že nie vždy sa reprodukuje.

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

Odkaz na históriu

Že v problematike mrazivej studenej a horúcej vody „nie všetko je čisté“ bolo spomenuté v dielach Aristotela, potom podobné poznámky urobili F. Bacon, R. Descartes a J. Black. V nedávnej histórii sa s týmto efektom spájalo pomenovanie „Mpembov paradox“ – podľa mena školáka z Tanganiky Erasto Mpemba, ktorý rovnakú otázku položil hosťujúcemu profesorovi fyziky.

Chlapcova otázka nevznikla od nuly, ale z čisto osobných pozorovaní procesu chladenia zmrzlinových zmesí v kuchyni. Spolužiaci, ktorí tam boli prítomní, sa spolu s učiteľkou Mpemba samozrejme smiali – po experimentálnej kontrole osobne profesorom D. Osborneom sa však z nich „vyparila“ chuť robiť si z Erasta srandu. Okrem toho Mpemba spolu s profesorom publikoval podrobný popis tohto efektu v roku 1969 v Physics Education - a odvtedy je vyššie uvedené meno zafixované vo vedeckej literatúre.

Čo je podstatou javu?

Usporiadanie experimentu je celkom jednoduché: za rovnakých okolností sa testujú identické tenkostenné nádoby, v ktorých sú striktne rovnaké množstvá vody, líšia sa len teplotou. Nádoby sa vložia do chladničky, po ktorej sa zaznamená čas pred vytvorením ľadu v každej z nich. Paradoxom je, že v nádobe s pôvodne teplejšou kvapalinou sa to deje rýchlejšie.

Ako to vysvetľuje moderná fyzika?

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

• schopnosť kvapaliny prechladzovať - ​​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 horúcej vody studená voda zamŕza zhora, čo vedie k zníženiu prenosu tepla konvekciou a sálaním

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

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, je ovplyvnená mnohými faktormi, ale samotná otázka sa zdá byť trochu zvláštna. Rozumie sa a z fyziky je známe, že horúca voda ešte potrebuje čas, aby sa ochladila na teplotu porovnateľnej studenej vody, aby sa zmenila na ľad. túto fázu možno preskočiť, a preto vyhrá včas.

Ale odpoveď na otázku, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca - na ulici v mraze, vie každý obyvateľ severných zemepisných šírok. V skutočnosti sa vedecky ukazuje, že v každom prípade studená voda jednoducho musí rýchlejšie zamrznúť.

Rovnako tak aj učiteľ fyziky, ktorého v roku 1963 oslovil školák Erasto Mpemba s prosbou o vysvetlenie, prečo studená zmes budúcej zmrzliny mrzne dlhšie ako podobná, no horúca.

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

V tom čase sa tomu učiteľ iba zasmial, ale Deniss Osborne, profesor fyziky, ktorý svojho času chodil do tej istej školy, kde študoval Erasto, experimentálne potvrdil existenciu takéhoto efektu, hoci vtedy neexistovalo žiadne vysvetlenie. . V roku 1969 publikoval populárny vedecký časopis spoločný článok dvoch mužov, ktorí opísali tento zvláštny efekt.

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

Otázka je tu už dlho

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

Tu sú len 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 tento proces?

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 s úbytkom objemu sa čas tuhnutia skracuje, ako keby sme odobrali podobný počiatočný objem studenej vody.

Mraznička je už dávno odmrazená

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie a prečo to tak je, môže byť ovplyvnené snehovou výstelkou, ktorá sa môže nachádzať v mrazničke chladničky použitej na experiment. Ak vezmete dve nádoby, ktoré sú objemovo rovnaké, ale jedna z nich bude mať horúcu vodu a druhá studenú, nádoba s horúcou vodou roztopí sneh pod sebou, čím sa zlepší kontakt tepelnej hladiny so stenou chladničky. Nádoba na studenú vodu to nedokáže. Ak v chladničke takéto obloženie snehom nie je, studená voda by mala rýchlejšie zamrznúť.

Hore - dole

Tiež jav, ktorého voda zamrzne rýchlejšie - horúca alebo studená, je vysvetlený nasledovne. Pri dodržaní určitých zákonitostí začne studená voda zamŕzať z vrchných vrstiev, kým horúca to urobí naopak – začne mrznúť zdola nahor. Ukazuje sa, že studená voda, ktorá má na vrchu studenú vrstvu s už vytvoreným ľadom na niektorých miestach, tak zhoršuje procesy konvekcie a tepelného žiarenia, čím vysvetľuje, ktorá voda mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Priložená je fotografia z amatérskych experimentov a tu je dobre viditeľná.

Teplo ide von, smeruje 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 na svojej ceste absolútne žiadne takéto bariéry. Ktorá mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, od čoho závisí pravdepodobný výsledok, môžete odpoveď rozšíriť tým, že akákoľvek voda má v sebe rozpustené určité látky.

Nečistoty v zložení vody ako faktor ovplyvňujúci výsledok

Ak nepodvádzate a používate vodu s rovnakým zložením, kde sú koncentrácie určitých látok identické, tak by studená voda mala zamrznúť rýchlejšie. Ak však nastane situácia, keď rozpustené chemické prvky sú prítomné iba v horúcej vode, zatiaľ čo studená voda ich nemá, horúca voda má možnosť skôr zamrznúť. Vysvetľuje sa to tým, že rozpustené látky vo vode vytvárajú centrá kryštalizácie a pri malom počte týchto centier je premena vody do tuhého skupenstva náročná. Dokonca je možné aj podchladenie vody v tom zmysle, že pri mínusových teplotách bude v kvapalnom stave.

Všetky tieto verzie však vedcom zjavne 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

Nasledujú ďalšie informácie, na pochopenie ktorých je potrebné mať určité znalosti z chémie, aby ste zistili, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - horúca alebo studená. Ako viete, pozostáva z dvoch atómov H (vodíka) a jedného atómu O (kyslíka), ktoré sú spojené kovalentnými väzbami.

Ale atómy vodíka jednej molekuly sú priťahované aj susednými molekulami, ich kyslíkovou zložkou. Tieto väzby sa nazývajú vodíkové väzby.

Zároveň je potrebné 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 pri obsadení jednej vzdialenosti medzi molekulami v studenom stave sa dá povedať, že sa naťahujú a majú väčší prísun energie. Práve táto energetická rezerva sa uvoľňuje, keď sa molekuly vody začnú k sebe približovať, to znamená, že dochádza k ochladzovaniu. Ukazuje sa, že väčší prísun energie v horúcej vode a jej väčšie uvoľnenie pri ochladzovaní na mínusové teploty nastáva rýchlejšie ako v studenej vode, ktorá má takú energiu menšiu zásobu. Ktorá voda teda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca? Na ulici a v laboratóriu by malo dôjsť k Mpembovmu paradoxu a horúca voda by sa mala rýchlejšie zmeniť na ľad.

Ale otázka je stále otvorená

Existuje len teoretické potvrdenie tejto stopy - to všetko je napísané v krásnych vzorcoch a zdá sa byť pravdepodobné. Keď sa však experimentálne údaje, ktoré rýchlejšie zamŕzajú vodu - horúca alebo studená, dostanú do praktického významu a budú prezentované ich výsledky, bude možné považovať otázku Mpembovho paradoxu za uzavretú.

Chémia bola jedným z mojich obľúbených predmetov v škole. 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. Nepamätám si presne, ako tá otázka znela, ale išlo o to, že ak vezmete dve drevené vedrá rovnakej veľkosti, jedno s horúcou vodou, druhé so studenou vodou (presne zadanej teploty) a umiestnite ich v prostredí s určitou teplotou, ktorý z nich rýchlejšie zamrzne? 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 vyvodiť logický záver. V tento deň som sa dokonca rozhodol túto lekciu vynechať, takže som nikdy nenašiel riešenie tejto hádanky.

Roky plynuli a ja som sa naučil veľa 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 hľadiska vedy nepodložené. A rozhodol som sa uskutočniť svoju vlastnú skúsenosť. Keďže som nenašiel drevené vedrá, použil som mrazničku, varnú dosku, trochu vody a digitálny teplomer. O výsledkoch svojich skúseností budem hovoriť o niečo 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 odparovania: ak sa veľmi horúca voda umiestni do studeného prostredia, potom sa voda 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, studená voda môže rýchlejšie vrieť! 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 varením horúcej vody nešetríte energiu. Môžete spotrebovať menej plynu alebo elektriny, ale ohrievač vody spotrebuje rovnaké množstvo energie, aké je potrebné na ohrev studenej vody. (Slnečná energia je trochu iná.) V dôsledku ohrevu vody ohrievačom vody sa môžu vytvárať usadeniny, takže ohrev vody bude trvať dlhšie.

Ak do vody pridáte soľ, bude vrieť rýchlejšie. Soľ zvyšuje bod varu (a teda znižuje bod tuhnutia – preto niektoré gazdinky pridávajú do zmrzliny trochu kamennej soli). Ale v tomto prípade nás zaujíma ďalšia 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 času alebo teploty varu.

Ale tu je to, čo som dostal:

Studená voda: Použil som tri 100 ml sklenené kadičky čistenej vody: jednu izbovú teplotu (72 °F/22 °C), jednu horúcu vodu (115 °F/46 °C) a jednu prevarenú (212 °F/100 °C C). Všetky tri poháre som dala do mrazničky na -18°C. A keďže som vedel, že voda sa hneď nezmení na ľad, stupeň zamrznutia som určil „dreveným plavákom“. Keď sa tyčinka umiestnená v strede pohára už nedotýkala základne, veril som, že voda zamrzla. 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 závery: Vzhľadom na podmienky v mrazničke a použitú vodu som nebol schopný reprodukovať efekt Memba.

Tento pokus som vyskúšal aj s predtým prevarenou vodou ochladenou na izbovú teplotu. Zamrzol za 60 minút – aj tak to trvalo dlhšie ako zamrznutie studenej vody.

Prevarená voda: Vzal som liter vody izbovej teploty a zapálil. Uvarila za 6 minút. Potom som ho opäť schladila na izbovú teplotu a pridala do horúceho. 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): Do 1 litra vody som pridala 2 veľké polievkové lyžice kuchynskej soli. Uvaril sa za 6 minút 33 sekúnd a ako teplomer ukázal, 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 je ťažké nazvať laboratóriom a možno sú moje závery v rozpore s realitou. Moja mraznička môže zmraziť potraviny nerovnomerne. Moje sklenené okuliare môžu byť nepravidelné atď. Čo sa však deje v laboratóriu, pri zmrazovaní či 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 je jedna z najúžasnejších kvapalín na svete, ktorá má nezvyčajné vlastnosti. Napríklad ľad – pevné skupenstvo kvapaliny, má špecifickú hmotnosť nižšiu ako samotná voda, čo umožnilo vznik a rozvoj života na Zemi mnohými spôsobmi. Okrem toho sa v takmer vedeckom a skutočne vedeckom svete vedú diskusie o tom, ktorá voda mrzne rýchlejšie – horúca alebo studená. Kto preukáže rýchlejšie zmrazenie horúcej tekutiny za určitých podmienok a svoje rozhodnutie vedecky zdôvodní, dostane od Britskej kráľovskej spoločnosti chemikov odmenu 1000 libier.

Pozadie

Skutočnosť, že za mnohých podmienok je horúca voda v rýchlosti mrazu pred studenou vodou, bola zaznamenaná už v stredoveku. Francis Bacon a René Descartes vynaložili veľa úsilia na vysvetlenie tohto javu. Z pohľadu klasickej tepelnej techniky sa však tento paradox vysvetliť nedá a snažili sa ho ostýchavo ututlať. Podnetom na pokračovanie sporu bol trochu kuriózny príbeh, ktorý sa stal v roku 1963 tanzánijskému školákovi Erastovi Mpembovi (Erasto Mpemba). Raz, na hodine výroby zákuskov v škole varenia, chlapec, rozptýlený inými vecami, nestihol včas vychladnúť zmrzlinovú zmes a dať do mrazničky roztok cukru v horúcom mlieku. Na jeho prekvapenie sa produkt ochladil o niečo rýchlejšie ako jeho kolegovia z praxe, ktorí dodržiavali teplotný režim na výrobu zmrzliny.

V snahe pochopiť podstatu tohto javu sa chlapec obrátil na učiteľa fyziky, ktorý bez toho, aby zachádzal do podrobností, zosmiešňoval svoje kulinárske experimenty. Erasto sa však vyznačoval závideniahodnou vytrvalosťou a pokračoval vo svojich experimentoch už nie na mlieku, ale na vode. Postaral sa o to, aby v niektorých prípadoch horúca voda zamrzla rýchlejšie ako studená.

Erasto Mpembe po vstupe na univerzitu v Dar es Salaame navštívil prednášku profesora Dennisa G. Osbornea. Študent si po promócii lámal hlavu vedcom s problémom rýchlosti zamŕzania vody v závislosti od jej teploty. D.G. Osborne zosmiešnil samotné položenie otázky a s nadhľadom uviedol, že každý porazený vie, že studená voda zamrzne rýchlejšie. Prirodzená húževnatosť mladého muža však dala o sebe vedieť. Stavil sa s profesorom a ponúkol, že tu, v laboratóriu, vykoná experimentálny test. Erasto umiestnil do mrazničky dve nádoby s vodou, jednu s teplotou 95 °F (35 °C) a druhú s teplotou 212 °F (100 °C). Aké bolo prekvapenie profesora a okolitých „fanúšikov“, keď voda v druhej nádobe zamrzla rýchlejšie. Odvtedy sa tomuto javu hovorí „Mpembov paradox“.

Dodnes však neexistuje koherentná teoretická hypotéza vysvetľujúca „Mpembov paradox“. Nie je jasné, aké vonkajšie faktory, chemické zloženie vody, prítomnosť rozpustených plynov a minerálov v nej, ovplyvňujú rýchlosť tuhnutia kvapalín pri rôznych teplotách. Paradoxom „Mpembovho efektu“ je, že odporuje jednému zo zákonov objavených I. Newtonom, ktorý tvrdí, že čas chladnutia vody je priamo úmerný teplotnému rozdielu medzi kvapalinou a prostredím. A ak všetky ostatné kvapaliny úplne podliehajú tomuto zákonu, potom je voda v niektorých prípadoch výnimkou.

Prečo horúca voda mrzne rýchlejšie?t

Existuje niekoľko verzií, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Hlavné sú:

• horúca voda sa rýchlejšie odparuje, zatiaľ čo jej objem sa zmenšuje a menší objem kvapaliny sa rýchlejšie ochladzuje - pri ochladzovaní vody z + 100 ° С na 0 ° С dosahujú objemové straty pri atmosférickom tlaku 15 %;
• intenzita výmeny tepla medzi kvapalinou a prostredím je tým vyššia, čím väčší je teplotný rozdiel, takže tepelné straty vriacej vody prechádzajú rýchlejšie;
• keď sa horúca voda ochladí, na jej povrchu sa vytvorí ľadová kôra, ktorá zabraňuje úplnému zamrznutiu a odparovaniu kvapaliny;
• pri vysokej teplote vody dochádza k jej konvekčnému miešaniu, čím sa skracuje čas tuhnutia;
• plyny rozpustené vo vode znižujú bod tuhnutia a berú energiu na tvorbu kryštálov – v horúcej vode nie sú rozpustené plyny.

Všetky tieto podmienky boli podrobené opakovanému experimentálnemu overeniu. Najmä nemecký vedec David Auerbach zistil, že teplota kryštalizácie horúcej vody je o niečo vyššia ako teplota studenej vody, čo umožňuje rýchlejšie zmraziť prvú. Neskôr však boli jeho experimenty kritizované a mnohí vedci sú presvedčení, že „Mpembov efekt“, o ktorom voda rýchlejšie zamŕza – horúca alebo studená, sa dá reprodukovať len za určitých podmienok, ktoré doteraz nikto nehľadal a nekonkretizoval.