De ce apa fierbinte îngheață mai repede decât la rece

De ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece?

efect Mpemba (Mpemba Paradox) - paradox care afirmă că apa caldă în anumite condiții îngheață mai repede decât la rece, deși trebuie să treacă temperatura apei reci în procesul de congelare. Acest paradox este un fapt experimental, spre deosebire de conceptele convenționale, potrivit căreia în aceleași condiții, un corp mai încălzit să se răcească la o temperatură durează mai mult decât un corp mai puțin încălzit să se răcească la aceeași temperatură. Acest fenomen se observă în timpul său, Aristotel, Frensis Bekon si Rene Dekart, dar numai în 1963, un student tanzanian Erasto Mpemba a constatat că amestecul de crema fierbinte îngheață mai repede decât la rece.

Până în prezent, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Noi oamenii de știință nu au o singură versiune, cu toate că există multe. Proprietățile diferență lucru de apă caldă și rece, dar nu este clar exact ce proprietăți au un rol în acest caz: diferența de subrăcire, evaporare, formarea de gheata, convectie sau gazele lichefiate la expunerea la apă la temperaturi diferite. Paradoxul Efectul Mpemba că timpul în care corpul este răcit la temperatura ambiantă, ar trebui să fie proporțională cu diferența de temperatură a corpului și a mediului. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. Același efect cu o temperatură a apei de 100 ° C este răcită la o temperatură de 0 ° C, mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35 ° C Cu toate acestea, încă nu implică un paradox, deoarece efectul Mpemba poate găsi o explicație în cadrul fizicii cunoscute. Iată câteva explicații efect Mpemba:

Apa caldă va evapora din container, reducând astfel volumul său și un volum mai mic de apă la aceeași temperatură îngheață mai repede. Încălzit la 100 C, apa pierde 16% din masa sa după răcirea la 0 ° C Efectul de evaporare - un dublu efect. În primul rând, masa redusă a apei, care este necesară pentru răcire. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare scade tranziția de fază de apă în faza de vapori.

Datorită faptului că diferența de temperatură între apă caldă și aer rece mai mult - prin urmare, în acest caz, transferul de căldură este mai intensă și apă caldă este răcită rapid.

Când apa este răcit sub 0 ° C, nu este întotdeauna îngheață. În anumite condiții, poate suferi de subrăcire, continuând să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. In unele cazuri, apa poate rămâne lichid chiar și la -20 ° C Motivul acestui efect este acela că, în scopul de a forma primelor cristale de început centre de cristalizare de gheata nevoie. În cazul în care nu există în apă lichidă, în timp ce subrăcire va continua atâta timp cât temperatura scade, astfel încât cristalele încep să se formeze în mod spontan. Atunci când încep să se formeze în lichid suprarăcit, ei încep să crească rapid, formând Ledovo nămol care congelarea va forma gheață. Apa caldă este cel mai susceptibil la căldură răcirea bruscă, deoarece elimină gazele dizolvate și bule care, la rândul lor, pot servi ca centre pentru formarea de cristale de gheață. De ce este hipotermie face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei reci, care nu este racim, au loc următoarele. In acest caz, un strat subțire de gheață se va forma pe suprafața vasului. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aer rece și va preveni evaporarea in continuare. Rata de formare a cristalelor de gheață, în acest caz, va fi mai mică. În cazul apei calde, supusă subrăcire, apa supraracita nu are nici un strat protector de suprafață de gheață. Prin urmare, se pierde căldură mult mai rapid prin partea de sus deschis. Când procesul de subrăcire este terminată și apa îngheață, mult mai multă căldură se pierde și, prin urmare, este generat mai mult gheață. Mulți cercetători cred că efectul de hipotermie un factor major în cazul efectului Mpemba.

Apa rece începe să înghețe din partea de sus, afectând astfel radiația termică și procesele de convecție, și, prin urmare pierderea de căldură, în timp ce apa fierbinte începe să înghețe din partea de jos. Acest lucru se explică prin efectul anomaliei densității apei. Apa are cea mai mare densitate la temperatura de 4 ° C Dacă apa răcită la 4 ° C și se pune la o temperatură mai mică, un strat de suprafață de apă pentru a îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la temperatura de 4 ° C, acesta va rămâne pe suprafață, formând un strat subțire de frig. În aceste condiții, un strat subțire de gheață se va forma pe suprafață într-un timp scurt, dar acest strat de gheata va servi ca un izolator, care protejează straturile inferioare ale apei, care vor rămâne la 4 C. Prin urmare, un alt proces de răcire va fi mai lentă. În cazul situației de apă caldă este complet diferit. Stratul de suprafață a apei se va răci mai repede prin evaporare, iar diferențele de temperatură mai mare. Mai mult decât atât, straturile de apă rece mai groase decât straturile de apă caldă, stratul de apă rece, astfel se va scufunda în jos, ridicarea stratului de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură scădere rapidă a temperaturii. Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere convectie trebuie luat că apa rece și caldă, iar procesul de convecție separă straturile se pornește după ce temperatura medie a apei este sub 4 C. Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale pentru a confirma această ipoteză straturile de apă caldă și rece sunt separate prin convecție.

gaze dizolvate în apă

Apa întotdeauna conține gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când se încălzește apa, aceste gaze sunt separate de apă, deoarece solubilitatea lor în apă la temperatură ridicată, de mai jos. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, este întotdeauna mai puțin gaz dizolvat decât în ​​apa rece nu este încălzită. Prin urmare, punctul de congelare de apă încălzită și deasupra îngheață mai repede. Acest factor este uneori văzută ca un important în explicarea efectului Mpemba, cu toate că nu există dovezi experimentale de sprijin de acest fapt nu este.