Почему горячая вода замерзает быстрее холодной?

Почему горячая вода замерзает быстрее холодной?

Мнение учёных на этот счёт расходится. С точки зрения физики, если взять две ёмкости наполненные водой разной температуры, то та температура которой ниже, замёрзнет быстрее. Всем известно, что для перехода воды из жидкого состояние в твёрдое нужны определённые условия. В данном случае низкая температура. Физический процесс изменения агрегатного состояния жидкости происходит при температуре 0*С. Другими словами, чтобы из воды получить лёд, нужно чтобы жидкость остыла до нулевой точки отметки термометра. Так почему горячая вода замерзает быстрее холодной?

горячая и холодная вода в стаканах

Если взять два стакана, в одном из которых будет горячая вода, а в другом – холодная и поместить обе ёмкости в холодильник, то по логике вещей быстрей замёрзнет холодная. Ведь её температура наиболее близка к 0*С, чем у горячей. Жидкости с более высокой температурой необходимо время для остывания. Время, затрачиваемое на спад температуры у горячей воды больше временного промежутка, необходимого для замерзания холодной. Простые вещи, которые легко понять и объяснить.

Но не всё так предсказуемо. Дело обстоит с точностью наоборот. Если в морозильную камеру поместить два стакана с жидкостями разной температуры, то быстрее замёрзнет та, температура которой выше.

Данное явление вызвало переполох среди учёных физиков. Этот парадокс не раз упоминал Аристотель, но найти объяснение чуду так и не мог. Кроме того, загадку физического явления пытались найти Бэкон и Декарт. Спустя годы феномен всё же заинтересовал физиков и они взялись за исследование факта.

лед

Предыстория: возникновение вопроса почему горячая вода замерзает быстрее холодной?

Давным-давно школьник Эрасто Мпемба, во время приготовления мороженого заметил, что молоко с сахаром замерзает быстрее если его предварительно нагреть. С вопросом, ответ на который ученик не смог найти самостоятельно, Эрасто обратился к школьному учителю. В ответ, мальчик получил высмеивание со стороны педагога. Ответ учителя был таков: «Это какая-то физика Мпебы, а не всемирная, которая объясняет все явления».

Через некоторое время школу посетил профессор физики Деннис Осборн, работавший при университете Дар-эс-Салама. Любознательный юноша поспешил с аналогичным вопросом обратиться к Деннису. Как ни странно, профессор не усмехнулся, а лишь сказал, что не может дать объяснение тому, чего не видел собственными глазами. По возвращении в университет Осборн, вместе с коллегами провели соответствующий эксперимент. Судя по-всему, опыт удался, так как в 1969 году учёный вместе со школьником рассказали о своей работе известному издательству.

Эрасто Мпемба и Деннис Осборн

Научное обоснование

В то же время, известный канадский учёный Джордж Келл опубликовал статью с результатами своих исследований.

Он привёл некоторые варианты объяснения данного феномена, почему горячая вода замерзает быстрее холодной:

испарение холодной и горячей воды

  1. Испарение горячей воды происходит быстрее, чем холодной. В результате этого уменьшается объём жидкости с более высокой температурой. В результате, замёрзнет быстрее та, объём которой меньше.
  2. Наличие под дном стакана снега создаёт подкладку. Под ёмкостью с горячей водой она тает, тем самым улучшается тепловой контакт с поверхностью.
  3.  Присутствие кристаллизационных центов в охлаждаемой жидкости. Если присутствие центров кристаллизации в воде минимально,то процесс превращения жидкости в лёд затруднён.
  4.  Процесс замерзания прохладной воды начинается сверху, тем самым уменьшая конвекцию. Горячая же вода начинает остывать снизу, теплоизлучение и конвекция протекают естественным образом.

горячая вода

Несколько лет назад было оглашено ещё одно предположение загадочного факта. В воде, не подвергающейся нагреванию, содержатся органические примеси, то есть растворённые в воде вещества: кальция бикарбонат и магния бикарбонат. Эти соединения содержатся в жёсткой воде. При нагревании эти вещества частично растворяются и выпадают в осадок, смягчая воду. В процессе замерзания и кристаллизации количество примесей значительно возрастает, понижая точку замерзания жидкости.

До сегодняшнего дня так и нашлось точного объяснения загадке науки, почему горячая вода замерзает быстрее холодной. Учёные не оставляют без внимания факт чуда и продолжают работать над феноменом. Открытие нового физического явления сделало простого школьника известным на весь мир. Это доказывает, что благодаря упорству и любознательности можно добиться больших высот.

← Сложение и вычитание дробей с разными знаменателями 5 класс Как научить ребенка играть в шахматы с нуля →

Комментарии