Katera voda se hitreje zamrzne: topla ali hladna? Od česa je odvisno?

Dejstvo, da voda zamrzne hitreje, vroče ali mrzlo, vplivajo številni dejavniki, vendar pa se zdi, da je vprašanje malo čudno. To je implicitno in iz fizike je znano, da vroča voda še vedno potrebuje čas, da se ohladi, da se temperatura hladne vode primerja s pretvorbo v led. Hladno vodo, to stopnjo lahko preskočimo in s tem zmagamo pravočasno. Toda vsak prebivalec severnih zemljepisnih širin pozna odgovor na vprašanje, katera voda v hladnem hladu zamrzne hitreje ali hladno. Dejansko se znanstveno izkaže, da mora hladno vodo v vsakem primeru preprosto zamrzniti hitreje.

Enako misel je prišlo učitelju fizike, ki ga je študent Erasto Mpemba prosil leta 1963, da bi pojasnil, zakaj hladna mešanica prihodnjega sladoleda zamrzne dlje kot podobna, a vroča.

"To ni svetovna fizika, ampak nekakšna fizika Mpemba"

Takrat se je učitelj le smejal, toda profesor fizike Denis Osborn, ki je nekoč obiskal isto šolo, kjer je študiral Erasto, eksperimentalno potrdil obstoj takšnega učinka, čeprav takrat ni bilo pojasnila. Leta 1969 je v priljubljeni znanstveni reviji izšel skupni članek teh dveh ljudi, ki so opisali ta poseben učinek. Od takrat, mimogrede, vprašanje, kje voda zamrzne hitreje - vroče ali hladno, ima svoj lasten učinek ali paradoks, Mpemba.

Vprašanje se je zgodilo dolgo nazaj

Seveda je ta pojav že obstajal že prej in je bil omenjen v delih drugih znanstvenikov. Ne zanima le študent, ampak tudi Francis Bacon, Rene Descartes in celo Aristotle o tem. Le pristopi k rešitvi tega paradoksa so začeli gledati šele konec dvajsetega stoletja.

Pogoji za paradoks

Kot pri sladoledu med poskusom ne zamrzne le navadna voda. Obstajati morajo določeni pogoji za začetek argumentiranja, ki voda zamrzne hitreje - hladno ali vroče. Kaj vpliva na potek tega procesa?

Zdaj, v 21. stoletju, je bilo predlaganih več možnosti, ki lahko razložijo danski paradoks. Dejstvo, da voda zamrzne hitreje, vroče ali hladno, je lahko odvisna od tega, da ima vroča voda večjo hitrost izhlapevanja kot mraz. Tako se njen volumen zmanjša, z zmanjšanjem prostornine pa čas zamrzovanja postane manjši, kot če vzamete podoben začetni volumen hladne vode.

Dolgo časa je zamrzovalnik odmrznjen

Dejstvo, da voda hitreje zamrzne in zakaj se to zgodi, lahko vpliva na snežno oblogo, ki se lahko izvede v zamrzovalniku hladilnika, uporabljenega za poskus. Če vzamete dva vsebnika, ki sta enaka glede na prostornino, v eni od njih pa bo vroča voda, v drugi pa hladna, bo posoda z vročo vodo talila snežilo pod njim, s čimer se izboljša stik toplotnega nivoja s steno hladilnika. Posoda s hladno vodo to ne more storiti. Če v hladilniku ni snežne obloge, mora hladna voda hitreje zamrzniti.

Zgoraj spodaj

Tudi zaradi katerega se voda hitreje zamrzne - vroča ali hladna, je razložena kot sledi. Po določenih zakonih se hladna voda začenja zamrzniti od zgornjih plasti, ko vroče deluje ravno nasprotno - začne se zamrzniti od spodaj navzgor. Izkaže se, da hladna voda, ki ima hladno plast na vrhu že oblikovanega ledu, poslabša konvekcijo in toplotno sevanje, s čimer pojasnjuje, katera voda zamrzne hitreje ali hladno ali hladno. Fotografije amaterskih eksperimentov so priložene, tukaj pa je jasno vidno.

Toplota se izteka, nagiba navzgor in tam se sreča z zelo ohlajeno plastjo. Ni proste poti za toplotno sevanje, zato je proces hlajenja otežen. Takšne ovire na svoji poti nimajo vroče vode. Kateri hitreje zamrzne - hladno ali vroče, na katerem je odvisen verjeten izid, lahko razširite odgovor tako, da je v vodi v vodi raztopljena določena snov.

Nečistote v vodi kot dejavnik, ki vpliva na izid

Če ne goljufate in uporabljate vodo z enako sestavo, kjer so koncentracije določenih snovi enake, mora hladna voda hitreje zamrzniti. Ampak, če obstaja situacija, ko raztopljeni kemični elementi so na voljo samo v vroči vodi, in hladna voda jih nima pri tem, potem je mogoče zamrzniti pred vročo vodo. To je razloženo z dejstvom, da raztopljene snovi v vodi ustvarjajo centre kristalizacije, in z majhnim številom teh centrov je preoblikovanje vode v trdnem stanju težavno. Celo možno je podcoolirati vodo v smislu, da je pri minusni temperaturi v tekočem stanju.

Toda vse te različice, očitno, niso popolnoma zadovoljile znanstvenikov in še naprej delajo na tem področju. Leta 2013 je skupina raziskovalcev v Singapurju dejala, da jim je uspelo rešiti starostno skrivnost. Skupina kitajskih znanstvenikov trdi, da je skrivnost tega učinka količina energije, ki je shranjena med vodnimi molekulami v svojih vezeh, imenovanih vodikovih.

Rešitev kitajskih znanstvenikov

Nato sledi informacijam, da bi razumeli, za kaj je potrebno imeti znanje iz kemije, da bi razumeli, katera voda zamrzne hitreje - vroče ali hladno. Kot je znano, molekula vode sestavljata dva atoma H (vodik) in en atom O (kisik), ki ju držijo kovalentne vezi.

Toda tudi atome vodika ene molekule pritegnejo sosednje molekule, v svojo komponento kisika. Te povezave se imenujejo vodikove vezi.

Ne smemo pozabiti, da istočasno molekule vode delujejo drug proti drugemu odvratno. Znanstveniki so opozorili, da se voda segreva med molekulami, povečuje razdalja, to pa olajšujejo samo odbojne sile. Izkazalo se je, da se vodikove vezi, ki zaužijejo eno razdaljo med molekulami v hladnem stanju, lahko raztegnejo in imajo večjo dobavo energije. Ta energijski rezervat se sprošča, ko se molekule vode začnejo približevati drugam, to je hlajenje. Izkazalo se je, da se večja oskrba z energijo v vroči vodi in njena večja sproščenost, ko se ohladi na pod ničelne temperature, zgodi hitreje kot v hladni vodi, ki ima manj energije. Torej, katero vodo zamrzne hitreje - hladno ali vroče? Na ulici in v laboratoriju se mora pojaviti paradoks Mpemba, hitra voda pa se mora hitreje spremeniti v led.

Toda vprašanje je še vedno odprto

Obstaja samo teoretična potrditev tega pojma - vse to je napisano lepo formulo in se zdi verjetna. Toda, ko bodo podatki eksperimentov, ki jih voda hitreje zamrzne - vroče ali hladno, bodo predstavljena v praktičnem pomenu in predstavljeni njihovi rezultati, potem se vprašanje paradoksa Membba lahko šteje za zaprto.