Onko totta, että kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä?

Kyllä, kuuma vesi voi jäätyä nopeammin kuin kylmä vesi. Sitä ei kuitenkaan aina tapahdu, eikä tiede ole selittänyt tarkalleen miksi niin voi käydä.

Avainasemassa olevat vedet: veden lämpötila ja jäätymisnopeus

Vaikka Aristoteles, Bacon ja Descartes kuvasivat kaikki kuumaa vettä, joka jäätyi nopeammin kuin kylmä vesi, ajatus vastusti enimmäkseen 1960-luvulle saakka, jolloin Mpemba-nimisen lukion opiskelija huomasi, että kuumajääteloseos jäätyessään pakastimeen jäätyisi ennen jäätelöseosta, joka oli jäähdytetty huonelämpötila ennen kuin asetat pakastimeen. Mpemba toisti kokeilunsa vedellä kuin jäätelöseoksella ja havaitsi saman tuloksen: kuuma vesi jäätyi nopeammin kuin viileämpi vesi. Kun Mpemba pyysi fysiikan opettajaa selittämään havainnot, opettaja kertoi Mpemballe hänen tietojensa olevan virheellisiä, koska ilmiö oli mahdoton.

Mpemba kysyi vierailevalta fysiikan professorilta tohtori Osborneelta saman kysymyksen. Tämä professori vastasi, että hän ei tiennyt, mutta hän testaa koetta. Tohtori Osborne sai laboratoriotekniikan suorittamaan Mpemban testin. Lab-tekniikka kertoi kopioineen Mpemban tuloksen: "Mutta jatkamme kokeilua, kunnes saamme oikean tuloksen." (Um... Joo... se olisi esimerkki huonosta tieteestä.) No, tiedot olivat tietoja, joten kokeen toistamisen jälkeen se jatkoi saman tuloksen antamista. Vuonna 1969 Osborne ja Mpemba julkaisivat tutkimuksensa tulokset. Nyt ilmiötä, jossa kuuma vesi voi jäätyä nopeammin kuin kylmää vettä, kutsutaan toisinaan Mpemba-vaikutus.

Ei ole lopullista selitystä sille, miksi kuuma vesi voi jäätyä nopeammin kuin kylmä vesi. Eri mekanismit tulevat peliin olosuhteista riippuen. Tärkeimmät tekijät näyttävät olevan:

• haihtuminen: Lisää kuumaa vettä haihtuu kuin kylmää vettä, mikä vähentää jäädytettävän veden määrää. Massamittaukset saa meidät uskomaan, että tämä on tärkeä tekijä jäähdyttäessä vettä avoimissa astioissa, vaikka se ei selitä mekanismia, kuinka Mpemba-ilmiö tapahtuu suljetuissa astioissa.
• alijäähtymisen: Kuumassa vedessä on vähemmän kokemusta superjäähdytysvaikutus kuin kylmä vesi. Superjäähdyttimenä se voi jäädä nesteeksi, kunnes se häiriintyy, jopa selvästi normaalin jäätymislämpötilan alapuolella. Vesi, joka ei ole jäähdytetty, muuttuu todennäköisemmin kiinteäksi, kun se saavuttaa veden jäätymispiste.
• konvektion: Vesi kehittää konvektiovirtauksia jäähtyessään. Veden tiheys yleensä laskee lämpötilan noustessa, joten jäähdytysvesisäiliö on tyypillisesti lämpimämpi ylhäällä kuin alhaalla. Jos oletetaan, että vesi menettää suurimman osan lämmöstään pinnan yli (mikä saattaa olla totta, riippuen olosuhteissa), sitten kuumampi yläosainen vesi menettäisi lämmön ja jäätyisi nopeammin kuin kylmempi yläosainen vesi.
• Liuenneet kaasut: Kuumassa vedessä on vähemmän kykyä pitää liuenneita kaasuja kuin kylmällä vedellä, mikä voi vaikuttaa sen jäätymisnopeuteen.
• Ympäristön vaikutus: Kahden vesisäiliön alkuperäisten lämpötilojen erolla voi olla vaikutus ympäristöön, mikä voi vaikuttaa jäähdytysnopeuteen. Yksi esimerkki olisi lämmin vesi, joka sulattaa olemassa olevan pakkaskerroksen, mahdollistaen paremman jäähdytysnopeuden.

Älä nyt ota sanani tästä! Jos epäilet, että kuuma vesi jäätyy joskus nopeammin kuin kylmä vesi, testaa se itse. Muista, että Mpemba-ilmiötä ei näy kaikissa koeolosuhteissa, joten joudut ehkä pelaamaan vesinäytteen ja jäähdytysveden kokoa (tai Kokeile valmistaa jäätelöä pakastimessasi, jos hyväksyt sen vaikutuksen osoituksena).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Mpemba-vaikutuksen kyseenalaistaminen: Kuuma vesi ei jäähtyy nopeammin kuin kylmä". Tieteelliset raportit. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Eri tapoja vedyn sitoutumiseen veteen - Miksi lämmin vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi?". Lehti kemiallisesta teoriasta ja laskennasta. 13 (1): 55–76. doi:10,1021 / acs.jctc.6b00735