Är det riktigt varmt vatten fryser snabbare än kallt?

Ja, varmt vatten kan frysa snabbare än kallt vatten. Men det händer inte alltid, och vetenskapen har inte heller förklarat exakt Varför det kan hända.

Viktiga takeaways: Vattentemperatur och frysningshastighet

• Ibland fryser varmt vatten snabbare än kallt vatten. Detta kallas Mpemba-effekten efter eleven som observerade den.
• Faktorer som kan orsaka att varmvatten fryser snabbare inkluderar avdunstningskylning, mindre risk för superkylning, låg koncentration av upplösta gaser och konvektion.
• Huruvida varmt eller kallt vatten fryser snabbare beror på de specifika förhållandena.

Mpemba-effekten

Även om Aristoteles, Bacon och Descartes alla beskrev varmvatten frysning snabbare än kallt vatten, motståndet var främst motstånd fram till 1960-talet då en gymnasieelever vid namn Mpemba märkte att varmglassblandning, när den placerades i frysen, skulle frysa innan glass blandning som hade kylts till rumstemperatur innan den placerades i frysen. Mpemba upprepade sitt experiment med vatten snarare än glassblandning och fann samma resultat: det varma vattnet frös snabbare än det kallare vattnet. När Mpemba bad sin fysiklärare att förklara observationerna, sa läraren till Mpemba att hans data måste vara felaktigt, eftersom fenomenet var omöjligt.

Mpemba ställde en gästprofessor, Dr. Osborne, samma fråga. Denna professor svarade att han inte visste, men att han skulle testa experimentet. Dr. Osborne fick en laboratorieteknologi för att utföra Mpembas test. Laboratorietekniken rapporterade att han hade kopierat Mpembas resultat, "Men vi kommer att fortsätta att upprepa experimentet tills vi får rätt resultat." (Um ... ja ... det skulle vara ett exempel på dålig vetenskap.) Ja, uppgifterna var data, så när experimentet upprepades fortsatte det att ge samma resultat. 1969 publicerade Osborne och Mpemba resultaten av sin forskning. Det fenomen där varmt vatten kan frysa snabbare än kallt vatten kallas ibland Mpemba-effekten.

Varför varmvatten ibland fryser snabbare än kallt vatten

Det finns ingen definitiv förklaring till varför varmt vatten kan frysa snabbare än kallt vatten. Olika mekanismer kommer in, beroende på förhållandena. De viktigaste faktorerna verkar vara:

• avdunstning: Mer varmt vatten avdunstar än kallt vatten, vilket minskar mängden vatten som återstår att frysas. Massmätningar får oss att tro att detta är en viktig faktor vid kylning av vatten i öppna behållare, men det är inte mekanismen som förklarar hur Mpemba-effekten uppstår i slutna containrar..
• kylning: Varmt vatten tenderar att uppleva mindre av en superkylningseffekt än kallt vatten. När det var supercools, kan det förbli en vätska tills det störs, även långt under dess normala frysstemperatur. Vatten som inte är superkylt blir mer troligt att det blir fast när det når fryspunkten för vatten.
• Konvektion: Vatten utvecklar konvektionsströmmar när det svalnar. Vattentätheten minskar vanligtvis när temperaturen ökar, så en behållare med kylvatten är vanligtvis varmare på toppen än på botten. Om vi ​​antar att vatten förlorar det mesta av värmen över ytan (vilket kanske eller kanske inte är sant, beroende på förhållandena), skulle vatten med en varmare topp tappa värmen och frysa snabbare än vatten med en svalare topp.
• Lösta gaser: Varmt vatten har mindre kapacitet att hålla lösta gaser än kallt vatten, vilket kan påverka dess frysningshastighet.
• Effekten av omgivningarna: Skillnaden mellan initialtemperaturen för två vattenbehållare kan påverka omgivningen som kan påverka kylningshastigheten. Ett exempel skulle vara varmt vatten som smälter ett befintligt frostlager, vilket möjliggör en bättre kylningshastighet.

Testa det själv

Nu, ta inte mitt ord för detta! Om du är osäker på att varmt vatten ibland fryser snabbare än kallt vatten, testa det själv. Var medveten om att Mpemba-effekten inte kommer att ses under alla experimentella förhållanden, så du kan behöva leka med storleken på vattenprovet och kylvattnet (eller prova att göra glass i din frys, om du accepterar det som ett demonstration av effekten).

källor

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Fråga Mpemba-effekten: Varmt vatten kyls inte snabbare än kallt". Vetenskapliga rapporter. 6: 37665. doi: 10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Olika sätt att vätebindas i vatten - varför fryser varmt vatten snabbare än kallt vatten?". Journal of Chemical Theory and Computation. 13 (1): 55-76. doi: 10,1021 / acs.jctc.6b00735