Чому гаряча вода замерзає швидше за холодну

Чи пробували ви колись заморозити гарячу воду? Якщо ні, то впевнені, що зараз ви будете надто здивовані, якщо ми скажемо, що вона вкриється кригою швидше, аніж холодна. Хоча, для більшості може здатися, що повинно бути навпаки. У чому ж секрет такого явища? Зараз ми доведемо цей феномен хімічними та фізичними поясненнями. 

Домашні експерименти

Якщо ви не зовсім впевнені у правдивості того, що гаряча вода має швидший час замерзання, то пропонуємо переконатися у цьому власноруч. Ми підібрали найпростіші способи перевірки, які з легкістю можна зробити у домашніх умовах. Проте, відразу зазначимо, що потрібно бути уважним із морозильною технікою. Більшість спеціалістів не рекомендують ставити до холодильника гарячі страви, адже пара, яка виробляється під час охолодження, осідає на стінках та утворює крижану кірку. Дехто говорить і про можливі пошкодження роботи всього обладнання. Тому, експериментуючи, бажано обирати морозильну камеру або холодильник із вбудованим вентилятором. Він допоможе зменшити різку зміну температури між рідиною та середовищем. 

Насправді проведення досліду доволі елементарне та просте. Для цього вам не потрібно використовувати зайві зусилля та фінансові витрати. Достатньо налити кип’ячену воду до посудини та поставити її до морозилки. Те ж саме зробити із холодною водою. Важливо, що місткості та об’єм рідини були однакові в обох випадках.

Вже через годину можна спостерігати за результатом – гаряча вода має взятися кригою. Проте, ми все-таки рекомендуємо перестрахуватися та брати не окріп, а рідину з оптимальною температурою 80-70°С. У цьому випадку час досліду збільшить на 20-30 хв.

Що таке парадокс Мпемби?

Шукаючи відповідь на питання чому гаряча вода замерзає швидше, аніж холодна можна наткнутися на таке поняття як «ефект Мпемби». Воно з’явилося з тих часів, як про відкриття таких властивостей води тільки почали говорити. Історія бере свій початок ще з далеких 60-х років ХХ ст., коли африканський школяр, вирішивши заморозити морозиво, яке розтануло на сонці та нагрілося, зрозумів, що тепла рідина швидше вкрилася кригою. Протягом 6 років він зі своїм вчителем фізики проводили різні досліди, щоб зрозуміти дане явище. Тільки наприкінці 1969 року їх стаття з висновками була опублікована в науковому журналі Physics Education.

Науковці прийшли до висновку, що ступінь охолодження рідини залежить від температури середовища, у яку її помістили. З фізичної точки зору, можна зробити паралельний висновок, що елемент із вищою температурою набагато швидше втратить тепло, аніж з меншою. Тобто, гаряча рідина при попаданні до морозильної камери відразу охолоджується, а холодна – поступово. Щоправда, дане твердження багато науковців критикували, адже впевнені, що потрібно враховувати температурний градієнт, який професор Денніс Осборн вирішив пропустити. Після публікації статті даний парадокс про замерзання рідини прийнято називати «ефектом Мпемби».

Теорії пояснення «ефекту Мпемби»

Довгих 54 роки науковці зі всього світу хотіли розкрити секрет парадоксальності замерзання рідини з різними температурами. Дійшло до того, що сполучене королівство Великої Британії у 2013 році запропонували 1000 фунтів науковцю, який пояснить таке явище. Точної відповіді так ніхто і не дав, хоча переможець все ж таки визначили. Студент Хорватського університету Нікола Брегович, на думку комісії, найближче був до правильності пояснення «ефекту Мпемби».

Певна частина вчених говорили про те, що гаряча вода швидше замерзає, аніж холодна через випаровування газу. Йдеться про зниження його розчинності з підвищенням температури рідини. Проте, після багатьох висновків та доказів ця теорія була анульована та визначена, як недоцільна.

Ще одна теорія була озвучена у 2017 році під час спільних експериментів професорів США та Китаю. Тоді зазначалося про вплив водневих зв'язків в загальній структурі води. Саме ця думка, на сьогодні, є загальноприйнятою для пояснення феномену. Суть її полягає у тому, що у рідинах з високою температурою водневі зв’язки більші та міцніші. Якщо їх раптово охолодити, то моментально утворюються гексагональні форми (сніжинки). 

Експерименти із поясненням феномену «ефекту Мпемби» котрий раз доводить, що вода – це доволі загадкова рідина, яку не завжди можна пояснити законами фізики чи хімії.