Чому гаряча вода застигає швидше холодної?

Горячая вода іноді застигає швидше холодної - але чому? Цей цікавий феномен спантеличував вчених століттями, але зараз з'явилися свідчення що даний ефект може бути викликаний наявністю домішок.

Феномен більш швидкого замерзання гарячої води відомий під назвою "еффект Мпемби". Він названий так на честь танзанійського школяра Ераста Мпемби. Фізики придумували всілякі теорії, що пояснюють цей феномен, такі як: швидке випаровування зменшує об'єм гарячої води; шар льоду ізолює холодну воду; різні концентрації розчинів. Але знайти розгадку було дуже важко, так як ефект непостійний - холодна вода також може застигнути швидше.

Джеймс Браунрідж (James Brownridge), який контролює радіаційну безпеку в державному університеті Нью-Йорка (State University of New York at Binghamton), вважає що ключ до розгадки криється в непостійності результатів. За останні 10 років він провів сотні експериментів на ефект Мпемби у свій вільний час, і отримав свідоцтва що ефект заснований на мінливому феномені переохолодження.

"Вода рідко застигає при 0^oC," розповів Браунрідж, - "Зазвичай вода переохолоджується, і починає замерзати при більш низькій температурі". Точка замерзання залежить від домішок у воді, які впливають на формування кристалів льоду. У воді можуть міститися різні домішки: частинки пилу, розчинена сіль або бактерії. Залежно від виду домішок змінюється температура замерзання. Домішка з найвищою точкою замерзання визначає температуру замерзання води.

Браунрідж проводить досвід таким чином: дві проби води однієї і тієї ж температури - припустимо вода з під крана 20^oC - в закритому посуді охолоджується в холодильнику. Одна проба замерзне швидше, приблизно через те що суміш домішок в ній має більш високу температуру замерзання.

Еслі різниця домішок досить велика, то проявиться ефект Мпемби. Браунрідж вибрав зразок з найвищою температурою замерзання і нагрів його до 80^oC, тоді як інші зразки були кімнатної температури. Потім він поклав всі зразки в холодильник. Гаряча вода завжди застигне швидше, якщо її точка замерзання як мінімум на 5^oC більше, розповів Браунрідж.

Может здатися неймовірним що зміщення фінішної межі всього на 5^oC достатньо, щоб зразок з початковою температурою на 60^oC вище застиг швидше. Але чим більше температурна різниця між об'єктом і навколишнім середовищем (у даному випадку холодильником) - тим швидше об'єкт охолоджується. Тому більш гарячий зразок дуже швидко охолоне, досягнувши своєї точки замерзання, наприклад в-2^oC, швидше ніж більш холодна вода досягне точки замерзання в-7^oC.

Почему ніхто не помічав цього раніше? Браунрідж розповів, що інші люди недостатньо контролювали умови проведення експерименту щоб можна було перевіряти один фактор за раз. Наприклад, необхідно контролювати тип контейнера, положення зразка в холодильнику і так далее.

Ета робота врядли покладе край суперечкам навколо ефекту Мпемби. Джонатан Катц (Jonathan Katz) з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, Міссурі (Washington University in St Louis, Missouri), поставився до теорії Браунрідж зі скептицизмом. Відповідно до теорії Катцу, нагрівання підвищує точку замерзання води, випарівая домішки, такі як діоксид вуглецю. Це означає що саме по собі нагрівання вже підвищує шанси що вода замерзне швидше, на відміну від більш непостійних результатів Браунрідж. "Можливо він виявив ефект переохолодження, який нагадує ефект Мпемби", - заявив Катц.

Орігінал (на англ. Мовою): Newscientist.com

• Удивительное открытие: свет может заставить воду испаряться без нагревания
• Археологи обнаружили самую древнюю деревянную структуру в мире
• Ненаблюдаемые резервуары вируса гриппа типа A у свиней могут представлять потенциальные проблемы с предупреждением об эпидемии в ранней стадии
• Китайский ресторан может накормить своих посетителей камнями
• Люси - древний человек, ходивший полностью прямо, и у нее были развитые мышцы
• Половина крупнейших озер в мире теряет воду
• Обнаружены руины римской башни-сторожевой возрастом 1,700 лет в Швейцарии
• Ученые обнаружили причину быстрого таяния льда в Гренландии