Kas on tõsi, et kuum vesi külmub kiiremini kui külm?

Jah, kuum vesi võib külmuda kiiremini kui külm vesi. Kuid seda ei juhtu alati ja ka teadus pole seda täpselt selgitanud miks see võib juhtuda.

Peamised võtmed: vee temperatuur ja külmumiskiirus

Ehkki Aristoteles, Bacon ja Descartes kirjeldasid kõik kuuma vett, mis külmub kiiremini kui külm vesi, peeti seda mõistet enamasti 1960. aastateni, mil keskkooliõpilane nimega Mpemba märkas, et sügavkülmikusse pannes kuum jäätisesegu külmub enne jahutatud jäätise segu toatemperatuuril enne sügavkülma panemist. Mpemba kordas oma katset pigem veega kui jäätise seguga ja leidis sama tulemuse: kuum vesi külmutas kiiremini kui jahedam vesi. Kui Mpemba palus oma füüsikaõpetajal tähelepanekuid selgitada, ütles õpetaja, et tema andmed peavad olema ekslikud, kuna nähtus oli võimatu.

Mpemba esitas sama küsimuse külalisfüüsika professorile dr Osborne'ile. See professor vastas, et ta ei tea, kuid ta katsetab seda. Dr Osborne laskis Mpemba testi teha laboritehnikaga. Labtehnik teatas, et ta kopeeris Mpemba tulemust: "Kuid me jätkame katse kordamist, kuni saame õige tulemuse." (Ee... jah... see oleks näide kehvast teadusest.) Noh, andmed olid andmed, nii et kui katset korrati, andis see sama tulemuse. 1969. aastal avaldasid Osborne ja Mpemba oma uurimistöö tulemused. Nüüd nimetatakse seda nähtust, kus kuum vesi võib külmuvast kiiremini külmuda Mpemba efekt.

Puudub lõplik seletus sellele, miks kuum vesi võib külmuda kiiremini. Olenevalt tingimustest tulevad mängu erinevad mehhanismid. Peamised tegurid näivad olevat:

• Aurustumine: Aurustub rohkem kuuma vett kui külm vesi, vähendades nii külmutatava vee hulka. Massi mõõtmine pange meid uskuma, et see on oluline tegur vee jahutamisel avatud anumates, ehkki see ei seleta mehhanismi, kuidas Mpemba efekt suletud mahutites toimub.
• Ülijahutamine: Kuuma vett kipub olema vähem ülejahutav efekt kui külm vesi. Superjahutite ajal võib see jääda vedelaks, kuni see on häiritud, isegi tunduvalt madalamal kui tema tavaline külmumistemperatuur. Vesi, mis pole ülejahutatud, muutub vedelikule jõudes tõenäolisemalt tahkeks vee külmumispunkt.
• Konvektsioon: Vesi tekitab jahtudes konvektsioonivoolusid. Vee tihedus tavaliselt väheneb temperatuuri tõustes, nii et tavaliselt on jahutusvee anum ülaosas soojem kui alt. Kui eeldame, et vesi kaotab suurema osa oma soojusest kogu pinna ulatuses (see võib sõltuvalt veest olla tõsi või mitte) tingimused), siis kaotaks kuumema ülaosaga vesi kuumuse ja külmuks kiiremini kui jahedama ülaosaga vesi.
• Lahustunud gaasid: Kuum vesi on vähem lahustunud gaaside hoidmiseks kui külm vesi, mis võib mõjutada selle külmumiskiirust.
• Ümbruse mõju: Kahe veemahuti esialgse temperatuuri erinevus võib mõjutada ümbrust, mis võib mõjutada jahutamise kiirust. Üheks näiteks on soe vesi, mis sulatab olemasoleva külmakihi, võimaldades paremat jahutuskiirust.

Ärge nüüd võtke minu sõna! Kui kahtlete, kas kuum vesi külmub mõnikord kiiremini kui külm vesi, testige seda ise. Võtke arvesse, et Mpemba efekti ei nähta kõigis katsetingimustes, nii et peate võib-olla mängima veeproovi ja jahutusvee suurusega (või proovige teha jäätist oma sügavkülmikus, kui aktsepteerite seda efekti näitena).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Mpemba efekti kahtluse alla seadmine: kuum vesi ei jahtu kiiremini kui külm". Teaduslikud aruanded. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Vesiniku sidumise erinevad viisid vees - miks külmub soe vesi kiiremini kui külm vesi?". Ajakiri Keemiline teooria ja arvutused. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735