Er det sandt, at varmt vand fryser hurtigere end koldt?

Ja, varmt vand kan fryse hurtigere end koldt vand. Det sker dog ikke altid, og videnskaben har heller ikke forklaret nøjagtigt hvorfor det kan ske.

Key takeaways: Vandtemperatur og frysningshastighed

Selvom Aristoteles, Bacon og Descartes alle beskrev varmt vand, der fryser hurtigere end koldt vand, blev opfattelsen mest modstået indtil 1960'erne, hvor gymnasiestudent ved navn Mpemba bemærkede, at varm isblanding, når den blev placeret i fryseren, ville fryse før isblanding, der var blevet afkølet til stuetemperatur før de placeres i fryseren. Mpemba gentog sit eksperiment med vand i stedet for isblanding og fandt det samme resultat: det varme vand frøs hurtigere end det køligere vand. Da Mpemba bad sin fysiklærer om at forklare observationer, fortalte læreren Mpemba, at hans data måtte være i fejl, fordi fænomenet var umuligt.

Mpemba stillede en besøgende fysikprofessor, dr. Osborne, det samme spørgsmål. Denne professor svarede, at han ikke vidste, men at han ville teste eksperimentet. Dr. Osborne fik en laboratorieteknologi til at udføre Mpembas test. Laboratorieteknologien rapporterede, at han havde duplikeret Mpembas resultat, "Men vi vil fortsætte med at gentage eksperimentet, indtil vi får det rigtige resultat." (Um... ja... det ville være et eksempel på dårlig videnskab.) Nå, dataene var dataene, så når eksperimentet blev gentaget, fortsatte det med at give det samme resultat. I 1969 offentliggjorde Osborne og Mpemba resultaterne af deres forskning. Nu kaldes det fænomen, hvor varmt vand kan fryse hurtigere end koldt vand, undertiden kaldes Mpemba-effekt.

Der er ingen definitiv forklaring på, hvorfor varmt vand kan fryse hurtigere end koldt vand. Forskellige mekanismer kommer ind, afhængigt af betingelserne. De vigtigste faktorer ser ud til at være:

• inddampning: Mere varmt vand fordampes end koldt vand, hvilket reducerer den mængde vand, der skal fryses tilbage. Massemålinger få os til at tro, at dette er en vigtig faktor, når der afkøles vand i åbne containere, skønt det ikke er mekanismen, der forklarer, hvordan Mpemba-effekten opstår i lukkede containere.
• underafkøling: Varmt vand har en tendens til at opleve mindre af en superkøling effekt end koldt vand. Når der var supercools, kan den forblive en væske, indtil den er forstyrret, også godt under dens normale frysetemperatur. Vand, der ikke er afkølet, bliver mere tilbøjeligt til at blive fast, når det når vandet frysepunkt for vand.
• Konvektion: Vand udvikler konvektionsstrømme, når det afkøles. Vandtæthed sænkes normalt, når temperaturen stiger, så en beholder med kølevand typisk er varmere ovenpå end på bunden. Hvis vi antager, at vand mister det meste af sin varme på tværs af sin overflade (hvilket måske eller måske ikke er sandt, afhængigt af betingelser), så mister vand med en varmere top sin varme og fryser hurtigere end vand med en køligere top.
• Opløste gasser: Varmt vand har mindre kapacitet til at holde opløste gasser end koldt vand, hvilket kan påvirke frysningshastigheden.
• Effekten af ​​omgivelserne: Forskellen mellem de indledende temperaturer i to vandbeholdere kan have en indvirkning på omgivelserne, der kan påvirke kølehastigheden. Et eksempel ville være varmt vand, der smelter et allerede eksisterende frostlag, hvilket tillader en bedre kølehastighed.

Nu skal du ikke tage mit ord for dette! Hvis du er i tvivl om, at varmt vand nogle gange fryser hurtigere end koldt vand, skal du teste det selv. Vær opmærksom på, at Mpemba-effekten ikke ses under alle eksperimentelle forhold, så det kan være nødvendigt at du leger med størrelsen på vandprøven og kølevandet (eller prøv at lave is i din fryser, hvis du accepterer det som en demonstration af effekten).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Spørgsmål om Mpemba-effekten: varmt vand afkøles ikke hurtigere end koldt". Videnskabelige rapporter. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Forskellige måder af hydrogenbinding i vand - hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand?". Journal of Chemical Theory and Computation. 13 (1): 55–76. doi:10,1021 / acs.jctc.6b00735