Коя вода замръзва по-бързо: топла или студена? От какво зависи?

Фактът, че водата замръзва по-бързо, горещо или студено, много фактори влияят, но самият въпрос изглежда малко странно. Това се подразбира и от физиката е известно, че горещата вода все още се нуждае от време, за да се охлади до температурата на студената вода, която се сравнява, за да се превърне в лед. Студената вода може да бъде пропусната на този етап и, съответно, тя печели във времето. Но всеки, който живее в северните ширини, знае отговора на въпроса коя вода замръзва по-бързо студена или гореща навън в студа. Всъщност, научно, се оказва, че във всеки случай студената вода просто трябва да замръзне по-бързо.

Просто си мислех и физика учител, който се оказа студент Erasto Mpemba през 1963 г. с искане да се обясни защо студена смес бъдеще сладоледа замразени по-дълго от подобни, но горещо.

"Това не е световна физика, а някаква физика Mpemba"

По това време учителят просто се засмя за това, но Денис Озбърн, професор по физика, които някога са се отправили към същото училище, където учи Erasto, експериментално потвърждава съществуването на такъв ефект, въпреки че едно обяснение, ако не беше. През 1969 г. в популярно научно списание излезе съвместна статия на тези двама души, които описват този странен ефект. Оттогава, между другото, въпросът коя вода замръзва по-бързо - топла или студена, има собствено име - ефект или парадокс, Mpemba.

Въпросът възникна отдавна

Естествено, това явление е съществувало преди и е споменато в произведенията на други учени. Не само ученикът се интересуваше от този проблем, но и си мислеше за времето си Франсис Бейкън, Рене Декарт и дори Аристотел. Само подходи към решаването на този парадокс започнаха да изглеждат само в края на ХХ век.

Условия за възникване на парадокса

Както в случая със сладолед, не само обикновената вода замръзва по време на експеримента. Трябва да има определени условия, за да започне да спори коя вода замръзва по-бързо - студена или гореща. Какво влияе върху хода на този процес?

Сега в 21-ви век са представени няколко варианта, които могат да обяснят дадения парадокс. Фактът, че водата замръзва по-бързо, горещо или студено, може да зависи от това, че гореща вода Има по-голяма скорост на изпарение, отколкото в студа. По този начин неговият обем намалява и с намаление на обема и времето за замръзване става по-малко, отколкото ако вземем подобен начален обем студена вода.

За дълго време фризерът е размразен

Фактът, че водата замръзва по-бързо и защо това се случи, може да повлияе на снежната облицовка, която може да се осъществи във фризера на хладилника, използван за експеримента. Ако вземем два контейнера са идентични по размер, но в един от тях ще бъде гореща вода, а в другата - студена вода контейнера с гореща стопилка под сняг, като по този начин подобряват термичен контакт слой с стена на хладилника. Контейнер със студена вода не може да направи това. Ако в хладилника няма подплата със сняг, студената вода трябва да замръзне по-бързо.

Отгоре надолу

Също така, явлението, в което водата замръзва по-бързо - горещо или студено, се обяснява по следния начин. Следвайки определени закони, студената вода започва да замръзва от горните слоеве, когато горещата прави обратното - започва да замръзва отдолу нагоре. В този случай се оказва, че студената вода, която има студен слой отгоре с вече образувания лед, влошава конвекцията и топлинното излъчване, като по този начин обяснява коя вода замръзва по-бързо - студено или горещо. Снимки от аматьорски експерименти са прикачени и тук е ясно видима.

Топлината излиза, тече нагоре и там се среща с много охладен слой. Няма свободен път за топлинно излъчване, така че процесът на охлаждане става труден. Такива препятствия по пътя му абсолютно нямат топла вода. Което замръзва по-бързо - студено или горещо, от което зависи вероятният резултат, можете да разширите отговора, като кажете, че всяка вода има определени вещества, разтворени в нея.

Примеси във вода като фактор, който влияе върху резултата

Ако не измамите и не използвате вода със същия състав, където концентрациите на определени вещества са еднакви, тогава студената вода трябва да замръзне по-бързо. Но ако има ситуация, при която разтворените химически елементи се предлагат само в топла вода и студената вода не ги има, тогава има възможност за по-бързо замразяване на горещата вода. Това се обяснява с факта, че разтворените вещества във водата създават центрове на кристализация, а с малък брой от тези центрове трансформацията на водата в твърдо състояние е трудна. Възможно е дори и да се подколи водата, в смисъл, че при минус температура тя ще бъде в течно състояние.

Но всички тези версии очевидно не задоволяваха напълно учените и те продължиха да работят по този въпрос. През 2013 г. екип от изследователи в Сингапур каза, че са успели да решат една вековна загадка. Група китайски учени твърдят, че тайната на този ефект е количеството енергия, което се съхранява между водните молекули в нейните връзки, наречени водородни.

Решението на китайски учени

Тогава следва информацията, за да разбере кое е необходимо да има някакви познания по химия, за да разберем коя вода замръзва по-бързо - горещо или студено. Както знаете, молекула на водата се състои от два атома Н (водород) и един атом О (кислород), държани заедно чрез ковалентни връзки.

Но също така водородните атоми на една молекула са привлечени от съседните молекули, към техния кислороден компонент. Тези връзки се наричат ​​водородни връзки.

Трябва да се помни, че в същото време водните молекули действат един върху друг отвратително. Учените отбелязват, че когато водата се нагрява между молекулите си, разстоянието се увеличава и това се улеснява от отблъскващи сили. Това се оказва водородни връзки, заемащи едно разстояние между молекулите в студено състояние, може да се каже, че са опънати и имат по-голямо количество енергия. Това е този енергиен резерв, който се освобождава, когато водните молекули започват да се приближават един към друг, т.е. охлаждането възниква. Оказва се, че по-голямото количество енергия в горещата вода и нейното по-голямо освобождаване, когато се охлажда до минус температурите, се получава по-бързо, отколкото в студената вода, която има по-малко енергия. Така че водата замръзва по-бързо - студена или гореща? На улицата и в лабораторията трябва да се появи парадоксът Mpemba и топлата вода трябва да се превърне в лед по-бързо.

Но въпросът все още е отворен

Има само теоретично потвърждение на тази идея - всичко това е написано в красиви формули и изглежда правдоподобно. Но когато резултатите от експерименти, които вода замръзва по-бързо - топли или студени, ще бъдат доставени в практически смисъл, и ще бъде представен на техните резултати, а след това ще бъде възможно да се разгледа въпросът за парадокса Mpemba затворен.