Hvilket vand fryser hurtigere: varmt eller koldt? Hvad afhænger det af?

Den kendsgerning, at vandet fryser hurtigere, varmt eller koldt, påvirker mange faktorer, men selve spørgsmålet virker lidt underligt. Det er underforstået, og det er kendt fra fysikken, at varmt vand stadig har tid til at afkøle til temperaturen af koldt vand sammenlignes med at blive til is. Koldt vand, dette trin kan springes over, og derfor vinder det i tide. Men enhver beboer i nordlige breddegrader ved svaret på spørgsmålet om, hvormed vandet fryser hurtigere eller koldt udenfor i kulden. Faktisk videnskabeligt viser det sig, at koldt vand under alle omstændigheder skal fryse hurtigere.

Samme tanke skete for fysiklæreren, som blev bedt om af Erasto Mpemba i 1963 for at forklare, hvorfor den kolde blanding af den fremtidige is fryser længere end den samme men varme.

"Dette er ikke verdensfysik, men en slags fysik Mpemba"

På det tidspunkt grinede læreren kun dette, men Denis Osborn, en fysikprofessor, der engang besøgte samme skole, hvor Erasto studerede, bekræftede eksperimentelt eksistensen af en sådan effekt, selv om der ikke var nogen forklaring på det på det tidspunkt. I 1969 kom i en populær videnskabelig tidsskrift en fælles artikel af disse to personer, der beskrev denne ejendommelige effekt. Siden da er spørgsmålet om, hvilket vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, sit eget navn - effekt eller paradoks, Mpemba.

Spørgsmålet opstod for længe siden

Naturligvis eksisterede dette fænomen tidligere, og det blev nævnt i andre videnskabers værker. Ikke alene var den studerende interesseret i denne sag, men også Francis Bacon, Rene Descartes og selv Aristoteles tænkte på dette. Kun tilgang til løsningen af dette paradoks begyndte at se kun i slutningen af det tyvende århundrede.

Betingelser for et paradoks at forekomme

Som i tilfælde af is fryser ikke kun almindeligt vand under forsøget. Der skal være visse forhold til at begynde at argumentere, hvilket vand fryser hurtigere - koldt eller varmt. Hvad påvirker processen i løbet af denne proces?

Nu i det 21. århundrede er der blevet fremsat flere muligheder, som kan forklare det danske paradoks. Det faktum, at vandet fryser hurtigere, varmt eller koldt, kan afhænge af, at varmt vand har en større fordampningshastighed end kulden. Således falder dens volumen og med et fald i volumen og frysetiden bliver mindre end hvis du tager et lignende indledende volumen koldt vand.

I lang tid blev fryseren optøet

Det faktum, at vandet fryser hurtigere, og hvorfor dette sker, kan påvirke snebeklædningen, som kan finde sted i fryseren af køleskabet, der anvendes til eksperimentet. Hvis du tager to beholdere, der er ens i volumen, men i en af dem vil der være varmt vand og i den anden - en kolden, vil beholderen med varmt vand smelte sneen nedenunder og derved forbedre varmeniveauets kontakt med køleskabets væg. En beholder med koldt vand kan ikke gøre dette. Hvis der ikke er foring med sne i køleskabet, skal koldt vand fryse hurtigere.

Top - bottom

Fænomenet, som vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, forklares som følger. Efter visse love begynder koldt vand at fryse fra de øverste lag, når det gør det modsatte - det begynder at fryse fra bunden opad. Det viser sig, at koldt vand, der har et koldt lag på toppen med allerede dannet is, forværrer konvektion og varmestråling, hvilket forklarer hvilket vand fryser hurtigere eller koldt. Billeder fra amatørforsøg er vedhæftet, og her er det tydeligt synligt.

Varmet kommer ud, tænder opad, og der møder det med et meget afkølet lag. Der er ingen fri vej til varmestråling, så køleprocessen bliver vanskelig. Sådanne forhindringer i sin vej har absolut ikke varmt vand. Som fryser hurtigere - koldt eller varmt, som det sandsynlige resultat afhænger af, kan du udvide svaret ved at sige, at noget vand har visse stoffer opløst i det.

Urenheder i vand som en faktor, der påvirker udfaldet

Hvis du ikke snyder og bruger vand med samme sammensætning, hvor koncentrationerne af visse stoffer er identiske, skal koldt vand fryses hurtigere. Men hvis der er en situation, hvor opløste kemiske elementer kun er tilgængelige i varmt vand, og koldt vand ikke har dem ved det, så er det muligt at fryse for varmt vand. Dette skyldes det faktum, at opløste stoffer i vand skaber krystalliseringscentre, og med et lille antal af disse centre er omdannelsen af vand i fast tilstand vanskelig. Det er endda muligt at underkøle vandet, i den forstand at det ved minus temperatur vil være i flydende tilstand.

Men alle disse versioner syntes tilsyneladende ikke fuldt ud forskerne, og de fortsatte med at arbejde på dette spørgsmål. I 2013 sagde et team af forskere i Singapore, at de formåede at løse et gammelt mysterium. En gruppe kinesiske forskere hævder, at hemmeligheden bag denne effekt er mængden af energi, der opbevares mellem vandmolekylerne i sine bindinger, kaldet hydrogener.

Løsningen fra kinesiske forskere

Derefter følger oplysningerne for at forstå, hvad det er nødvendigt at have viden om kemi for at forstå, hvad vand fryser hurtigere - varmt eller koldt. Som det er kendt består vandmolekylet af to atomer H (hydrogen) og et atom O (oxygen), der holdes sammen af kovalente bindinger.

Men også hydrogenatomerne i et molekyle tiltrækkes til nabostillede molekyler, til deres iltkomponent. Det er disse forbindelser, der kaldes hydrogenbindinger.

Det skal huskes, at vandmolekyler samtidig virker på hinanden afstødende. Forskere bemærkede, at når vand opvarmes mellem dets molekyler, stiger afstanden, og dette lettes af blot repulsive kræfter. Det viser sig, at hydrogenbindinger, der indtager en afstand mellem molekyler i kold tilstand, siges at strække, og de har en større energiforsyning. Det er denne energibesparelse, der frigives, når vandmolekyler begynder at nærme hinanden, det vil sige køling opstår. Det viser sig, at en større forsyning af energi i varmt vand, og dets større frigivelse når det afkøles til under-nul temperaturer, opstår hurtigere end i koldt vand, hvilket har mindre energi. Så hvilket vand fryser hurtigere - koldt eller varmt? På gaden og i laboratoriet skal Mpemba paradokset forekomme, og varmt vand skal blive til is hurtigere.

Men spørgsmålet er stadig åbent

Der er kun teoretisk bekræftelse af denne clue - alt dette er skrevet smukke formler og det synes plausible. Men når dataene fra forsøg, hvilket vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, vil blive sat i praktisk forstand, og deres resultater vil blive præsenteret, så kan spørgsmålet om Membba paradoxet betragtes som lukket.