Это необычное явление упоминали в своих трудах еще Френсис Бэкон и Рене Декарт. Но, что лежит в основе этого явления, долгое время оставалось неизвестным.
На первый взгляд кажется логичным, что горячая вода должна замерзать медленнее, чем холодная, поскольку последняя исходно находится ближе к нулю – температуре кристаллизации воды.
В 1963г. танзанийский школьник Эрасто Мпемба тоже заметил, что сладкое молоко, которое он использовал для приготовления мороженного, застывает быстрее, если оно было предварительно нагрето. Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы».
К счастью, однажды в этой школе побывал Деннис Осборн, профессор физики из университета Дар-Эс Салама. И Мпемба обратился к нему с тем же вопросом. Профессор был настроен менее скептически, сказал, что он не может судить о том, чего никогда не видел, и по возвращении домой попросил сотрудников провести соответствующие эксперименты. Они подтвердили слова мальчика. Отчет об открытии был опубликован в 1969 году Мпембой в соавторстве с физиком Денисом Осборном в журнале «Physics Education». В том же году Джордж Келл из канадского Национального исследовательского совета опубликовал статью с описанием явления в "American Journal of Physics".
Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.
Наличие снеговой подкладки в морозилке холодильника. Контейнер с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки. Контейнер с холодной водой не протаивает под собой снег. При отсутствии снеговой подкладки контейнер с холодной водой должен замерзать быстрее.
Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу. При дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.
Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде — растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.
Ученый Джонатан Катц из Вашингтонского университета исследовал это явление и пришел к выводу, что важную роль в нем играют растворенные в воде вещества, которые при нагревании осаждаются.
Под растворенными веществами подразумеваются бикарбонаты кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде. Когда воду нагревают, эти вещества осаждаются, образуя накипь на стенках чайника. Вода, которая никогда не нагревалась, содержит эти примеси. По мере ее замерзания и образования кристаллов льда концентрация примесей в воде увеличивается в 50 раз. Из-за этого понижается точка замерзания воды. И теперь вода должна еще остывать, чтобы замерзнуть.
Существует вторая причина, препятствующая замерзанию не нагревавшейся воды. Понижение точки замерзания воды уменьшает разницу температур между твердой и жидкой фазами. Поскольку скорость, с которой вода теряет тепло, зависит от этой разницы температур, вода, которая не подвергалась нагреванию, остывает хуже.
По мнению Дж. Катца, его теория может быть проверена экспериментально, т.к. эффект Мпембы становится более заметным для более жесткой воды.
Однако убедится в существовании Эффекта Мпембе достаточно просто – нужно лишь зайти на свою кухню и самому приготовить домашнее мороженое.
А Вы не проверяли?
Источник: http://class-fizika.spb.ru/
Комментариев нет:
Отправить комментарий