Попробуйте провести эксперимент: поставьте в морозильную камеру два стакана — один с горячей, другой с холодной водой. Вопреки законам физики через час в первом стакане уже будет лед, а жидкость во втором только начнет подмерзать. Это явление ученые назвали «эффектом Мпембы» — по имени школьника, который его открыл.
В 1963 году 13-летний школьник Эрасто Мпемба из Танзании решил вместе с другом приготовить мороженое, чтобы продать его во дворе и немного подзаработать. Ребята купили молоко и поставили его на огонь, смешав с сахаром. Друг Эрасто не стал дожидаться кипения и разлил по формам едва теплое молоко, а Эрасто дождался и разлил кипящее. По его собственному признанию, он тогда не знал, что в холодильник не рекомендуется ставить горячие продукты и жидкости.
Когда через несколько часов ребята заглянули в морозилку, они увидели, что формочки Эрасто замерзли, а формочки его друга еще нет. В школе Эрасто спросил у учителя физики, почему сначала замерзло горячее молоко, а потом холодное, на что получил ответ, что этого не могло быть и он явно что-то путает.
После этого Эрасто поговорил с двумя мороженщиками, которые подтвердили его наблюдение: они признались, что иногда ставят смесь в холодильник горячей, если партию нужно приготовить быстрее. От следующих попыток мальчика обсудить этот феномен учитель только отмахивался.
Эрасто не сдавался. Перейдя в среднюю школу, он вновь рассказал о своем наблюдении, но новый учитель тоже ему не поверил. Он рассказал о законе охлаждения Ньютона и объяснил, что горячей жидкости сперва нужно остыть до состояния холодной и только потом она начнет замерзать. Поскольку Эрасто продолжал стоять на своем, учитель сказал: «Видимо, это какая-то физика Мпембы», и с тех пор в классе над Эрастом посмеивались, а любые его ошибки объясняли «физикой Мпембы».
Когда Эрасто уже учился в выпускном классе, в школу приехал профессор Денис Осборн — преподаватель физики из университета Дар-эс-Салама, который рассказывал о поступлении в университет и студенческих проектах. После выступления Осборна Эрасто Мпемба задал ученому вопрос: «Если вы возьмете две одинаковые емкости с равными объемами воды, одну с температурой 35 °С, а другую с температурой 100 °С, и поместите их в холодильник, вода из второй емкости замерзнет первой. Почему?» Осборн удивился, признался, что пока не может дать ответ, и пообещал сам провести этот эксперимент.
Школьный учитель физики и одноклассники, которые присутствовали на встрече, потом обвинили Эрасто в том, что он хотел поставить ученого в неудобное положение своими глупыми вопросами. Тогда юноша предложил всем вместе провести эксперимент, раз ему никто не верит. Только тогда, уже к концу школы, учитель и дети убедились, что Эрасто все это время был прав.
Эффект Мпембы
Вернувшись в университет, профессор Денис Осборн попросил лаборанта сравнить скорость застывания горячей и холодной воды. Тот провел эксперимент и подтвердил, что горячая вода замерзла быстрее, но сказал, что будет повторять эксперимент, пока не получит «правильный результат». Однако каждый раз у него получалось одно и то же.
Горячая вода замерзает быстрее холодной! Парадокс Мпембы
В итоге в 1969 году Денис Осборн вместе с 19-летним Эрасто Мпембой, который уже учился на первом курсе в колледже управления африканской дикой природой, опубликовал статью в журнале «Физическое образование», в которой рассказывалось об истории открытия феномена и приводились результаты опытов.
Авторы признались, что не смогли объяснить природу этого контринтуитивного термодинамического процесса
Когда физики прочли материал и начали изучать этот вопрос, оказалось, что Эрасто Мпемба вовсе не был первым человеком, который заметил, что горячая вода замерзает быстрее холодной. В 2006 году в Американском журнале физики вышла статья Дженг Монхеа «Эффект Мпембы: когда горячая вода может замерзать быстрее холодной?», в которой приводились цитаты Аристотеля, Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта, которые описывали данный эффект. Но почему-то никто на протяжении столетий не замечал этих наблюдений и не пытался провести собственный эксперимент. Как и школьные учителя Эрасто, ученые предпочитали игнорировать то, что не вписывалось в привычную концепцию.
Дженг Монхеа также проанализировала эксперименты других ученых и рассказала про основные гипотезы, которые они проверяли:
1. Таяние инея
Горячая вода вызывает таяние инея в морозильной камере. Соответственно, под стаканом с горячей водой слой инея на дне камеры тает, улучшая ее теплопроводность. А это в свою очередь ускоряет процесс заморозки.
Это была хорошая версия, но она распалась, когда ученые поместили воду в теплоизолированные контейнеры, но по-прежнему наблюдали в них эффект Мпембы.
2. Испарение
Еще одна гипотеза сводилась к тому, что горячая вода теряет массу из-за испарения, поэтому для ее охлаждения требуется меньше энергии и процесс заморозки проходит быстрее. Но в ходе экспериментов ученые пришли к выводу, что количества массы, которое вода теряет из-за испарения (менее 3%), недостаточно, чтобы объяснить такую разницу в скорости замерзания. А один ученый наблюдал эффект Мпембы даже в закрытом контейнере, что исключило испарение воды из уравнения.
3. Содержание газов
4. Переохлаждение
Жидкости замерзают неоднородно. Если мы поставим в морозильную камеру воду, температура которой составляет 70 °C, и подождем, пока она опустится до 30 °C, мы увидим, что на поверхности она будет немного выше 30 °C, а на дне — ниже 30 °C. Это принцип конвекции в жидкостях, который изучают в средней школе.
Поскольку в горячей жидкости конвекция выше, циркуляция холодных и теплых потоков происходит быстрее, ускоряя распространение кристаллов льда. А холодная вода начинает замерзать сверху и тем самым замедляет процессы теплового излучения и конвекции.
Казалось бы, ответ найден. Но интенсивность конвекции во многом зависит от формы и размера контейнера для жидкости и параметров самой морозильной камеры, поэтому ученым ни разу не удалось в точности воспроизвести один и тот же эксперимент, каждый раз они получали разные данные и не смогли прийти к какому-то однозначному выводу.
История вопроса
Аристотель первым отметил, что горячая вода замерзает быстрее холодной, но химики всегда отказывались объяснять этот парадокс. До сегодняшнего дня.
Вода одно из самых обычных веществ на Земле, но в тоже время одно из самых загадочных. Например, как и у большинства жидкостей, ее плотность растет при охлаждении. Однако, в отличие от остальных, ее плотность достигает максимума при температуре 4С, а затем начинает уменьшаться вплоть до температуры кристаллизации.
В твердой фазе вода имеет несколько меньшую плотность, из-за чего лед плавает на поверхности воды. Это одна из причин существования жизни на Земле — если бы лед был плотнее воды, то при замерзании он опускался бы на дно озер и океанов, что сделало бы невозможным многие типы химических процессов, которые делают жизнь возможной.
Итак, существует странный эффект Мпембы, названный в честь танзанийского студента, который обнаружил, что горячая смесь для мороженого замерзает быстрее, чем холодная в морозилке школьной кухни где-то в начале 1960-х. (На самом деле этот эффект отмечался множеством исследователей в истории, начиная с Аристотеля, Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта).
Эффект Мпембы заключается том, что горячая вода замерзает быстрее холодной. Этот эффект измерялся во множестве случаев с различными объяснениями, изложенными далее. Одна из идей заключается в том, что горячие сосуды имеют лучший тепловой контакт с морозильной камерой и отводят тепло более эффективно. Другая- в том, что теплая вода испаряется быстрее, а так как этот процесс- эндотермический (идет с поглощением теплоты)- то он ускоряет замерзание.
Ни одно из этих объяснений не выглядит правдоподобным, поэтому реальное объяснение до сих пор отсутствовало.
Новое объяснение эффекта (теперь-то уж точно правильное)
Сегодня Зи Чанг из Наньянгского технологического университета Сингапура и несколько его коллег предоставили таковое. Эти ребята утверждают, что эффект Мпембы является результатом уникальных свойств различных типов связи, удерживающих молекулы воды вместе.
Так что же такого в этих связях? Каждая молекула воды состоит из сравнительно большого атома кислорода, соединенного с двумя маленькими атомами водорода обычной ковалентной связью. Но если поместить рядом несколько молекулы воды, то водородные связи тоже начнут играть важную роль. Это происходит из-за того, что атомы водорода одной молекулы располагаются вблизи кислорода другой молекулы, и взаимодействуют с ним. Водородные связи намного слабее ковалентных (прим. пер. ~ в 10 раз), но сильнее чем Ван-дер-Ваальсовы силы, которые использует геккон для прилипания к вертикальным стенам.
Химики давно знают о важности этих связей. Например, точка кипения воды намного выше, чем у других жидкостей с похожими молекулами, из-за того, что водородные связи удерживают молекулы вместе.
Но в последние годы химики все более интересуются другими ролями, которые могут играть водородные связи. Например, молекулы воды в тонких капиллярах формируют длинные цепочки, удерживаемые водородными связями. Это очень важно для растений, у которых испарение воды через мембраны листьев эффективно протаскивает цепь молекул воды от корней вверх.
Теперь Зи с соавторами утверждают, что водородные связи так же объясняют эффект Мпембы. Их ключевая идея состоит в том, что водородные связи приводят к более плотному контакту молекул воды, и когда это происходит, естественное отталкивание между молекулами приводит к сжатию ковалентных связей и накоплению энергии в них.
Однако, когда жидкость нагревается, расстояние между молекулами увеличивается, а водородные связи растягиваются. Это также позволяет увеличить длину ковалентных связей и таким образом- отдать обратно энергию, накопленную в них. Важным элементом теории является тот факт, что процесс, при котором ковалентные связи отдают накопленную в них энергию- эквивалентен охлаждению!
В действительности- этот эффект усиливает обычный процесс охлаждения. Таким образом, горячая вода должна охлаждаться быстрее холодной, рассуждают авторы. И это именно то, что мы наблюдаем в эффекте Мпембы.
Лед озадачивает
Во времена моего советского детства в Москве едва ли не в каждом дворе были самодеятельные катки. Мужчины из соседних домов расчищали площадку, а потом, когда ударяли морозы, вытягивали из ближайшего окна первого этажа шланг, пускали по нему горячую воду и заливали каток.
Почему горячей? Да потому что быстрее и ровнее застывает. Так говорили все — как о само собой разумеющемся. Лед и правда был гладкий и схватывался быстро. Но почему же горячая вода замерзает быстрее холодной? Это же не логично?!
О том, что есть такой странный эффект быстрого замерзания горячей воды, ученые заговорили в середине 60-х годов. Этот эффект назвали именем танзанийского школьника Эрасто Мпембы, который его и открыл. История известная. Тринадцатилетний школьник вместе с одноклассниками на практикуме по кулинарии делал мороженое.
Он растворил сахар в горячем молоке и поставил в холодильник, забыв, что прежде надо было бы молоко остудить. Но оказалось, что его молоко замерзло быстрее, чем у его одноклассников, хотя они-то все сделали правильно.
Эрасто поделился своим открытием с учителем, но тот отшутился. Однако Мпембе оказался твердым орешком, упорным. Именно таким место в науке. Он продолжил успешно экспериментировать с горячей и холодной водой.
И когда в школу приехал университетский профессор Дэнис Осборн, чтобы почитать старшеклассникам лекцию по физике, Мпембе задал ему тот же вопрос — почему горячая воды замерзает быстрее? Чем, надо сказать, поставил профессора в тупик.
Но профессор Осборн оказался настоящим ученым и немедленно проверил наблюдения школьника в собственном эксперименте. И несказанно удивился — наблюдаемое противоречило здравому смыслу.
Профессор Осборн оказался еще и приличным ученым, поскольку опубликовал научную статью про необычный эффект вместе со школьником, его открывателем. Так в науку вошел эффект Мпембе. Говорят, что о нем знали еще во времена Аристотеля и Декарта. Но поди — проверь!
Эффект — эффектом, однако наука должна отвечать на вопросы. В данном случае — почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Существует много разных гипотез. Кто-то считает, что горячая вода быстрее охлаждается за счет ее испарения с поверхности, а этот процесс происходит с поглощением тепла. Да к тому же при испарении объем воды уменьшается, а меньший объем замерзает быстрее.
Кто-то полагает, что все дело в газах, всегда растворенных в воде, которые мешают воде замерзать. А вот в горячей воде их сильно меньше. А кто-то и вовсе уверен, что никакого эффекта Мпембе нет, а есть только некорректно поставленный эксперимент. В общем — объяснений много, но единого мнения нет.
И вот свежая гипотеза пришла недавно из Технологического университета Наньян в Сингапуре. Как выяснили китайские химики, секрет кроется в количестве энергии, запасенной в водородных связях между молекулами воды. Таким образом, оказывается, что в водородных связях горячей воды хранится больше энергии, а значит, ее высвобождается больше при охлаждении до минусовых температур. По этой причине застывание происходит быстрее.
Как вам такая версия? Мне, если честно, не очень. Но вообще, вода — самое необыкновенное, самое загадочное вещество на Земле, состоящее сплошь из аномалий. Так всегда говорил академик И.В. Петрянов-Соколов, создатель и бессменный главный редактор нашего журнала. Соответственно — и у льда много сюрпризов.
Вот, например, вода, превращаясь в лед, увеличивает свой объем примерно на 9%. Поэтому бутылку, заполненную водой под самое горлышко и положенную в морозилку, обязательно разорвет. Кстати, по этой же причине сливают воду из труб на летних дачах на зиму, иначе лед может разорвать и трубы.
Если вода при замерзании расширяется, то, значит, плотность льда меньше, чем у воды, и он должен быть легче воды. Так и есть. Природа придумала это не случайно. Зимой лед образуется на поверхности водоемов, поскольку он легче. Этот ледяной щит не дает воде на глубине охлаждаться и замерзать. Поэтому водные обитатели выживают в холода.
А вообще-то существует более двух десятков модификаций льда, аморфных и кристаллических. У самого обычного льда, который образуется в природе, — гексагональная структура. Молекулы воды при охлаждении выстраиваются в шестиугольники, которые соединяются и образуют ажурную структуру.
Но есть и другие виды льда, у которых структура совсем другая, а потому — и свойства другие. Есть лед с явно выраженными магнитными свойствами, есть лед, хорошо проводящий электрический ток. Разные модификации получаются в зависимости от условий кристаллизации — температуры и давления. Бытие определяет структуру.
Кстати, в том же 1963 году появился роман Курта Воннегута «Колыбель для кошки». Он был модный много лет, все его читали. Сюжет строится вокруг вещества, именуемого лед-9. Это искусственный материал, страшно опасный для жизни. Дело в том, что вода при контакте с ним, превращается в лед-9. Попади он в Мировой океан, планета превратится в ледышку. В конце концов, так все и происходит.
Среди модификаций льда, открытых учеными, есть и лед-9. Но ничего общего с воннегутовским он не имеет. Просто у него тетрагональная структура. А вот обычного льда на Земле много — около 30 млн км³. В основном он сосредоточен в полярных шапках, прежде всего — в Антарктиде. Здесь толщина льда достигает 4 км.
В общем, лед — уникальный природный материал, и было бы странно, если бы никто не захотел его использовать. В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, англичанин Джеффри Натаниэль Пайк, журналист, разведчик и по совместительству изобретатель, предложил сделать плавучую авиабазу для самолетов, которые будут бомбить суда и подводные лодки немцев.
Причем сделать этот плавучий остров он предложил изо льда, армированного древесными опилками. Материал не тонул, был невероятно прочный, и изготавливать его было легко. Древесную пульпу смешивают с водой (15% и 85%), заливают в формы и замораживают. В общем — обычное литье. Получался материал, который легко поддавался обработке. И таял гораздо медленнее. Медленнее, чем айсберг. Его назвали «пайкрит» в честь изобретателя.
Лорд Луи Маунтбеттен, адмирал флота, навестил Уинстона Черчилля в его доме и представил ему новый материал прямо в ванной премьер-министра. Твердый монолитный брусок не тонул. Наблюдая за изумлением премьер-министра, лорд Маунтбеттен тут же предложил ему проект плавучей военной авиабазы «Аввакум».
Черчилль одобрил проект. Дело оставалось за малым — убедить американцев финансировать этот проект. Лорд Маунтбеттен поехал в США и на военном совете с союзниками положил на столь два куска льда — обычного и пайкрита. Потом достал револьвер и на глазах изумленной публики выстрелил в обычный лед. Тот разлетелся. Потом выстрелил в пайкрит. Пуля отскочила от прочного материала и зацепила ногу генерала Кинга. Все были в шоке. Но генерал был не в претензии, а в восхищении. Вопрос был решен.
В Канаде, на озере Патриция, совместными усилиями стали возводить прототип «Аввакума». Но вскоре возникли трудности, и прежде всего — с финансированием. Время было тяжелое, деньги требовались для другого. Проект «Аввакум» не состоялся, и модель плавучей авиабазы размером 18х9 м при высоте 6 м и весе больше 1000 тонн, осталась на приколе в этом озере. Она полностью растаяла только лишь через три года. При этом, замечу, что три года она стояла без всякого охлаждения.
Про лед как строительный материал не забыли. Ледяные скульптуры, ледяные бары, ледяные отели и много чего еще. Но это все так мелко на фоне «Аввакума» водоизмещением 1 млн 800 тысяч тонн, размером 600 х 90 м, высотой 60 м, толщиной днища и бортов 12 м, на котором могли уместиться 200 истребителей или 100 бомбардировщиков. Нет сегодня таких масштабных проектов, увы.
Замерзает ли горячая вода быстрее, чем холодная?
Это один из великих парадоксов науки: горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Но почему так происходит? Реальность такова, что научное сообщество все еще бьется над тем, чтобы попытаться объяснить это.
Идея о том, что горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная, кажется совершенно нелогичной. Тем не менее это явление наблюдалось много раз. Поэтому можно с полным основанием спросить, каковы физические принципы, которые приводят к такому результату.
Прежде всего, вы должны знать, что у этого странного явления есть название. Ученые называют его эффектом Мпембы, в честь танзанийского студента, который сообщил, что испытал его в 1960-х годах. Однако еще в трудах Аристотеля есть свидетельства того, что горячая вода замерзает быстрее холодной — по всей видимости, с явным нарушением законов термодинамики. Однако ученые, заинтересовавшиеся этим явлением, сталкиваются с трудностями при создании экспериментальных условий, позволяющих запустить это явление. И поэтому трудно изучать его серьезно.
Некоторые отмечают, что утверждение — «горячая вода замерзает быстрее холодной» — достаточно расплывчато, чтобы дать повод для самых разных фантазий. Действительно, в зависимости от количества энергии, затрачиваемой на охлаждение воды ниже точки ее застывания, можно легко прийти к выводу, что эффект Мпембы реален.
Несколько гипотез относительно эффекта Мпембы
Однако в гипотезах, объясняющих это странное явление, недостатка нет. Простейшим из них было бы то, что испарение, которому подвергается объем горячей воды, является причиной уменьшения массы этой воды по сравнению с массой холодной воды. Этого было бы достаточно, чтобы обмануть его мир. Также было исследовано переохлаждение. Это явление позволяет воде оставаться жидкой при температуре ниже 0 °C. Поскольку горячая вода менее чувствительна к нему, может показаться, что она замерзает быстрее, чем холодная.
В 2012 году Королевское химическое общество (Великобритания) объявило конкурс, приглашая исследователей серьезно взглянуть на эту проблему. Победитель конкурса, хорватский аспирант, пришел к выводу, что конвекция является наиболее правдоподобным объяснением эффекта Мпембы. Поместите емкость с горячей водой в холодную среду, и действительно возникнут движения, которые перенесут тепло путем конвекции и позволят воде быстрее остыть. На самом деле, все эксперименты показывают, что этот эффект сходит на нет, если воду регулярно перемешивать в процессе охлаждения, прерывая конвекционные движения.
Однако тайна до сих пор кажется не до конца раскрытой. Ученые продолжают выдвигать гипотезы, порой несколько экзотические. А другие даже предполагают, что эффекта Мпембы вообще не существует.
Мифы и факты о воде
Этот миф носит название «эффект Мпембы» по имени танганьикского школьника Эрасто Мпембы, который в 1963 году заинтересовался причинами того, почему горячая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная.
Факт: Нарушения первого закона термодинамики нет. Чтобы горячая вода замерзла быстрее холодной, нужны определенные условия.
Учитель, которого Эрасто попросил объяснить, что происходит, только посмеялся – утверждение противоречит первому закону термодинамики (закон сохранения энергии). Однако для того, чтобы горячая жидкость замерзла быстрее холодной, необходимы определенные условия. Например, удачно закончился эксперимент, когда экспериментатор ставил в морозилку холодильника стаканы с холодной и горячей водой. Горячий стакан быстро протаивал иней, соприкасался с металлом и остывал быстрее. Но стоило заменить стакан на рюмки, эффект исчез.
История наблюдений и исследований
Парадоксальный эффект люди наблюдали ещё с давних времён, но никто не придавал ему особого значения. Так не состыковки по скорости замерзания холодной и горячей воды отмечал в своих записях Арестотель, а также Рене Декарт и Френсис Бэкон. Необычное явление часто проявлялось в быту.
Долгое время явление никак не изучалось и не вызывало особого интереса среди учёных.
Начало изучения необычного эффекта было положено в 1963 году когда любознательный школьник из Танзании — Эрасто Мпемба, заметил, что горячее молоко для мороженного замерзает быстрее чем холодное. В надежде получить объяснение причин возникновения необычного эффекта, молодой человек задал вопрос своему учителю физики в школе. Однако учитель лишь посмеялся над ним.
Позднее Мпемба повторил эксперимент, однако в своём опыте он использовал уже не молоко, а воду и парадоксальный эффект вновь повторился.
Спустя 6 лет — в 1969 году Мпемба задал этот вопрос профессору физики Деннису Осборну приехавшему в его школу. Профессора заинтересовало наблюдение юноши, в итоге был проведён эксперимент, который подтвердил наличие эффекта, однако причин данного феномена установлено не было.
С тех пор явление называли эффектом Мпембы.
За всю историю научных наблюдений было выдвинуто множество гипотез о причинах возникновения феномена.
Так в 2012 году британским Королевским химическим обществом бы объявлен конкурс гипотез, объясняющих эффект Мпембы. В конкурсе участвовали учёные со всего Мира, всего было зарегистрировано 22 000 научных работ. Не смотря на столь внушительное количество статей, ни одна из них не внесла ясности в парадокс Мпембы.
Наиболее распространённой была версия согласно которой, горячая вода замерзает быстрее, так как она просто быстрее испаряется, её объём становится меньше, и по мере уменьшения объёма, скорость её остывания увеличивается. Самая распространённая версия в итоге была опровергнута так как был проведён эксперимент, в котором было исключено испарение, а эффект тем не менее подтверждался.
Другие учёные считали, что причина эффекта Мпембы заключается в испарении растворённых в воде газов. По их мнению, в процессе нагревания испаряются растворённые в воде газы, за счёт чего она обретает более высокую плотность чем холодная. Как известно, повышение плотности приводит к изменению физических свойств воды (увеличению теплопроводности), а следовательно и увеличению скорости охлаждения.
Помимо этого, был выдвинут ряд гипотез, описывающих скорость циркуляции воды, в зависимости от температуры. Во многих исследованиях была предпринята попытка установить взаимосвязь между материалом контейнеров в которых располагалась жидкость. Очень многие теории казались весьма правдоподобными, однако научно подтвердить их не удавалось из-за недостатка исходных данных противоречиях в других экспериментах, или же из-за того, что выявленные факторы были просто не сопоставимы со скоростью охлаждения воды. Некоторые учёные в своих работах ставили под сомнение существование эффекта.
В 2013 году, исследователи из Технологического университета Наньян в Сингапуре заявили, что разгадали загадку эффекта Мпембы. Согласно проведённому ими исследованию, причина феномена кроется в том, что количество энергии, запасённой в водородных связях между молекулами холодной и горячей воды существенно отличается.
Методы компьютерного моделирования показали следующие результаты: чем выше температура воды, тем большим оказывается расстояние между молекулами из-за того, что отталкивающие силы увеличиваются. А следовательно водородные связи молекул растягиваются, запасая большее количество энергии. При охлаждении молекулы начинают сближаться друг с другом, высвобождая энергию из водородных связей. При этом отдача энергии сопровождается понижением температуры.
В октябре 2017 года Испанские физики в ходе очередного исследования выяснили, что большую роль в формировании эффекта играет именно выведение вещества из равновесия (сильный нагрев перед сильным охлаждением). Они определили условия при которых вероятность проявления эффекта максимальна. Помимо этого, ученые из Испании подтвердили существование обратного эффекта Мпембы. Они выявили, что при нагревании более холодный образец может достичь высокой температуры быстрее, чем теплый.
Не смотря на исчерпывающие сведения и многочисленные эксперименты, учёные намерены продолжать изучение эффекта.
Эффект Мпембы в реальной жизни
А вы года нибудь задумывались почему в зимнее время каток заливают горячей водой, а не холодной? Как вы уже поняли, делают это потому, что каток залитый горячей водой замёрзнет быстрее, чем если бы его заливали холодной. По той же причине горячей водой заливают горки в зимних ледовых городках.
Таким образом, знание о существовании феномена позволяет людям сэкономить время при подготовке площадок для зимних видов спорта.
Помимо этого, эффект Мпембы иногда используется и в промышленности — для сокращения времени заморозки продуктов, веществ и материалов, содержащих воду.
Мифы и факты о воде
Этот миф носит название «эффект Мпембы» по имени танганьикского школьника Эрасто Мпембы, который в 1963 году заинтересовался причинами того, почему горячая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная.
Факт: Нарушения первого закона термодинамики нет. Чтобы горячая вода замерзла быстрее холодной, нужны определенные условия.
Учитель, которого Эрасто попросил объяснить, что происходит, только посмеялся – утверждение противоречит первому закону термодинамики (закон сохранения энергии). Однако для того, чтобы горячая жидкость замерзла быстрее холодной, необходимы определенные условия. Например, удачно закончился эксперимент, когда экспериментатор ставил в морозилку холодильника стаканы с холодной и горячей водой. Горячий стакан быстро протаивал иней, соприкасался с металлом и остывал быстрее. Но стоило заменить стакан на рюмки, эффект исчез.
