Proč horká voda zamrzne rychleji než studená? Proč je kluziště nalita horkou vodou?

Popis paradoxu MPEMBA.

Obsah

Mnoho z nás v dětství, stejně jako v mládí, často experimentovalo s fyzickými jevy, včetně zmrazení vody. Kupodivu, ale mnozí z nás vědí, že z nějakého důvodu je obvyklé naplnit válce horkou vodou a ne studené, protože to zamrzne rychleji. V tomto článku vám řekneme, proč se horká voda promění v led rychleji než studená.

Horká voda zamrzne rychleji nebo ne?

Obecně byla tato skutečnost známá velmi dlouhou dobu, od doby Aristotela, stejně jako Descartes. Neexistovaly však žádné vědecké důkazy. Teprve v roce 1963 začaly významné práce, jehož hlavním úkolem je zjistit, proč se to děje.

Horká voda zamrzne rychleji nebo ne:

Podle fyziky to je v rozporu s prvním termodynamickým zákonem, podle kterého jedna energie proudí do druhé. Podle prvního začátku termodynamiky by zahřívaná kapalina, než by měla teplota chlazení projít, a doba kalení by měla být mnohem větší.
V praxi se to však stává jinak. Schoolboy o tom přemýšlel, který položil učitele fyziky na odpovídající otázku. Chlapec připravil zmrzlinu doma a všiml si, že sklenice s teplou tekutinou ztuhlo mnohem rychleji než s chladným, se stejným složením látky.
Pak se učitel jen smál chlapi a řekl, že to je v rozporu s prvním termodynamickým zákonem, proto je to nemožné. Po návštěvě školy slavného fyzika Osborna se ho chlapec zeptal na stejnou otázku, která se zajímá o vědce.

Co voda zamrzne horké nebo studené rychleji?

Od roku 1963 se Osborne společně s chlapcem začal s tímto problémem zabývat, v důsledku toho, že článek byl zveřejněn v časopise Education. Zároveň přesná odpověď, proč se vyhřívaná kapalina ztuhne rychleji než nachlazení, nebyla získána.

Co voda zamrzne nebo studená:

Podle některých vědců prochází teplé řešení v lednici s termostatem do pevného stavu mnohem rychleji pouze z důvodu, že lednička začne zmrznout tvrději, když signál o zvyšování teploty v komoře.
K tomu nedochází u chlazené kapaliny, protože jeho teplota je mnohem nižší a termostat funguje jako obvykle, aniž by snižoval teplotu chladiva. Tato verze však neobdržela potvrzení z důvodu, že vyhřívaná kapalina za běžných podmínek ve vzduchu také ztuhne mnohem rychleji než chlad.
V souladu s tím není termostat v běžných podmínkách ulice, proto nedochází k chladu.

Proč horká voda zmrazí rychleji?

Bylo však možné zjistit, že vyhřívaná kapalina, kvůli přítomnosti velkého počtu masa nad povrchem, ztvrdne mnohem rychleji kvůli skutečnosti, že páry se vytvářejí na povrchu, snižuje se objem tekutiny v nádobě snižuje . Je tedy možné zmrazit menší množství kapaliny, což je mnohem jednodušší než více. V praxi je však ztráta objemu nevýznamná, proto nelze proces kalení považovat za odůvodněný.

Proč je horká voda zmrazení rychlejší:

Mnoho vědců souhlasí s tím, že vyhřívaná tekutina se v důsledku přítomnosti výparů stane rychleji na led. Ledové kapičky nad povrchem padají do vody, což přispívá k tvorbě ledové kůry, a proto dochází k rychlému procesu proměny v led.
Vědci zjistili,co, Pokud vložíte nádobu s teplou tekutinou na sníh nebo ledovou kůru do ledničky, začne se roztavit, v důsledku toho, že se do ní zvyšuje kontakt mezi nádobou, vodou, stejně jako lednička Zvyšování oblasti kontaktu, v důsledku toho dochází k rychlému zmrazení teplé vody.
Chlazená voda nemá takový účinek kvůli skutečnosti, že pod sebou se sněhový polštář neroztaví a proces změny v led je mnohem pomalejší. Kromě toho bylo možné zjistit, že studená kapalina, když je teplota snížena, začne v horní části ztvrdnout. V důsledku toho se zhoršují procesy míchání vody uvnitř vody, a proto je proces zpožděn. Vyhřívaná kapalina začne zamrznout zespodu, čímž se zvyšuje procesy konvekce, záření tepla.

Proč je kluziště nalita horkou vodou?

Vědci zjistili, že pokud zahrnete další mechanické průměrování vody v horkých a studených nádobách, pak chlazená voda zamrzne mnohem rychleji. Důvodem je skutečnost, že hustá ledová kůra se netvoří.

Proč je kluziště nalita horkou vodou:

Chemici se také pokusili vysvětlit tento paradox tím, že uvnitř vyhřívané kapaliny jsou rozpuštěné látky, které se usadily na dně, čistá voda je nahoře. Každý ví, že solný roztok ztvrdne při nižší teplotě než destilovaná voda.
Snažili se tedy tento paradox vysvětlit. V souladu s tím je chlazená voda přísnější, v ní se vyslovuje ionty obsažené v celém jejím objemu. V tomto případě je v horké kapalině rozpuštěná sůl s výhodou ve spodní části roztoku.
Díky tomu horní část ztuhne rychleji a přenáší sníženou teplotu na spodní vrstvy kapaliny.

Zmrazuje se studená nebo horká voda rychleji?

Vědci zjistili, že pokud bude neustálé míchání teplé a studené vody, pak se studená tekutina stane mnohem rychleji.

Chladná nebo horká voda zamrzne rychleji:

Mnoho vědců se domnívá, že v teplé vodě jsou spojena spojení mezi molekulami, takže molekula vodíku je také objemnější v prostoru. S ostrým chlazením vody jsou tato spojení roztrhana a s velmi prudkým poklesem teploty.
To způsobuje rychlé zmrazení teplé vody. Předpokládá se, že horká tekutina obsahuje méně rozpuštěné plyny než v chladu. Je to kvůli změně složení horké tekutiny, že jeho rychlá transformace na led dochází.
O tomto paradoxu stále neexistuje jasná a konečná odpověď. Studie byly provedeny v letech 2012–2017, což potvrdilo paradox nebo jej vyvrátilo. V roce 2016 v časopise Scientific Reports existuje odkaz na materiály, které studená voda jde do pevného stavu pomalejší než vyhřívaná.

Provedli zvláštní studie, podle kterých bylo zamrzeno 400 ml vody s různými teplotami. Podle těchto studií se horká tekutina ochladila rychleji než studená. V roce 2017 byla zveřejněna hypotéza, podle které účinek MPEMBA, který se týká vytápění chlazeného systému, neodpovídá rovnováze. Proto všechny základní zákony fyziky a termodynamiky nejsou pro tento paradox vhodné.