Dlaczego gorąca woda zamraża szybciej niż zimno? Dlaczego lodowisko jest wylewane z gorącą wodą?

Opis paradoksu Mpemba.

Zawartość

Wielu z nas w dzieciństwie, a także w młodości, często eksperymentowało z zjawiskami fizycznymi, w tym zamrażaniem wody. Co dziwne, ale wielu z nas wie, że z jakiegoś powodu zwyczajowo jest wypełniać rolki gorącej wody, a nie zimno, ponieważ zamarza szybciej. W tym artykule powiemy, dlaczego gorąca woda zamienia się w lód szybciej niż zimno.

Gorąca woda zamarza szybciej czy nie?

Ogólnie rzecz biorąc, fakt ten był znany od bardzo dawna, od czasów Arystotelesa, a także Kartezjusza. Jednak nie było dowodów naukowych. Dopiero w 1963 r. Rozpoczęły się znaczące prace, których głównym zadaniem jest dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje.

Gorąca woda zamarza szybciej czy nie:

Według fizyki jest to sprzeczne z pierwszym prawem termodynamiki, zgodnie z którą jedna energia przepływa do drugiej. Zgodnie z pierwszym początkiem termodynamiki podgrzewana ciecz, zanim temperatura chłodzenia powinna przejść odpowiednio, a czas utwardzania powinien być znacznie większy.
Jednak w praktyce zdarza się to inaczej. Uczeń pomyślał o tym, który zadał swojemu nauczycielowi fizyki odpowiednie pytanie. Chłopiec przygotował lody w domu i zauważył, że szklanka z ciepłym płynem zamarła znacznie szybciej niż chłód, z tą samą składem substancji.
Potem nauczyciel śmiał się tylko z faceta, mówiąc, że jest to sprzeczne z pierwszym prawem termodynamiki, dlatego jest to niemożliwe. Po wizycie w szkole słynnego fizyka Osborna chłopiec zadał mu to samo pytanie, które zainteresowało naukowca.

Jaka woda zamarza gorąco czy zimno szybciej?

Od 1963 r. Osborne wraz z chłopcem zaczął zajmować się tym problemem, w wyniku którego opublikowano artykuł w czasopiśmie Education. Jednocześnie dokładna odpowiedź, dlaczego podgrzewana ciecz stwardnieje szybciej niż przeziębienie.

Co woda zamarza gorąco lub zimno:

Według niektórych naukowców ciepły roztwór w lodówce z termostatem przechodzi do stanu stałego znacznie szybciej tylko z tego powodu, że lodówka zaczyna zamarznąć mocniej, gdy sygnał o zwiększaniu temperatury w komorze.
Nie zdarza się to w przypadku schłodzonej cieczy, ponieważ jej temperatura jest znacznie niższa, a termostat działa jak zwykle, bez zmniejszania temperatury czynnika chłodniczego. Jednak ta wersja nie otrzymała potwierdzenia z tego powodu, że podgrzewany ciecz w zwykłych warunkach w powietrzu również staje się znacznie szybszy niż zimno.
W związku z tym termostat nie jest w zwykłych warunkach ulicznych, dlatego zimno nie występuje.

Dlaczego gorąca woda jest szybsza?

Możliwe było jednak stwierdzenie, że podgrzewana ciecz, ze względu na obecność dużej liczby miąższu nad powierzchnią, stwardnieje znacznie szybciej ze względu na fakt, że pary powstają na powierzchni, objętość płynu w pojemniku maleje . Dlatego możliwe jest zamrożenie mniejszej ilości cieczy, co jest znacznie prostsze niż więcej. Jednak w praktyce utraty objętości jest nieistotne, zatem proces hartowania nie można uznać za uzasadniony.

Dlaczego gorąca woda zamarzają szybciej:

Wielu naukowców zgadza się, że podgrzewany płyn, z powodu obecności oparów, zaczyna szybciej zmieniać się w lód. Krople lodu nad powierzchnią wpadają do wody, co przyczynia się do tworzenia skorupy lodowej, dlatego następuje szybki proces zamieniający się w lód.
Naukowcy dowiedzieli się,co, Jeśli umieścisz pojemnik z ciepłym płynem na śniegu lub skorupą lodową w lodówce, zaczyna się topić, w wyniku czego wzrasta kontakt między pojemnikiem, wodą, a także lodówką Zwiększenie obszaru kontaktu, w wyniku czego występuje szybkie zamarzanie ciepłej wody.
Woda schłodzona nie ma takiego wpływu ze względu na fakt, że pod nią poduszka śnieżna się nie topi, a proces przekształcania się w lód jest znacznie wolniejszy. Ponadto można było dowiedzieć się, że zimna ciecz, gdy temperatura jest zmniejszona, zaczyna stwardnieć w górnej części. W wyniku tego procesy mieszania wody wewnątrz wody są pogarszane, dlatego proces jest opóźniony. Podgrzewana ciecz zaczyna zamarznąć od dołu, tym samym zwiększając procesy konwekcyjne, promieniowanie cieplne.

Dlaczego lodowisko jest wylewane z gorącą wodą?

Naukowcy odkryli, że jeśli uwzględnisz dodatkowe uśrednianie mechaniczne wody w gorących i zimnych pojemnikach, woda schłodzona zamarznie znacznie szybciej. Wynika to z faktu, że gęsta skorupa lodowa nie powstanie.

Dlaczego lodowisko jest wylewane gorącą wodą:

Chemicy próbowali również wyjaśnić ten paradoks, faktem, że wewnątrz podgrzewanej cieczy znajdują się substancje rozpuszczone, które osiadły na dole, czysta woda jest na górze. Wszyscy wiedzą, że roztwór soli twardy w niższej temperaturze niż woda destylowana.
W ten sposób próbowali wyjaśnić ten paradoks. W związku z tym woda schłodzona jest bardziej sztywna, w niej jest wymawiane jony zawarte w całej objętości. W tym przypadku w gorącej cieczy rozpuszczonej soli jest najlepiej w dolnej części roztworu.
Dzięki temu górna część stwardnieje szybciej, przekazując obniżoną temperaturę do dolnych warstw cieczy.

Czy zimna lub gorąca woda jest szybsza?

Naukowcy odkryli, że jeśli ciągłe mieszanie ciepłej i zimnej wody, zimna płyn zmieni się w lód znacznie szybciej.

Zimna lub gorąca woda zamarza szybciej:

Wielu naukowców uważa, że \u200b\u200bw ciepłej wodzie połączenia między cząsteczkami są rozciągane, więc cząsteczka wodoru jest również bardziej obszerna w przestrzeni. Przy ostrym chłodzeniu wody połączenia te są rozdarte, z bardzo gwałtownym spadkiem temperatury.
To powoduje szybkie zamarzanie ciepłej wody. Uważa się, że gorący płyn zawiera mniej rozpuszczonych gazów niż na zimno. To spowodowana zmiana składu gorącego płynu zachodzi jego szybka transformacja w lodzie.
Nadal nie ma jasnej i ostatecznej odpowiedzi na temat tego paradoksu. Badania przeprowadzono w latach 2012–2017, co potwierdziło paradoks lub odrzuciło go. W 2016 r. W czasopiśmie Scientific Reports istnieje związek z materiałami, że zimna woda przechodzi w stały stan wolniejszy niż podgrzewany.

Przeprowadzili szczególne badania, zgodnie z którymi zamrożono 400 ml wody o różnych temperaturach. Według tych badań gorący płyn chłodził się szybciej niż zimno. W 2017 r. Opublikowano hipotezę, zgodnie z którą wpływ MPEMBA, który dotyczy ogrzewania układu schłodzonego, nie odpowiada równowagi. Dlatego wszystkie podstawowe prawa fizyki i termodynamiki nie są odpowiednie dla tego paradoksu.