Prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená? Prečo sa klzisko naleje s horúcou vodou?

Opis paradoxu MpeMba.

Spokojnosť

Mnohí z nás v detstve, ako aj v mládeži, často experimentovali s fyzickými javmi vrátane zmrazenia vody. Napodiv, ale mnohí z nás vedia, že z nejakého dôvodu je obvyklé naplniť valčeky horúcou vodou a nie chladné, pretože rýchlejšie zamrzne. V tomto článku vám povieme, prečo sa horúca voda zmení na ľad rýchlejšie ako studená.

Horúca voda zamrzne rýchlejšie alebo nie?

Všeobecne platí, že táto skutočnosť bola známa veľmi dlho, od času Aristoteles, ako aj Descartes. Neexistovali však žiadne vedecké dôkazy. Iba v roku 1963 začali významné diela, ktorých hlavnou úlohou je zistiť, prečo sa to deje.

Horúca voda zamrzne rýchlejšie alebo nie:

Podľa fyziky to je v rozpore s prvým zákonom termodynamiky, podľa ktorej jedna energia preteká do inej. Podľa prvého začiatku termodynamiky by zahrievaná kvapalina pred prešla teplotou chladenia, respektíve by mal byť čas tvrdenia oveľa väčší.
V praxi sa to však stáva inak. Schoolboy o tom premýšľal, ktorý položil svojho učiteľa fyziky zodpovedajúcu otázku. Chlapec pripravil zmrzlinu doma a všimol si, že pohár s teplou tekutinou zamrzne omnoho rýchlejšie ako chladom, s rovnakým zložením látky.
Potom sa učiteľ len zasmial chlapcovi a povedal, že to je v rozpore s prvým zákonom termodynamiky, preto je to nemožné. Po návšteve školy slávneho fyzika Osborna ho chlapec položil rovnakú otázku, ktorá zaujímala vedca.

Aká voda zamrzne horúcu alebo studenú rýchlejšie?

Od roku 1963 sa Osborne spolu s chlapcom začal zaoberať touto otázkou, v dôsledku čoho bol článok uverejnený v časopise Education. Zároveň sa nezískala presná odpoveď, prečo sa vyhrievaná tekutina stvrdla rýchlejšie ako chlad.

Aká voda zamrzne horúcu alebo studenú:

Podľa niektorých vedcov je teplé riešenie v chladničke s termostatom oveľa rýchlejšie iba z dôvodu, že chladnička začína tvrdšie zmraziť, keď signál o zvýšení teploty v komore.
To sa nestane s chladenou kvapalinou, pretože jej teplota je oveľa nižšia a termostat funguje ako obvykle, bez zníženia teploty chladiva. Táto verzia však nedostala potvrdenie z dôvodu, že vyhrievaná tekutina za bežných podmienok vo vzduchu tiež stvrdne oveľa rýchlejšie ako chlad.
Preto termostat nie je v bežných pouličných podmienkach, a preto sa prechladnutie nevyskytuje.

Prečo horúca voda mrazí rýchlejšie?

Bolo však možné zistiť, že vyhrievaná tekutina v dôsledku prítomnosti veľkého počtu mäsa nad povrchom tvrdí oveľa rýchlejšie, pretože na povrchu sa tvoria páry, objem tekutiny v nádobe klesá . Preto je možné zmraziť menšie množstvo kvapaliny, ktorá je oveľa jednoduchšia ako viac. V praxi je však strata objemu zanedbateľná, a preto sa proces tvrdenia nemožno považovať za opodstatnený.

Prečo horúca voda mrazí rýchlejšie:

Mnoho vedcov súhlasí s tým, že vyhrievaná tekutina v dôsledku prítomnosti výparov sa začína rýchlejšie meniť na ľad. Kvapky ľadu nad povrchom spadajú do vody, čo prispieva k tvorbe ľadovej kôry, a preto dochádza k rýchlemu procesu premeny na ľad.
Vedci to zistili,čo, Ak vložíte nádobu s teplou tekutinou na sneh alebo ľadovú kôru v chladničke, začne sa topiť, v dôsledku čoho sa zvyšuje kontakt medzi nádobou, vodou v nej, ako aj chladničkou. Zvýšenie oblasti kontaktu, v dôsledku čoho dôjde k rýchlemu zmrazeniu teplej vody.
Chladená voda nemá taký účinok v dôsledku skutočnosti, že pod ňou snehový vankúš sa neroztopí a proces premeny na ľad je omnoho pomalší. Okrem toho bolo možné zistiť, že studená kvapalina, keď je teplota znížená, začne stvrdnúť v hornej časti. V dôsledku toho sa procesy miešania vody vo vode zhoršujú, a preto je tento proces oneskorený. Vyhrievaná tekutina začína zmraziť zdola, čím sa zvyšuje konvekčné procesy, tepelné žiarenie.

Prečo sa klzisko naleje s horúcou vodou?

Vedci zistili, že ak zahrniete ďalšie mechanické spriemerovanie vody v horúcom a studenom nádobách, chladená voda zmrazí oveľa rýchlejšie. Dôvodom je skutočnosť, že sa netvorí hustá ľadová kôra.

Prečo je klzisko naliate horúcou vodou:

Chemici sa tiež snažili vysvetliť tento paradox skutočnosťou, že vo vnútri zahrievanej kvapaliny sú rozpustené látky, ktoré sa usadili na dne, na vrchu je čistá voda. Každý vie, že roztok soli stvrdne pri nižšej teplote ako destilovaná voda.
Preto sa pokúsili vysvetliť tento paradox. V súlade s tým je chladená voda pevnejšia, v nej je výrazné ióny obsiahnuté v celom jej objeme. V tomto prípade je v horúcej kvapaline rozpustená soľ výhodne v dolnej časti roztoku.
Vďaka tomu horná časť stvrdne rýchlejšie a prenáša zníženú teplotu do dolných vrstiev kvapaliny.

Zmrazuje studená alebo horúca voda rýchlejšie?

Vedci zistili, že ak sa neustále miešanie teplej a studenej vody, studená tekutina sa zmení na ľad oveľa rýchlejšie.

Studená alebo horúca voda mrazí rýchlejšie:

Mnoho vedcov sa domnieva, že v teplej vode sú spojenia medzi molekulami roztiahnuté, takže molekula vodíka je vo vesmíre tiež objemnejšia. Pri ostrom ochladení vody sú tieto spojenia roztrhané, s veľmi prudkým poklesom teploty.
To spôsobuje rýchle zmrazenie teplej vody. Predpokladá sa, že horúca tekutina obsahuje menej rozpustených plynov ako v chlade. Je to kvôli zmene zloženia horúcej tekutiny, že jej rýchla transformácia na ľad dochádza.
O tomto paradoxe stále neexistuje jasná a konečná odpoveď. Štúdie sa uskutočnili v rokoch 2012-2017, čo potvrdilo paradox alebo ho vyvrátil. V roku 2016, v časopise Scientific Reports, existuje spojenie s materiálmi, že studená voda prechádza do tuhého stavu pomalšie ako zahrievané.

Vykonali zvláštne štúdie, podľa ktorých bolo zmrazených 400 ml vody s rôznymi teplotami. Podľa týchto štúdií sa horúca tekutina ochladila rýchlejšie ako studená. V roku 2017 bola uverejnená hypotéza, podľa ktorej účinok MPEMBA, ktorý sa týka zahrievania chladeného systému, nezodpovedá rovnováhe. Preto všetky základné zákony fyziky a termodynamiky nie sú pre tento paradox vhodné.