Zakaj vroča voda zamrzne hitreje kot hladna? Zakaj se drsališče naliva z vročo vodo?

Opis paradoksa mpemba.

Zadovoljstvo

Mnogi od nas v otroštvu, pa tudi v mladosti, pogosto eksperimentiramo s fizičnimi pojavi, vključno z zamrzovanjem vode. Nenavadno, vendar mnogi od nas vedo, da je iz nekega razloga običajno napolniti valje z vročo vodo in ne hladno, ker hitreje zamrzne. V tem članku vam bomo povedali, zakaj se vroča voda spremeni v led hitreje kot hladno.

Vroča voda zamrzne hitreje ali ne?

Na splošno je bilo to dejstvo znano zelo dolgo, od časa Aristotela, pa tudi Descartes. Vendar znanstvenih dokazov ni bilo. Šele leta 1963 so se začela pomembna dela, katerih glavna naloga je ugotoviti, zakaj se to dogaja.

Vroča voda zamrzne hitreje ali ne:

Po fiziki to nasprotuje prvemu zakonu termodinamike, v skladu s katerim ena energija teče v drugo. Glede na prvi začetek termodinamike mora biti ogrevana tekočina, preden mora preteči hladilno temperaturo, in čas utrjevanja mora biti veliko večji.
Vendar se v praksi zgodi drugače. Šolček je pomislil na to, ki je učitelju fizike postavil ustrezno vprašanje. Fant je doma pripravil sladoled in opazil, da je kozarec s toplo tekočino zamrznil veliko hitreje kot s hladnim, z isto sestavo snovi.
Potem se je učitelj samo smejal fantu, češ da to nasprotuje prvemu zakonu termodinamike, zato je nemogoče. Po obisku šole slavnega fizika Osborna mu je fant postavil isto vprašanje, ki ga je zanimalo znanstvenika.

Katera voda zamrzne vroče ali hladno hitreje?

Od leta 1963 se je Osborne skupaj s fantom začel ukvarjati s to vprašanje, zaradi česar je bil članek objavljen v reviji Education. Hkrati se natančen odgovor, zakaj se ogrevana tekočina strdi hitreje od mraza, ni bilo doseženo.

Katera voda zamrzne vroče ali hladne:

Po mnenju nekaterih znanstvenikov topla rešitev v hladilniku s termostatom prehaja v trdno stanje veliko hitreje le iz razloga, ker hladilnik začne močneje zmrzniti, ko signal o povečanju temperature v komori.
To se ne zgodi z ohlajeno tekočino, saj je njegova temperatura precej nižja, termostat deluje kot običajno, ne da bi znižal temperaturo hladilnega sredstva. Vendar ta različica ni prejela potrditve iz razloga, da se ogrevana tekočina v običajnih pogojih v zraku prav tako strdi veliko hitreje kot mraz.
V skladu s tem termostat ni v običajnih uličnih razmerah, zato se mraz ne pojavi.

Zakaj vroča voda hitreje zamrzne?

Vendar je bilo mogoče ugotoviti, da se ogrevana tekočina zaradi prisotnosti velikega števila mesa nad površino veliko hitreje strdi zaradi dejstva, da se na površini nastajajo pari, količina tekočine v posodi se zmanjša Tako je mogoče zamrzniti manjšo količino tekočine, kar je veliko preprostejše kot več. Vendar je v praksi izguba obsega nepomembna, zato postopka utrjevanja ni mogoče šteti za upravičen.

Zakaj vroča voda hitreje zamrzne:

Številni znanstveniki se strinjajo, da se ogrevana tekočina zaradi prisotnosti dima začne hitreje spreminjati v led. Ledene kapljice nad površino padejo v vodo, kar prispeva k nastanku ledene skorje, zato se pojavi hiter postopek spreminjanja v led.
Znanstveniki so izvedeli,kaj, Če na sneg postavite posodo s toplim tekočino ali ledeno skorjo v hladilnik, se začne topiti, zaradi česar se stik med posodo, voda v njej, pa tudi hladilnik, poveča, s tem se poveča Povečanje območja stika, zaradi česar je hitro zamrzovanje tople vode.
Ohlajena voda nima takšnega učinka zaradi dejstva, da se pod njo snežna blazina ne stopi, postopek spreminjanja v led pa je veliko počasnejši. Poleg tega je bilo mogoče ugotoviti, da se hladna tekočina, ko se temperatura zniža, v zgornjem delu začne trditi. Kot rezultat tega se procesi mešanja vode v vodi poslabšajo, zato se postopek zavleče. Ogrevana tekočina se začne zmrzniti od spodaj in s tem izboljšuje konvekcijske procese, toplotno sevanje.

Zakaj se drsališče naliva z vročo vodo?

Znanstveniki so ugotovili, da če vključite dodatno mehansko povprečenje vode v vroče in hladne posode, bo ohlajena voda zamrznila veliko hitreje. To je posledica dejstva, da gosta ledena skorja ne bo nastala.

Zakaj se drsališče naliva z vročo vodo:

Kemiki so ta paradoks poskušali razložiti tudi z dejstvom, da znotraj segrete tekočine obstajajo raztopljene snovi, ki so se naselile na dnu, čista voda je na vrhu. Vsi vedo, da se raztopina soli strdi pri nižji temperaturi kot destilirana voda.
Tako so poskušali razložiti ta paradoks. V skladu s tem je ohlajena voda bolj toga, v njej je izgovarjana ioni, ki jih vsebuje celotna volumen. V tem primeru je v vroči tekočini raztopljena sol prednostno v spodnjem delu raztopine.
Zahvaljujoč temu se zgornji del strdi hitreje in prenaša znižano temperaturo na spodnje plasti tekočine.

Ali hladna ali vroča voda hitreje zamrzne?

Znanstveniki so ugotovili, da se bo hladna tekočina, če nenehno mešanje tople in hladne vode, spremenila v led veliko hitreje.

Hladna ali vroča voda hitreje zamrzne:

Številni znanstveniki verjamejo, da so v topli vodi povezave med molekulami raztegnjene, zato je molekula vodika tudi bolj obsežna v prostoru. Z ostrim hlajenjem vode so te priključke raztrgane, z zelo ostrim znižanjem temperature.
To je tisto, kar povzroča hitro zmrzovanje tople vode. Verjame se, da vroča tekočina vsebuje manj raztopljenih plinov kot v mrazu. Zaradi spremembe sestave vroče tekočine pride do njegove hitre transformacije v led.
Še vedno ni jasnega in končnega odgovora o tem paradoksu. Študije so bile izvedene v letih 2012–2017, ki so potrdile paradoks ali ga ovrgli. V letu 2016, v reviji Scientific Reports, obstaja povezava do materialov, da hladna voda gre v trdno stanje počasneje kot ogrevana.

Izvedli so posebne študije, po katerih je bilo zamrznjenih 400 ml vode z različnimi temperaturami. Po teh raziskavah se je vroča tekočina ohladila hitreje kot hladno. V letu 2017 je bila objavljena hipoteza, v skladu s katero učinek MPEMBA, ki zadeva ogrevanje ohlajenega sistema, ne ustreza ravnotežju. Zato vsi osnovni zakoni fizike in termodinamike niso primerni za ta paradoks.