Чому гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна? Чому каток наливається гарячою водою?

Опис парадоксу MPEMBA.

Зміст

Багато хто з нас у дитинстві, а також у молоді часто експериментували з фізичними явищами, включаючи замерзання води. Як не дивно, але багато хто з нас знають, що чомусь звично наповнювати ролики гарячою водою, а не холодно, тому що вона замерзає швидше. У цій статті ми розповімо, чому гаряча вода перетворюється на лід швидше, ніж холодно.

Гаряча вода замерзає швидше чи ні?

Загалом, цей факт був відомий дуже довго, з часів Арістотеля, а також Декарта. Однак наукових доказів не було. Лише в 1963 році розпочалися значні твори, головне завдання якого - з’ясувати, чому це відбувається.

Гаряча вода замерзає швидше чи ні:

Згідно з фізикою, це суперечить першому закону термодинаміки, згідно з яким одна енергія впадає в іншу. Відповідно до першого початку термодинаміки, нагріта рідина, перш ніж температура охолодження повинна пройти відповідно, а час затвердіння має бути значно більшим.
Однак на практиці це відбувається інакше. Школ -й подумав про це, який задав своєму вчителю фізики відповідне питання. Хлопчик готував морозиво вдома і помітив, що склянку з теплою рідиною замерзли набагато швидше, ніж з прохолодним, з однаковою композицією речовини.
Тоді вчитель лише сміявся з хлопця, сказавши, що це суперечить першому закону термодинаміки, тому це неможливо. Після візиту до школи відомого фізика Осборна, хлопчик задав йому те саме питання, яке зацікавило вченого.

Яка вода замерзає гарячою чи холодною швидше?

Починаючи з 1963 року, Осборн разом з хлопчиком почав займатися цим питанням, в результаті якої була опублікована стаття в журналній освіті. У той же час, точна відповідь, чому нагріта рідина твердне, швидше, ніж холод, не отримували.

Яка вода замерзає гарячою або холодною:

За словами деяких вчених, теплий розчин у холодильнику з термостатом переходить у твердий стан набагато швидше лише з тієї причини, що холодильник починає замерзати, коли сигнал про підвищення температури в камері.
Це не відбувається з охолодженою рідиною, оскільки її температура значно нижча, а термостат працює як зазвичай, не знижуючи температуру холодоагенту. Однак ця версія не отримала підтвердження з тієї причини, що нагріта рідина в звичайних умовах у повітрі також тверділа набагато швидше, ніж холодна.
Відповідно, термостат не знаходиться в звичайних вуличних умовах, тому холод не відбувається.

Чому гаряча вода замерзає швидше?

Однак можна було з’ясувати, що нагріта рідина, через наявність великої кількості плоті над поверхнею, затвердіє набагато швидше через те, що на поверхні утворюються пари, об'єм рідини зменшується . Таким чином, можна заморозити меншу кількість рідини, що набагато простіше, ніж більше. Однак на практиці втрата обсягу незначна, тому процес затвердіння не може вважатися виправданим.

Чому гаряча вода замерзає швидше:

Багато вчених погоджуються, що нагріта рідина через наявність випарів починає швидше перетворюватися на лід. Краплі льоду над поверхнею падають у воду, що сприяє утворенню крижаної кори, саме тому відбувається швидкий процес перетворення на лід.
Вчені з’ясували,що, Якщо ви кладете контейнер з теплою рідиною на сніг або крижаною скоринкою в холодильнику, вона починає танути, внаслідок чого контакт між контейнером, вода в ній, а також холодильник збільшується, тим самим Збільшення області контакту, в результаті якої відбувається швидке замерзання теплої води.
Охолоджена вода не має такого ефекту через те, що під нею снігову подушку не тануть, а процес перетворення на лід набагато повільніше. Крім того, можна було з’ясувати, що холодна рідина, коли температура знижується, починає твердіти у верхній частині. В результаті цього погіршуються процеси змішування води всередині води, тому процес затримується. Нагріта рідина починає замерзати знизу, тим самим посилюючи конвекційні процеси, теплове випромінювання.

Чому каток наливається гарячою водою?

Вчені встановили, що якщо включити додаткове механічне усереднення води в гарячі та холодні ємності, то охолоджена вода замерзає набагато швидше. Це пов’язано з тим, що щільна крижана скоринка не буде утворюватися.

Чому каток наливається з гарячою водою:

Хіміки також намагалися пояснити цей парадокс через те, що всередині нагрітої рідини є розчинені речовини, які оселилися внизу, чиста вода зверху. Всім відомо, що розчин солі твердне при меншій температурі, ніж дистильована вода.
Таким чином, вони намагалися пояснити цей парадокс. Відповідно, охолоджена вода є більш жорсткою, вона вимовляється іони, що містяться в усьому його обсязі. У цьому випадку в гарячій рідині розчинена сіль переважно в нижній частині розчину.
Завдяки цьому верхній частині стверджує швидше, передаючи знижену температуру до нижніх шарів рідини.

Холодна чи гаряча вода замерзає швидше?

Вчені виявили, що якщо постійне змішування теплої та холодної води, то холодна рідина перетвориться на лід набагато швидше.

Холодна або гаряча вода замерзає швидше:

Багато вчених вважають, що в теплій воді з'єднання між молекулами розтягнуті, тому молекула водню також є більш об'ємною у просторі. При різкому охолодженні води ці з'єднання розірвані, з дуже різким зниженням температури.
Це те, що викликає швидке замерзання теплої води. Вважається, що гаряча рідина містить менш розчинені гази, ніж у холоді. Саме зі зміною складу гарячої рідини відбувається його швидке перетворення на лід.
Досі немає чіткої та остаточної відповіді про цей парадокс. Дослідження проводили у 2012-2017 роках, що підтвердило парадокс або спростував його. У 2016 році, у журналі Scientific, є посилання на матеріали, що холодна вода переходить у твердий стан повільніше, ніж нагріти.

Вони проводили своєрідні дослідження, згідно з якими 400 мл води з різними температурами замерзли. Згідно з цими дослідженнями, гаряча рідина охолоджується швидше, ніж холодна. У 2017 році була опублікована гіпотеза, згідно з якою ефект MPEMBA, що стосується нагрівання охолодженої системи, не відповідає рівновазі. Тому всі основні закони фізики та термодинаміки не підходять для цього парадоксу.