Která voda zmrzne rychleji: horká nebo studená? Na čem to závisí?

Skutečnost, že voda zmrzne rychleji, horkěji nebo za studena, ovlivňuje mnoho faktorů, ale otázka se zdá trochu divná. To je implikované, a to je z fyziky známé, že horká voda stále potřebuje čas na ochlazení na teplotu studené vody, která se porovnává, aby se změnila na led. Studená voda může být vynechána v této fázi a v důsledku toho vyhraje včas. Ale každý obyvatel severních zeměpisných šířky zná odpověď na otázku, která voda zmrzne rychleji - studená nebo horká - venku za studena. Ve skutečnosti se vědecky ukazuje, že studená voda musí v každém případě jednoduše zmrznout rychleji.

Stejná myšlenka se objevila u učitele fyziky, kterou požádal student Erasto Mpemba v roce 1963, aby vysvětlil, proč studená směs budoucí zmrzliny zamrzne déle než podobná, ale horká.

"Není to světová fyzika, ale nějaká fyzika Mpemba"

V té době, učitel jen smáli, ale Deniss Osborne, profesor fyziky, který kdysi jel na stejné škole, kde studoval Erasto, experimentálně potvrdil existenci takového účinku, i když vysvětlení, pokud to nebylo. V roce 1969, v populárním sci-časopis zveřejnil společný dokument ze dvou mužů, kteří popsali tento druh účinku. Od té doby, mimochodem, otázka, která voda zmrzne rychleji - horká nebo studená, má svůj vlastní název - účinek, nebo paradox, Mpemba.

Ta otázka se objevila už dávno

Tento jev přirozeně existoval dříve a byl zmíněn v díle jiných vědců. Nejen školák se o tuto záležitost zajímal, ale přemýšlel o svém čase Francis Bacon, René Descartes a dokonce i Aristotel. Pouze přístupy k řešení tohoto paradoxu začaly vypadat až na konci dvacátého století.

Podmínky pro vznik paradoxu

Stejně jako v případě zmrzliny, během experimentu zmrzla nejen obyčejná voda. Musí existovat jisté podmínky, které by mohly začít tvrdit, která voda zmrzne rychleji - studená nebo horká. Co ovlivňuje průběh tohoto procesu?

Nyní v 21. století bylo předloženo několik možností, které mohou vysvětlit daný paradox. Skutečnost, že voda zmrzne rychleji, horkěji nebo za studena, může záviset na tom, že teplá voda Tam je vyšší míra odpařování než v chladném. Tak se sníží svůj objem a stává se méně, jak se snižuje objem a mrazu čas, než když vezmeme stejný původního objemu studené vody.

Po dlouhou dobu se mrazák rozmrazil

Skutečnost, že voda zmrzne rychleji a proč se to stane, může ovlivnit sněhovou výstelku, která se může odehrávat v mrazicím boxu použité v experimentu. Vezmeme-li tyto dva kontejnery jsou stejné co do velikosti, ale v jednom z nich bude horká voda, a v druhé - studené vodní nádržky s horké taveniny pod sněhem, čímž se zlepší tepelný kontakt vrstvy se stěnou chladničky. Zásobník se studenou vodou to nedokáže. Pokud v chladničce není sněhová podšívka, studená voda by měla zmrznout rychleji.

Nahoru dolů

Také jev, jehož voda zmrzne rychleji - horkou nebo chladnou, je vysvětlena následovně. Podle některých zákonů se studená voda začne mrznout z horních vrstev, když horká to dělá opak - začne mrznout ze zdola nahoru. V tomto případě se ukazuje, že studená voda, která má nahoře studenou vrstvu s již vytvořeným ledem, zhoršuje konvekci a tepelné záření, čímž vysvětluje, která voda zmrzne rychleji - studené nebo horké. Fotky z amatérských experimentů jsou připojeny a zde je jasně viditelné.

Teplo vychází, směřuje nahoru a tam se setkává s velmi chladnou vrstvou. Neexistuje žádná volná cesta pro tepelné záření, takže proces chlazení se stává obtížným. Takové překážky na jeho cestě absolutně nemají horkou vodu. Která rychleji zmrzne - studená nebo horká, na které závisí pravděpodobný výsledek, můžete rozšířit odpověď tak, že každá voda má rozpuštěné látky.

Nečistoty ve vodě jako faktor ovlivňující výsledek

Pokud nepodáváte a nepoužíváte vodu se stejným složením, kde jsou koncentrace určitých látek totožné, měla by studená voda rychle zmrznout. Ale pokud je situace, kdy jsou rozpuštěné chemické prvky dostupné pouze v horké vodě a studená voda je v nich nedostává, pak je možnost horké vody zmrazit dříve. To je vysvětleno skutečností, že rozpuštěné látky ve vodě vytvářejí krystalizační centra a s malým počtem těchto center je obtížná přeměna vody v tuhém stavu. Je dokonce možné podchladit vodu v tom smyslu, že při mínusové teplotě bude v tekutém stavu.

Ale všechny tyto verze zřejmě nevyhovovaly vědcům a pokračovaly v práci na této problematice. V roce 2013 tým výzkumníků v Singapuru uvedl, že se jim podařilo vyřešit starodávnou hádanku. Skupina čínských vědců tvrdí, že tajemstvím tohoto účinku je množství energie, které je uloženo mezi molekuly vody ve svých vazbách, které se nazývají vodíkové.

Řešení od čínských vědců

Poté následují informace pro pochopení toho, co je nutné mít nějaké znalosti v chemii, abychom pochopili, která voda zmrzne rychleji - horká nebo studená. Jak víte, molekula vody se skládá ze dvou atomů H (vodík) a jednoho atomu O (kyslíku), které jsou drženy dohromady kovalentními vazbami.

Ale také atomy vodíku jedné molekuly jsou přitahovány k sousedním molekulám, k jejich kyslíkové složce. Tato spojení se nazývají vodíkové vazby.

Je třeba si uvědomit, že zároveň molekuly vody působí navzájem odpudivě. Vědci poznamenali, že když se voda zahřívá mezi molekulami, vzdálenost se zvětšuje a toto je usnadněno jen odpuzujícími silami. Ukázalo se to vodíkové vazby, které zaberou jednu vzdálenost mezi molekulami v chladném stavu, lze říci, jsou roztaženy a mají větší množství energie. Právě tato zásoba energie se uvolňuje, když se molekuly vody začínají přibližovat, to znamená, že dochází k chlazení. Ukazuje se, že vyšší spotřeba energie v horké vodě a její větší uvolnění při ochlazování na mínusové teploty nastává rychleji než ve studené vodě, která má méně energie. Která voda rychle zmrzne - studená nebo horká? Na ulici a v laboratoři se musí objevit paradox Mpemba a horká voda se musí rychle změnit na led.

Ale otázka je stále otevřená

Existuje pouze teoretické potvrzení této stopy - to vše je napsáno v krásných vzorcích a zdá se být hodnověrné. Ale když experimentální data, která voda zmrznou rychleji - horkou nebo studenou, budou v praktickém smyslu a jejich výsledky budou prezentovány, pak otázka parabolu Membba může být považována za uzavřenou.