Эффект Мпембы: как горячая вода замерзает быстрее

Иногда самые интересные открытия происходят случайно.

Открытие эффекта Мпемба

В 1963 год студент из Танзании Эрасто Б. Мпемба стал очевидцем своего случайного эксперимента, который до сих пор носит его имя.

Готовя мороженое во время школьных занятий, он положил свою все еще горячую смесь в морозильную камеру. Никто не ожидал, но мороженое Мпембы быстро заморозилось, в отличие от мороженого его товарищей, которые дали остыть своим стаканчикам до комнатной температуры.

Это совершенно нелогичный эффект на самом деле уже был описан Аристотелем. В 1969 году первооткрыватель Мпнемба предложил британскому профессору физики Денису Осборну, преподавателю университета Дар-эс-Салама, опубликовать научную статью, исследуя возможные физические принципы, которые могли бы оправдать наблюдаемое.

В последующие годы научное сообщество широко обсуждало правдивость явления, для которого даже сегодня нет полного объяснения. Эффект, благодаря которому горячая вод, замерзает раньше холодной, может быть результатом сочетания нескольких факторов.

Почему горячая вода застывает раньше холодной?

Физики выдвигают несколько версий. Например некоторые считают, что испарение является самым простым объяснением этого эффекта: горячая вода быстро испаряется, из-за чего в контейнере остается меньшее воды, которая затем быстрее замерзает.

Другая интерпретация связана с феноменом конвекции: внутри горячей воды существуют конвективные токи, которые улучшают теплообмен с внешней стороны, предотвращая образование тонкого слоя льда на поверхности, который внутри холодной воды термически изолирует все еще жидкую часть, тем самым замедляя замерзание.

Как оказалось, процесс замораживания на самом деле является гораздо более сложным явлением, которое не только сводится к простому выделению тепла из горячего тела в холодное, но также включает в себя переход атомов и молекул жидкости из формы от жидкого до кристаллического.

Таким образом, эффект может быть связан с гораздо более сложными аспектами, такими как водородные связи, которые образуются внутри воды из-за ее полярной природы. Возможно, что нагрев воды влияет на наличие и прочность этих связей, уменьшая энергию, необходимую для ее замораживания.

Можно ли дома замораживать кубики льда из горячей воды?

Не смотр на то, что горячая вода замерзает быстрее, повышение температуры приводит к перегрузке морозильной камеры, из-за чего холодильной системе придется тратить больше энергии на удаление избыточного тепла. Это в свою очередь может привести к повреждению бытового прибора. Более того, испарение от горячей воды может увеличить влажность в морозильном отсеке, способствуя образованию инея, даже в моделях NO FROST.