Чому гаряча вода замерзає швидше ніж холодна

Відео: Гаряча або холодна вода замерзає швидше?

Привіт, дорогі любителі цікавих фактів. Сьогодні ми з вами поговоримо про воду. Але я думаю, що винесене в заголовок запитання може здатися просто абсурдним - але чи завжди слід безроздільно довірятися горезвісного «здоровому глузду», а не строго поставленому перевірочного досвіду. Давайте спробуємо розібратися, чому гаряча вода швидше замерзає ніж холодна?

Історична довідка

Що в питанні із заморожуванням холодної та гарячої води «не все чисто» згадувалося ще в працях Аристотеля, потім подібного ж роду замітки робили Ф. Бекон, Р. Декарт і Дж.Блек. У новітній історії за даними ефектом закріпилася назва «парадокс Мпемби» - по імені школяра з Танганьїки Ераста Мпемби, який задав це ж питання заїжджому професору фізики.

Відео: НЕЙМОВІРНИЙ трюк з водою, ефект Мпемби / Stunts with water Mpemba effect

Питання хлопчика виник не на порожньому місці, а з суто особистих спостережень за процесом охолодження сумішей для морозива на кухні. Зрозуміло, присутні там же однокласники разом зі шкільним учителем підняли Мпемби на сміх - однак після експериментальної перевірки особисто професором Д.Осборном бажання потішатися над Ераста у них «випарувалося». Більш того, Мпемби спільно з професором в 1969-му році в Physics Education було опубліковано детальний опис цього ефекту - і з тих пір вищезазначене назва закріпилася в науковій літературі.

Відео: Гаряча вода замерзає швидше холодної

У чому суть явища?

Постановка досвіду досить проста: при інших рівних умовах випробовуються однакові тонкостінні судини, в них - строго рівні кількості води, що відрізняються лише температурою. Судини завантажуються в холодильник, після чого засікається час до утворення льоду в кожному з них. Парадокс полягає в тому, що в посудині з самого початку більш гарячою рідиною це відбувається швидше.

Як це пояснює сучасна фізика?

Універсального пояснення парадокс не має, оскільки спільно протікає кілька паралельних процесів, внесок яких може різнитися від конкретних початкових умов - але з однаковим результатом:

• здатність рідини до переохолодження - спочатку холодна вода більш схильна до переохолодження, тобто залишається рідкою тоді, коли її температура знаходиться вже нижче точки замерзання
• прискорене охолодження - пар від гарячої води трансформується в мікрокристали льоду, які при падінні назад прискорюють процес, працюючи як додатковий «зовнішній теплообмінник»
• ефект ізоляції - на відміну від гарячої, холодна вода замерзає зверху, що призводить до зменшення тепловіддачі конвекцією і випромінюванням

Є і ряд інших пояснень (останній раз конкурс на кращу гіпотезу британське Королівське Хімічне Товариство проводило недавно, в 2012-му) - але однозначної теорії для всіх випадків комбінацій вхідних умов не існує до цих пір ...