Чому гаряча вода замерзає швидше холодної

Здавалося б, що питання елементарний і відповісти на нього зможе будь-яка дитина. Однак насправді це не так. Як приклад можна вказати не менше просте запитання: «Чому з чайника лунає шум, коли в ньому закипає вода?» З цього питання випливає така проблема як кавітація. Її рішення при експлуатації корабельних судів і водяних турбін, сприяє збільшенню терміну дії цих агрегатів, а також збільшує їх ефективність. У деяких випадках інженера навпаки, прагнуть збільшити кавітацію. Це стосується ультразвукових впливів (наприклад, при видаленні каменів з нирок або чищенні деталей за допомогою ультразвуку).

Подібні дитячі питання хороші тим, що змушують вчених вивчити їх з цікавістю і часом, подібний підхід, призводить до серйозних наукових відкриттів.

Як приклад можна навести випадок, що стався в школі Танзанії в далекому 1963 році. Тоді один з учнів, виконуючи завдання по уроку кулінарії, готував морозиво. Для його приготування потрібно змішати на розігрітій плиті молоко, цукор і воду, потім остудити і помістити в холодильник. Один з склянок з сумішшю учень забув остудити і поставив в холодильник відразу після змішування. В результаті, саме стакан з неохолодженою сумішшю раніше інших замерз. Учень був вкрай здивований тому, що склянку з гарячою рідиною замерз швидше, ніж з холодною. Один з викладачів місцевого університету фізики, дізнавшись про таке спостереження школяра, вирішив повторити його експеримент. На його подив, результати спостереження хлопчика підтвердилися.

У 1969 році цей учений, спільно з Ераста Мпемби (так звали школяра, який встановив дивовижний факт), опублікував статтю про свої експерименти і спостереження. З тих пір вчені-фізики досі не можуть остаточно визначитися в чому причина подібного явища.

У підсумку, на сьогоднішній день існує декілька версія того, з якої причини гаряча вода замерзає швидше холодної. це:

  1. Випаровування гарячої води відбувається набагато інтенсивніше, ніж холодної. У підсумку, випаровується вода при контакті з холодом кристалізується і перетворюється на лід.
  2. Інтенсивне випаровування гарячої води призводить до того, що її кількості зменшується в загальному обсязі. А, як відомо, менша кількість речовини здатне швидше замерзнути.
  3. Наступною версією подібного явища є те, що в гарячій воді набагато менше центрів кристалізації і різних порошинок, тому вона протягом деякого часу не замерзає, а потім інтенсивно, майже миттєво перетворюється на лід.
  4. Відстань між молекулами в гарячій воді більше. Це пов’язано з більшою кінетичної енергією молекул. Як наслідок, потенційна енергія між молекулами також має тенденції до зростання. З початком процедури охолодження молекули починають зближуватися, в результаті чого енергія, яка перебуває між ними, вивільняється і виділяє вільний простір, який сприяє додатковому охолодженню.
  5. Існує теорія протилежна попередньої. В ході нагрівання води, зв’язок між її молекулами слабшає, вони зближуються і стають ближчими один до одного, ніж в процесі кристалізації. У той час, коли температура води досягає достатньої для утворення кристалів льоду, додаткова енергія, яка необхідна для розриву попередніх зв’язків, вже не потрібно. В результаті чого, гаряча вода замерзає швидше. У випадку з холодною водою, потрібні певні часові витрати, а також витрачання енергії. Тому вона замерзає повільніше.

Ось так, здавалося б дитячі питання здатні викликати масу міркувань, теорій і доказів.

Ссылка на основную публикацию