Hvilket vann som fryser raskere, varmt eller kaldt, påvirkes av mange faktorer, men spørsmålet i seg selv virker litt rart. Det antydes, og det er kjent fra fysikken, at varmt vann fortsatt trenger tid på å kjøle seg ned til temperaturen til sammenlignbart kaldt vann for å bli til is. Med kaldt vann kan denne etappen hoppes over, og følgelig vinner den med tiden.
Men svaret på spørsmålet om hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt - på gaten i frost, vet enhver innbygger på de nordlige breddegrader. Faktisk, vitenskapelig, viser det seg at i alle fall må kaldt vann rett og slett fryse raskere.
Det samme gjorde læreren i fysikk, som ble oppsøkt av skolegutten Erasto Mpemba i 1963 med en forespørsel om å forklare hvorfor den kalde blandingen av fremtidens iskrem fryser lenger enn den samme, men varm.
Dette er ikke verdensfysikk, men en slags Mpemba-fysikk
På den tiden lo læreren bare av dette, men Deniss Osborn, professor i fysikk, som en gang gikk på den samme skolen der Erasto studerte, bekreftet eksperimentelt eksistensen av en slik effekt, selv om det var ingen forklaring på dette da. I 1969 publiserte et populærvitenskapelig tidsskrift en felles artikkel av de to mennene som beskrev denne særegne effekten.
Siden da har forresten spørsmålet om hvilket vann som fryser raskere - varmt eller kaldt, fått sitt eget navn - effekten, eller paradokset, Mpemba.
Spørsmålet dukket opp for lenge siden
Naturligvis har et slikt fenomen funnet sted før, og det ble nevnt i andre forskeres arbeider. Ikke bare en skolegutt var interessert i dette spørsmålet, men Francis Bacon, Rene Descartes og til og med Aristoteles tenkte på det på en gang.
Det er bare tilnærmingene til å løse dette paradokset som begynte å se ut først på slutten av det tjuende århundre.
Betingelser for at et paradoks skal oppstå
Som med is, er det ikke bare vanlig vann som fryser under forsøket. Visse forhold må være tilstede for å begynne å krangle om hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt. Hva påvirker denne prosessen?
Nå, i det 21. århundre, har det blitt fremmet flere alternativer som kan forklaredette paradokset. Hvilket vann som fryser raskere, varmt eller kaldt, kan avhenge av at varmt vann har høyere fordampningshastighet enn kaldt vann. Dermed reduseres volumet, og med en reduksjon i volum blir frysetiden kortere enn om du tar et tilsvarende startvolum med kaldt vann.
Fryseskapet har vært tint i lang tid
Hvilket vann som fryser raskere, og hvorfor det gjør det, kan påvirkes av snøfôret som kan være i fryseren til kjøleskapet som ble brukt til forsøket. Hvis du tar to beholdere som er identiske i volum, men en av dem vil ha varmt vann og den andre kaldt vann, vil beholderen med varmt vann smelte snøen under den, og dermed forbedre kontakten mellom det termiske nivået og kjøleskapsveggen. En kaldtvannsbeholder kan ikke gjøre det. Hvis det ikke er slik foring med snø i kjølerommet, bør kaldt vann fryse raskere.
Topp - nederst
Fenomenet med at vann fryser raskere - varmt eller kaldt, er også forklart som følger. Etter visse lover begynner kaldt vann å fryse fra de øvre lagene, når varmt vann gjør det omvendt - begynner det å fryse fra bunnen og opp. Det viser seg at kaldt vann, som har et kaldt lag på toppen med is allerede dannet noen steder, dermed svekker prosessene med konveksjon og termisk stråling, og forklarer dermed hvilket vann som fryser raskere - kaldt eller varmt. Bilder fra amatøreksperimenter er vedlagt, og dette er godt synlig her.
Varme kommer ut, tenderer oppover, og der møter den et veldig avkjølt lag. Det er ingen fri vei for varmestråling, så kjøleprosessen blir vanskelig. Varmt vann har absolutt ingen slike barrierer i sin vei. Som fryser raskere - kaldt eller varmt, som det sannsynlige resultatet avhenger av, kan du utvide svaret ved å si at ethvert vann har visse stoffer oppløst i seg.
Urenheter i vannsammensetningen som en faktor som påvirker resultatet
Hvis du ikke jukser og bruker vann med samme sammensetning, hvor konsentrasjonene av enkelte stoffer er identiske, bør kaldt vann fryse raskere. Men hvis det oppstår en situasjon når oppløste kjemiske elementer bare er tilstede i varmt vann, mens kaldt vann ikke har dem, har varmt vann muligheten til å fryse tidligere. Dette forklares med det faktum at oppløste stoffer i vann skaper krystalliseringssentre, og med et lite antall av disse sentrene er transformasjonen av vann til fast tilstand vanskelig. Selv underkjøling av vann er mulig, i den forstand at ved minusgrader vil det være i flytende tilstand.
Men alle disse versjonene passet tilsynelatende ikke fullt ut for forskerne, og de fortsatte å jobbe med dette problemet. I 2013 sa et team av forskere i Singapore at de hadde løst det eldgamle mysteriet.
En gruppe kinesiske forskere hevder at hemmeligheten bak denne effekten ligger i mengden energi som er lagret mellom vannmolekyler i bindingene, k alt hydrogenbindinger.
Ledetråd fra kinesiske forskere
Følgende informasjon vil følge, for forståelsen av dette må du ha litt kunnskap i kjemi for å finne ut hvilket vann som fryser raskere - varmt eller kaldt. Som du vet, består et vannmolekyl av to H (hydrogen) atomer og ett O (oksygen) atom holdt sammen av kovalente bindinger.
Men hydrogenatomer av ett molekyl tiltrekkes også av nabomolekyler, til oksygenkomponenten deres. Det er disse bindingene som kalles hydrogenbindinger.
Det er verdt å huske på at samtidig virker vannmolekyler frastøtende på hverandre. Forskere bemerket at når vann varmes opp, øker avstanden mellom molekylene, og dette forenkles av frastøtende krefter. Det viser seg at hydrogenbindinger, som opptar en avstand mellom molekyler i kald tilstand, kan sies å være strukket, og de har større tilførsel av energi. Det er denne energireserven som frigjøres når vannmolekyler begynner å nærme seg hverandre, det vil si at avkjøling skjer. Det viser seg at en større tilførsel av energi i varmt vann, og dets større frigjøring ved avkjøling til minusgrader, skjer raskere enn i kaldt vann, som har en slik tilførsel.mindre energi. Så hvilket vann fryser raskere - kaldt eller varmt? Mpemba-paradokset bør skje utenfor og i laboratoriet, og varmt vann bør bli til is raskere.
Men fortsatt åpen
Det er bare teoretisk bekreftelse på denne ledetråden - alt dette er skrevet i vakre formler og virker plausibelt. Men når de eksperimentelle dataene, som vann fryser raskere - varmt eller kaldt, vil bli satt i en praktisk forstand, og resultatene deres vil bli presentert, vil det være mulig å vurdere spørsmålet om Mpemba-paradokset som lukket.
