Die Feststellung, ob heißes Wasser schneller gefrieren kann als kaltes Wasser, scheint ein Kinderspiel zu sein. Immerhin gefriert Wasser bei 0 Grad Celsius. Und würde das Wasser nicht heiß genug sein, um E. coli-Bakterien (etwa 120 Grad Fahrenheit oder 50 Grad Celsius) abzutöten? Ein längerer Weg als kühleres Wasser an einem fallenden Strand in New England (etwa 60 Grad Fahrenheit oder 15 Grad Celsius) in Richtung einer kalten Zukunft als Eis? Obwohl dies eine logische Annahme ist, stellt sich heraus, dass heißes Wasser unter bestimmten Bedingungen vor kühlerem Wasser gefrieren kann.
Diese offensichtliche Eigenart der Natur ist der nach dem Tansanier benannte „Mpemba-Effekt“ Der Schüler Erasto Mpemba, der es 1963 zum ersten Mal beobachtete. Der Mpemba-Effekt tritt auf, wenn zwei Gewässer mit unterschiedlichen Temperaturen derselben Umgebung unter Null ausgesetzt sind und das heißere Wasser zuerst gefriert. Mpembas Beobachtungen bestätigten die Vermutungen einiger der am meisten verehrten Denker der Geschichte, wie Aristoteles, Rene Descartes und Francis Bacon, die auch dachten, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser.
Verdunstung ist der stärkste Kandidat, um dies zu erklären Mpemba-Effekt. Wenn heißes Wasser in einem offenen Behälter abkühlt, nimmt die Gesamtmasse ab, wenn ein Teil des Wassers verdunstet. Wenn weniger Wasser gefriert, kann der Vorgang weniger Zeit in Anspruch nehmen. Dies funktioniert jedoch nicht immer, insbesondere wenn geschlossene Behälter verwendet werden, die das Entweichen von verdunstetem Wasser verhindern.
Und Verdunstung ist möglicherweise nicht der einzige Grund, warum das Wasser schneller gefrieren kann. Das wärmere Wasser enthält möglicherweise weniger gelöstes Gas, wodurch seine Fähigkeit zur Wärmeleitung verringert und es schneller abkühlen kann. Polnische Physiker in den 1980er Jahren konnten diesen Zusammenhang jedoch nicht eindeutig nachweisen.
Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Wasser könnte auch den Mpemba-Effekt erklären. Heißes Wasser steigt auf die Oberseite eines Behälters, bevor es entweicht, verdrängt das kalte Wasser darunter und erzeugt eine „heiße Oberseite“. Diese Bewegung von heißem Wasser nach oben und kaltem Wasser nach unten wird als Konvektionsstrom bezeichnet. Diese Ströme sind eine beliebte Form der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten und Gasen, die im Ozean und auch in Heizkörpern auftreten, die einen kühlen Raum erwärmen. Mit dem kühleren Wasser am Boden erzeugt diese ungleichmäßige Temperaturverteilung Konvektionsströme, die den Kühlprozess beschleunigen. Selbst wenn mehr Boden zum Einfrieren bedeckt werden muss, kann die Temperatur des heißeren Wassers schneller sinken als die des kühleren Wassers.
Wenn Sie also das nächste Mal Ihre Eiswürfelschale nachfüllen Versuchen Sie es mit wärmerem Wasser. Möglicherweise haben Sie Eiswürfel, um Ihr Getränk noch früher abzukühlen.
Diese Antwort wird von Scienceline bereitgestellt, einem Projekt des Wissenschafts-, Gesundheits- und Umweltberichterstattungsprogramms der New York University.
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