Bepalen of warm water sneller kan bevriezen dan koud water lijkt misschien een goed idee. Water bevriest immers bij 0 graden Celsius. En zou water dat niet heet genoeg is om E. coli-bacteriën (ongeveer 120 graden Fahrenheit of 50 graden Celsius) te doden een langere weg inslaan dan koeler water op een herfststrand in New England (ongeveer 60 graden Fahrenheit of 15 graden Celsius) naar een ijskoude toekomst als ijs? Hoewel het een logische aanname is, blijkt dat onder bepaalde omstandigheden heet water kan bevriezen voordat koeler water.
Deze schijnbare eigenaardigheid van de natuur is het ‘Mpemba-effect’, genoemd naar de Tanzaniaanse middelbare scholier, Erasto Mpemba, die het voor het eerst observeerde in 1963. Het Mpemba-effect treedt op wanneer twee watermassa’s met verschillende temperaturen worden blootgesteld aan dezelfde omgeving onder het vriespunt en het warmere water het eerst bevriest. Mpemba’s waarnemingen bevestigden de vermoedens van enkele van de meest gerespecteerde denkers uit de geschiedenis, zoals Aristoteles, Rene Descartes en Francis Bacon, die ook dachten dat warm water sneller bevroor dan koud water.
Verdamping is de sterkste kandidaat om de Mpemba-effect. Als heet water dat in een open bak wordt geplaatst, begint af te koelen, neemt de totale massa af naarmate een deel van het water verdampt. Met minder water om te bevriezen, kan het proces minder tijd kosten. Maar dit werkt niet altijd, vooral niet bij gebruik van gesloten containers die voorkomen dat verdampt water ontsnapt.
En verdamping is misschien niet de enige reden waarom het water sneller kan bevriezen. Er kan minder opgelost gas in het warmere water zitten, waardoor het vermogen om warmte te geleiden kan verminderen, waardoor het sneller kan afkoelen. Poolse natuurkundigen in de jaren 80 waren echter niet in staat om dit verband definitief aan te tonen.
Een niet-uniforme temperatuurverdeling in het water kan ook het Mpemba-effect verklaren. Heet water stijgt naar de bovenkant van een container voordat het ontsnapt, waardoor het koude water eronder wordt verplaatst en een “hete bovenkant” ontstaat. Deze beweging van warm water naar boven en koud water naar beneden wordt een convectiestroom genoemd. Deze stromingen zijn een populaire vorm van warmteoverdracht in vloeistoffen en gassen, die voorkomen in de oceaan en ook in radiatoren die een kille kamer verwarmen. Met het koelere water onderin zorgt deze ongelijke temperatuurverdeling voor convectiestromen die het koelproces versnellen. Zelfs met meer grond om te bevriezen, kan de temperatuur van het warmere water sneller dalen dan het koelere water.
Dus de volgende keer dat u uw ijsblokjesbakje bijvult , probeer dan warmer water te gebruiken. Misschien heb je ijsblokjes om je drankje nog sneller af te koelen.
Dit antwoord wordt gegeven door Scienceline, een project van het Science, Health and Environmental Reporting Program van de New York University.
Volgen Life “s Little Mysteries op Twitter @llmysteries. We zijn ook op Facebook & Google+.