Określenie, czy gorąca woda może zamarzać szybciej niż zimna, może wydawać się oczywiste. W końcu woda zamarza w temperaturze 0 stopni Celsjusza. I czy woda nie byłaby wystarczająco gorąca, aby zabić bakterie E. coli (około 120 stopni Fahrenheita lub 50 stopni Celsjusza), nie poszłaby dłuższą ścieżką niż chłodniejsza woda na jesiennej plaży w Nowej Anglii (około 60 stopni Fahrenheita lub 15 stopni Celsjusza) w kierunku mroźnej przyszłości jak lód? Chociaż jest to logiczne założenie, okazuje się, że w pewnych warunkach gorąca woda może zamarznąć przed zimniejszą wodą.
To pozorne dziwactwo natury to „efekt Mpemby”, nazwany na cześć tanzańskiego licealista Erasto Mpemba, który po raz pierwszy zaobserwował to w 1963 roku. Efekt Mpemby występuje, gdy dwa zbiorniki wodne o różnych temperaturach są wystawione na to samo otoczenie poniżej zera, a cieplejsza woda zamarza jako pierwsza. Obserwacje Mpemby potwierdziły przeczucia niektórych najbardziej szanowanych myślicieli w historii, takich jak Arystoteles, Rene Descartes i Francis Bacon, którzy również uważali, że gorąca woda zamarzała szybciej niż zimna.
Odparowanie jest najsilniejszym kandydatem do wyjaśnienia Efekt Mpemby. Gdy gorąca woda umieszczona w otwartym pojemniku zaczyna się ochładzać, całkowita masa maleje, ponieważ część wody wyparowuje. Przy mniejszej ilości wody do zamrożenia proces może zająć mniej czasu. Ale to nie zawsze działa, szczególnie w przypadku używania zamkniętych pojemników, które zapobiegają ucieczce odparowanej wody.
A parowanie może nie być jedynym powodem, dla którego woda może zamarzać szybciej. W cieplejszej wodzie może być mniej rozpuszczonego gazu, co może zmniejszyć jej zdolność przewodzenia ciepła, umożliwiając szybsze chłodzenie. Jednak polscy fizycy w latach 80. nie byli w stanie jednoznacznie wykazać tej zależności.
Nierównomierny rozkład temperatury w wodzie może również wyjaśniać efekt Mpemby. Gorąca woda podnosi się do górnej części pojemnika, zanim wypłynie, wypierając zimną wodę znajdującą się pod nim i tworząc „gorącą górę”. Ten ruch gorącej wody w górę i zimnej wody w dół nazywa się prądem konwekcyjnym. Prądy te są popularną formą wymiany ciepła w cieczach i gazach, występującą w oceanie, a także w grzejnikach ogrzewających chłodne pomieszczenie. Przy chłodniejszej wodzie na dole ten nierównomierny rozkład temperatury tworzy prądy konwekcyjne, które przyspieszają proces chłodzenia. Nawet przy większej ilości ziemi do pokrycia, aby zamarznąć, temperatura cieplejszej wody może spaść szybciej niż wody chłodniejszej.
Więc następnym razem, gdy napełnisz tacę na kostki lodu spróbuj użyć cieplejszej wody. Możesz mieć kostki lodu do schłodzenia drinka jeszcze wcześniej.
Odpowiedzi udzielił Scienceline, projekt prowadzony przez New York University Science, Health and Environmental Reporting Program.
Obserwuj Life „s Little Mysteries na Twitterze @llmysteries. Jesteśmy także na Facebooku & Google+.