Защо топла вода замръзва по-бързо от студената

Защо топла вода замръзва по-бързо от студената вода?

Mpemba ефект (Mpemba Paradox) - парадокс който гласи, че гореща вода при определени условия блокира бързо от студено, въпреки че той трябва да премине студена вода температура в процеса на замразяване. Този парадокс е експериментална действителност, противно на конвенционалните понятия, съгласно който при същите условия, по-загрява тялото да се охлади до температура отнема повече време, отколкото по-малко загрява тялото да се охлади до същата температура. Това явление се наблюдава в своя път, Аристотел, Frensis Bekon и Рене Декарт, но само през 1963 г., Танзания студент Erasto Mpemba установено, че крем сместа гореща замръзва по-бързо от студената.

Досега никой не знае как точно да се обясни този странен ефект. Ние учените не разполагат с един-единствен вариант, въпреки че те са много. Свойствата на нещо разликата от топла и студена вода, но не е ясно какво точно свойства имат роля в този случай: разликата в преохлаждане, изпаряване, образуване на лед, конвекция или втечнени газове, които при допир с вода при различни температури. Mpemba ефект парадокс, че времето, през което тялото се охлажда до температура на околната среда, трябва да бъде пропорционална на разликата в температурата на тялото и околната среда. Този закон е създадена от Нютон и оттогава е било потвърдено многократно в практиката. Същият ефект с температура на водата от 100 ° С се охлажда до температура от 0 ° С бързо, отколкото същото количество вода при 35 ° С Въпреки това, той все още не означава, парадокс, тъй като ефектът Mpemba може да намери обяснение в рамките на известен физика. Ето няколко обяснения Mpemba ефект:

Гореща вода ще се изпари от контейнера, като по този начин намаляване на неговия обем и по-малък обем вода при същата температура замръзва бързо. Се нагрява до 100 ° С вода губи 16% от масата си при охлаждане до 0 ° С ефект изпаряване - двоен ефект. Първо, намалява масата на вода, която е необходима за охлаждане. И второ, температурата се понижава поради факта, че топлината на изпарение намалява фаза преминаването на вода в парната фаза.

Поради факта, че температурната разлика между гореща вода и студен въздух по - следователно в този случай предаването на топлина е по-интензивна и топла вода се охлажда бързо.

Когато водата се охлажда под 0 ° С, не е винаги замръзва. При определени условия може да се подложи на преохлаждане, продължава да остават течни при температури под точката на замръзване. В някои случаи, може да остане вода течност дори при -20 ° С Причината за този ефект е, че за да образуват първите кристали започва лед кристализационни центрове нужда. Ако те не съществуват в течна вода, докато Недогряване на водата ще продължи толкова дълго, при понижаване на температурата, така че се образуват първите кристали спонтанно. Когато започнат да се образуват в преохлажда течност, те започват да растат бързо, образувайки Ledovo на утайките, които замразяване ще се образува лед. Гореща вода е най-податливи на топлина свръхохлаждане защото тя елиминира разтворени газове и мехурчета, които, от своя страна, могат да служат като центрове за образуване на ледени кристали. Защо е хипотермия причинява топлата вода да замрази по-бързо? В случая на студена вода, която не се преохлажда, следните случи. В този случай, тънък слой от лед ще се образува на повърхността на съда. Това лед слой ще действа като изолатор между вода и студен въздух и ще предотврати по-нататъшно изпаряване. Скоростта на образуване на ледени кристали в този случай ще бъде по-малък. В случай на топла вода, подложена на преохлаждане, преохлажда вода не е защитен повърхностен слой от лед. Ето защо, тя губи топлина много по-бързо през отворената върха. Когато процесът на преохлаждане се прекратява и водата замръзва, много повече топлина се губи и следователно се генерира повече лед. Много изследователи смятат, че ефектът от хипотермия основен фактор в случай на ефекта Mpemba.

Студената вода започва да се замразява от върха, като по този начин нарушаване на топлинното излъчване и конвекция процеси и следователно загубата на топлина, докато горещата вода започва да се замразява от дъното. Това се обяснява с ефекта на аномалия плътност вода. Водата има най-висока плътност при 4 С. Ако водата се охлажда до 4 ° С и се поставя на по-ниска температура, повърхностния слой на вода, за да се замразява бързо. Поради тази вода е по-малко плътен от вода при 4 ° С, тя ще остане на повърхността, като образува тънък слой от студено. При тези условия, тънък слой от лед ще се образува на повърхността за кратко време, но това лед слой ще служи като изолатор, който предпазва долните слоеве на вода, които ще останат при 4 ° Следователно, друг процес охлаждане ще бъде по-бавно. В случай на ситуация, топла вода, е съвсем различно. повърхностния слой на вода ще се охлади по-бързо чрез изпаряване и по-големи температурни разлики. Освен това, студена вода слоеве дебели от слоевете на топла вода, студена вода слой така ще потъне надолу, повдигане на слой от топла вода на повърхността. Тази циркулация на водата осигурява бързо спадане на температурата. Но защо този процес не достига точката на равновесие? За да се обясни Mpemba ефект от тази гледна точка конвекция трябва да се приема, че за топла и студена вода и слоевете се разделят процеса на конвекция се продължава след средната температура на водата е под 4 ° С обаче, няма експериментални доказателства за да се потвърди тази хипотеза, че топли и студени слоеве вода се отделят чрез конвекция.

Разтворен във вода газове

Вода винаги съдържа разтворени газове него - кислород и въглероден диоксид. Тези газове имат способността да се намали точката на замръзване на водата. Когато водата се загрява, тези газове се отделят от водата, тъй като тяхната разтворимост във вода при висока температура, по-долу. Следователно, когато горещата вода се охлажда, е винаги по-малко от разтворен газ в студена вода не се нагрява. Следователно нагрява точката на замръзване на водата и над него замразява бързо. Този фактор понякога се разглежда като основен при разясняването ефект Mpemba, въпреки че не експериментални доказателства в подкрепа на този факт не е така.