هل تجمد المياه الساخنة الحقيقية أسرع من البرودة؟

نعم ، يمكن أن يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد. ومع ذلك ، لا يحدث ذلك دائمًا ، ولم يشرح العلم تمامًا لماذا ا يمكن أن يحدث.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: درجة حرارة الماء ومعدل التجميد

على الرغم من أن أرسطو وبيكون وديكارت وصفوا جميعًا الماء الساخن المتجمد بشكل أسرع من الماء البارد ، فقد قاومت الفكرة في الغالب حتى الستينيات عندما لاحظ طالب في المدرسة الثانوية يدعى Mpemba أن مزيج الآيس كريم الساخن ، عند وضعه في المجمد ، سيتجمد قبل مزيج الآيس كريم الذي تم تبريده إلى درجة حرارة الغرفة قبل وضعها في الفريزر. كرر مبيمبا تجربته مع الماء بدلاً من خليط الآيس كريم ووجد نفس النتيجة: الماء الساخن يتجمد بسرعة أكبر من الماء البارد. عندما طلب مبيمبا من مدرس الفيزياء شرح الملاحظات ، أخبر المعلم مبيمبا أن بياناته يجب أن تكون على خطأ ، لأن الظاهرة كانت مستحيلة.

سأل مبيمبا أستاذ الفيزياء الزائر ، الدكتور أوزبورن ، نفس السؤال. رد هذا البروفيسور بأنه لا يعرف ، لكنه سيختبر التجربة. كان لدى الدكتور أوزبورن تقنية معملية تؤدي اختبار Mpemba. ذكرت تقنية المعمل أنه كرر نتيجة Mpemba ، "لكننا سنستمر في تكرار التجربة حتى نحصل على النتيجة الصحيحة." (أم... بلى... سيكون هذا مثالًا على ضعف العلوم.) حسنًا ، كانت البيانات هي البيانات ، لذلك عندما تكررت التجربة ، استمرت في تحقيق نفس النتيجة. في عام 1969 ، نشر أوزبورن ومبيمبا نتائج أبحاثهما. الآن الظاهرة التي قد تتجمد فيها المياه الساخنة أسرع من الماء البارد تسمى أحيانا تأثير Mpemba.

لا يوجد تفسير محدد لسبب تجميد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد. تدخل آليات مختلفة حيز التنفيذ ، اعتمادًا على الظروف. يبدو أن العوامل الرئيسية هي:

• تبخر: سوف يتبخر المزيد من الماء الساخن من الماء البارد ، وبالتالي تقليل كمية الماء المتبقية ليتم تجميدها. قياسات الكتلة تقودنا إلى الاعتقاد بأن هذا عامل مهم عند تبريد الماء في حاويات مفتوحة ، على الرغم من أنها ليست الآلية التي تفسر كيفية حدوث تأثير Mpemba في حاويات مغلقة.
• التبريد الفائق: الماء الساخن يميل إلى تجربة أقل من أ تأثير التبريد الفائق من الماء البارد. عندما كانت المبردات الفائقة ، يمكن أن تظل سائلة حتى يتم إزعاجها ، حتى أقل بكثير من درجة حرارة التجمد العادية. الماء غير المبرد من المحتمل أن يصبح صلباً عندما يصل إلى الماء تجمد الماء.
• الحمل: الماء يطور تيارات الحمل الحراري عندما يبرد. كثافة الماء عادة ما تنخفض مع زيادة درجة الحرارة ، لذلك عادة ما تكون حاوية مياه التبريد أكثر دفئًا في الأعلى منها في الأسفل. إذا افترضنا أن الماء يفقد معظم حرارته عبر سطحه (والذي قد يكون أو لا يكون صحيحًا ، اعتمادًا على الظروف) ، فإن الماء ذو ​​القمة الساخنة سيفقد حرارته ويتجمد بشكل أسرع من الماء مع السطح البارد.
• الغازات الذائبة: الماء الساخن أقل قدرة على الاحتفاظ بالغازات المذابة من الماء البارد ، مما قد يؤثر على معدل التجمد.
• تأثير المحيط: قد يكون للفرق بين درجات الحرارة الأولية لحاويتين للمياه تأثير على البيئة المحيطة مما قد يؤثر على معدل التبريد. أحد الأمثلة على ذلك هو الماء الدافئ الذي يذوب طبقة موجودة مسبقًا من الصقيع ، مما يسمح بمعدل تبريد أفضل.

الآن ، لا تأخذ كلامي لهذا! إذا كنت تشك في أن الماء الساخن يتجمد في بعض الأحيان بسرعة أكبر من الماء البارد ، فاختبره بنفسك. كن على علم بأن تأثير Mpemba لن يظهر في جميع الظروف التجريبية ، لذلك قد تحتاج إلى التلاعب بحجم عينة المياه ومياه التبريد (أو حاول صنع الآيس كريم في الفريزر الخاص بك ، إذا كنت ستقبل ذلك كدليل على التأثير).

• Burridge ، Henry C. ؛ ليندن ، بول ف. (2016). "التشكيك في تأثير مبيمبا: الماء الساخن لا يبرد بسرعة أكبر من البرودة". التقارير العلمية. 6: 37665. دوى:10.1038 / srep37665
• تاو ، يون وين ؛ زو ، وينلي ؛ جيا ، جونتنج ؛ لي ، وي ؛ كريمر ، ديتر (2017). "طرق مختلفة لربط الهيدروجين في الماء - لماذا يتجمد الماء الدافئ بشكل أسرع من الماء البارد؟". مجلة النظرية الكيميائية والحساب. 13 (1): 55–76. دوى:10.1021 / acs.jctc.6b00735