Quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, è influenzata da molti fattori, ma la domanda stessa sembra un po' strana. È implicito, ed è noto dalla fisica, che l'acqua calda ha ancora bisogno di tempo per raffreddarsi alla temperatura di un'acqua fredda comparabile per trasformarsi in ghiaccio. Con l'acqua fredda, questa fase può essere s altata e, di conseguenza, vince in tempo.
Ma la risposta alla domanda su quale acqua gela più velocemente - fredda o calda - per strada nel gelo, lo sa qualsiasi abitante delle latitudini settentrionali. In effetti, scientificamente, risulta che in ogni caso l'acqua fredda deve semplicemente congelare più velocemente.
Così fece l'insegnante di fisica, che fu avvicinato dallo scolaro Erasto Mpemba nel 1963 con la richiesta di spiegare perché la miscela fredda del futuro gelato si congela più a lungo dello stesso, ma calda.
Questa non è fisica mondiale, ma una specie di fisica Mpemba
A quel tempo, l'insegnante rideva solo di questo, ma Deniss Osborn, un professore di fisica, che un tempo frequentava la stessa scuola dove studiava Erasto, confermò sperimentalmente l'esistenza di un tale effetto, sebbene ci fosse nessuna spiegazione per questo allora. Nel 1969 una popolare rivista scientifica pubblicò un articolo congiunto dei due uomini che descrissero questo peculiare effetto.
Da allora, a proposito, la domanda su quale acqua si congela più velocemente - calda o fredda, ha il suo nome - l'effetto, o paradosso, Mpemba.
La domanda è sorta molto tempo fa
Naturalmente, un fenomeno del genere è già avvenuto ed è stato menzionato nei lavori di altri scienziati. Non solo uno scolaro era interessato a questa domanda, ma Francis Bacon, René Descartes e persino Aristotele ci hanno pensato una volta.
Questo è solo l'approccio per risolvere questo paradosso iniziato a guardare solo alla fine del ventesimo secolo.
Condizioni per il verificarsi di un paradosso
Come con il gelato, non è solo la normale acqua che si congela durante l'esperimento. Devono essere presenti determinate condizioni per iniziare a discutere quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda. Cosa influenza questo processo?
Ora, nel 21° secolo, sono state avanzate diverse opzioni che possono spiegarequesto paradosso. Quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, può dipendere dal fatto che l'acqua calda ha un tasso di evaporazione maggiore rispetto all'acqua fredda. Pertanto, il suo volume diminuisce e, con una diminuzione del volume, il tempo di congelamento diventa più breve rispetto a un volume iniziale simile di acqua fredda.
Il congelatore è stato sbrinato da molto tempo
Quale acqua si congela più velocemente, e perché lo fa, può essere influenzato dal rivestimento di neve che potrebbe essere nel congelatore del frigorifero utilizzato per l'esperimento. Se si prendono due contenitori identici nel volume, ma uno di essi avrà acqua calda e l' altro acqua fredda, il contenitore con acqua calda scioglierà la neve sotto di esso, migliorando così il contatto del livello termico con la parete del frigorifero. Un contenitore di acqua fredda non può farlo. Se non c'è un tale rivestimento con la neve nello scomparto frigorifero, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
In alto - in basso
Inoltre, il fenomeno per cui l'acqua si congela più velocemente, calda o fredda, è spiegato come segue. Seguendo alcune leggi, l'acqua fredda inizia a congelare dagli strati superiori, quando l'acqua calda fa il contrario, inizia a congelare dal basso verso l' alto. Si scopre che l'acqua fredda, avendo uno strato freddo sopra con ghiaccio già formato in alcuni punti, compromette così i processi di convezione e radiazione termica, spiegando così quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda. Foto da amatoregli esperimenti sono allegati, e questo è chiaramente visibile qui.
Il calore esce, tendendo verso l' alto, e lì incontra uno strato molto freddo. Non esiste un percorso libero per la radiazione di calore, quindi il processo di raffreddamento diventa difficile. L'acqua calda non ha assolutamente tali barriere sul suo cammino. Che si congela più velocemente, freddo o caldo, da cui dipende il probabile risultato, puoi ampliare la risposta dicendo che l'acqua contiene determinate sostanze disciolte.
Impurità nella composizione dell'acqua come fattore che influenza il risultato
Se non imbroglia e usi acqua con la stessa composizione, dove le concentrazioni di determinate sostanze sono identiche, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente. Ma se si verifica una situazione in cui gli elementi chimici disciolti sono presenti solo nell'acqua calda, mentre l'acqua fredda non li possiede, l'acqua calda ha l'opportunità di congelarsi prima. Ciò è spiegato dal fatto che le sostanze disciolte nell'acqua creano centri di cristallizzazione e, con un piccolo numero di questi centri, la trasformazione dell'acqua in uno stato solido è difficile. È possibile anche il superraffreddamento dell'acqua, nel senso che a temperature sotto lo zero sarà allo stato liquido.
Ma tutte queste versioni, a quanto pare, non si adattavano completamente agli scienziati e hanno continuato a lavorare su questo problema. Nel 2013, un team di ricercatori di Singapore ha affermato di aver risolto l'antico mistero.
Un gruppo di scienziati cinesi afferma che il segreto di questo effetto risiede nella quantità di energia immagazzinata tra le molecole d'acqua nei suoi legami, chiamati legami a idrogeno.
Indizio da scienziati cinesi
Seguiranno le seguenti informazioni, per la comprensione delle quali è necessario avere alcune conoscenze di chimica al fine di capire quale acqua si congela più velocemente: calda o fredda. Come sapete, una molecola d'acqua è composta da due atomi di H (idrogeno) e un atomo di O (ossigeno) tenuti insieme da legami covalenti.
Ma gli atomi di idrogeno di una molecola sono anche attratti dalle molecole vicine, dalla loro componente di ossigeno. Sono questi legami che sono chiamati legami a idrogeno.
Vale la pena ricordare che allo stesso tempo le molecole d'acqua agiscono in modo repulsivo l'una sull' altra. Gli scienziati hanno notato che quando l'acqua viene riscaldata, la distanza tra le sue molecole aumenta e ciò è facilitato dalle forze repulsive. Si scopre che i legami idrogeno, che occupano una distanza tra le molecole allo stato freddo, si possono dire allungati e hanno una maggiore fornitura di energia. È questa riserva di energia che viene rilasciata quando le molecole d'acqua iniziano ad avvicinarsi l'una all' altra, cioè si verifica il raffreddamento. Si scopre che una maggiore fornitura di energia nell'acqua calda, e il suo maggiore rilascio quando viene raffreddata a temperature inferiori allo zero, si verifica più velocemente che nell'acqua fredda, che ha una tale fornitura.meno energia. Quindi quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda? Il paradosso di Mpemba dovrebbe verificarsi fuori e in laboratorio e l'acqua calda dovrebbe trasformarsi in ghiaccio più velocemente.
Ma ancora aperto
C'è solo una conferma teorica di questo indizio - tutto questo è scritto in bellissime formule e sembra plausibile. Ma quando i dati sperimentali, che l'acqua gela più velocemente, calda o fredda, saranno messi in un senso pratico e saranno presentati i loro risultati, allora sarà possibile considerare chiusa la questione del paradosso di Mpemba.
