Was schneller gefriert, ist heiß oder kalt. Welches Wasser gefriert schneller: heiß oder kalt? Wovon hängt es ab? Bei welcher Temperatur gefriert Wasser

Das stimmt, obwohl es unglaublich klingt, denn während des Gefriervorgangs muss vorgewärmtes Wasser die Temperatur von kaltem Wasser überschreiten. Mittlerweile wird dieser Effekt vielfach genutzt: Beispielsweise werden Eislaufbahnen und Rutschen im Winter nicht mit heißem Wasser gefüllt, sondern mit heißem Wasser kaltes Wasser. Experten raten Autofahrern, im Winter kaltes und nicht heißes Wasser in den Waschwasserbehälter zu füllen. Das Paradoxon ist weltweit als „Mpemba-Effekt“ bekannt.

Dieses Phänomen wurde einst von Aristoteles, Francis Bacon und Rene Descartes erwähnt, aber erst 1963 widmeten sich Physikprofessoren ihm und versuchten, es zu untersuchen. Alles begann, als der tansanische Schüler Erasto Mpemba bemerkte, dass die gesüßte Milch, die er zur Herstellung von Eiscreme verwendete, schneller hart wurde, wenn sie vorgewärmt wurde, und dies vermutete Heißes Wasser gefriert schneller als kalt. Er wandte sich zur Klärung an den Physiklehrer, lachte den Schüler jedoch nur aus und sagte: „Das ist nicht der Fall Weltphysik und die Physik von Mpemba.“

Glücklicherweise besuchte eines Tages Dennis Osborne, ein Physikprofessor der Universität Daressalam, die Schule. Und Mpemba wandte sich mit derselben Frage an ihn. Der Professor war weniger skeptisch, sagte, er könne etwas, was er noch nie gesehen habe, nicht beurteilen und bat nach seiner Rückkehr nach Hause seine Mitarbeiter, entsprechende Experimente durchzuführen. Sie schienen die Worte des Jungen zu bestätigen. Auf jeden Fall sprach Osborne 1969 in der englischen Zeitschrift über die Zusammenarbeit mit Mpemba. PhysikAusbildung" Im selben Jahr veröffentlichte George Kell vom kanadischen National Research Council einen Artikel, der das Phänomen auf Englisch beschrieb. amerikanischTagebuchvonPhysik».

Für dieses Paradoxon gibt es mehrere mögliche Erklärungen:

• Heißes Wasser verdunstet schneller und verringert dadurch sein Volumen, und eine kleinere Wassermenge bei gleicher Temperatur gefriert schneller. Kaltes Wasser sollte in luftdichten Behältern schneller gefrieren.
• Verfügbarkeit von Schneedecken. Ein Behälter mit heißem Wasser schmilzt den darunter liegenden Schnee und verbessert so den thermischen Kontakt zur Kühlfläche. Kaltes Wasser schmilzt den Schnee darunter nicht. Wenn keine Schneedecke vorhanden ist, sollte der Kaltwasserbehälter schneller gefrieren.
• Kaltes Wasser beginnt von oben zu gefrieren, wodurch sich die Prozesse der Wärmestrahlung und Konvektion und damit der Wärmeverlust verschlechtern, während heißes Wasser von unten zu gefrieren beginnt. Durch zusätzliche mechanische Durchmischung des Wassers in Behältern sollte kaltes Wasser schneller gefrieren.
• Das Vorhandensein von Kristallisationszentren im gekühlten Wasser – darin gelöste Stoffe. Mit einer kleinen Anzahl solcher Zentren in kaltes Wasser Die Umwandlung von Wasser in Eis ist schwierig und sogar eine Unterkühlung ist möglich, wenn es darin verbleibt flüssigen Zustand mit Minustemperaturen.

Eine weitere Erklärung wurde kürzlich veröffentlicht. Jonathan Katz (Jonathan Katz) von der University of Washington untersuchte dieses Phänomen und kam zu dem Schluss, dass wichtige Rolle Dabei handelt es sich um in Wasser gelöste Stoffe, die beim Erhitzen ausfallen.
Unter aufgelöst Substanzen Dr. Katz bezieht sich auf Kalzium- und Magnesiumbikarbonate, die in hartem Wasser vorkommen. Beim Erhitzen von Wasser fallen diese Stoffe aus und das Wasser wird „weich“. Wasser, das nie erhitzt wurde, enthält diese Verunreinigungen und ist „hart“. Durch das Gefrieren und die Bildung von Eiskristallen erhöht sich die Konzentration der Verunreinigungen im Wasser um das Fünfzigfache. Dadurch sinkt der Gefrierpunkt von Wasser.

Diese Erklärung erscheint mir nicht überzeugend, denn... Wir dürfen nicht vergessen, dass der Effekt bei Experimenten mit Eiscreme und nicht bei hartem Wasser entdeckt wurde. Höchstwahrscheinlich sind die Ursachen des Phänomens thermophysikalischer und nicht chemischer Natur.

Bisher konnte keine eindeutige Erklärung für Mpembas Paradoxon gefunden werden. Es muss gesagt werden, dass einige Wissenschaftler dieses Paradoxon nicht für beachtenswert halten. Es ist jedoch sehr interessant, dass ein einfacher Schüler aufgrund seiner Neugier und Ausdauer die physikalische Wirkung erkannte und an Popularität gewann.

Hinzugefügt im Februar 2014

Die Notiz wurde 2011 verfasst. Seitdem sind neue Studien zum Mpemba-Effekt und neue Erklärungsversuche erschienen. Dies gab 2012 die Royal Society of Chemistry of Great Britain bekannt Internationaler Wettbewerb lösen wissenschaftliches Geheimnis„The Mpemba Effect“ mit einem Preisgeld von 1000 £. Als Frist wurde der 30. Juli 2012 festgelegt. Der Gewinner war Nikola Bregovic vom Labor der Universität Zagreb. Er veröffentlichte seine Arbeit, in der er frühere Erklärungsversuche für dieses Phänomen analysierte und zu dem Schluss kam, dass diese nicht überzeugend waren. Das von ihm vorgeschlagene Modell basiert auf grundlegende Eigenschaften Wasser. Interessierte finden einen Job unter http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Damit war die Forschung noch nicht beendet. Im Jahr 2013 haben Physiker aus Singapur die Ursache des Mepemba-Effekts theoretisch nachgewiesen. Die Arbeit ist unter http://arxiv.org/abs/1310.6514 zu finden.

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Kommentare:

Alexey Mischnew. , 06.10.2012 04:14

Warum verdunstet heißes Wasser schneller? Wissenschaftler haben praktisch bewiesen, dass ein Glas heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser. Wissenschaftler können dieses Phänomen nicht erklären, weil sie das Wesen der Phänomene nicht verstehen: Hitze und Kälte! Wärme und Kälte sind körperliche Empfindung, was die Wechselwirkung von Materieteilchen in Form einer Gegenkompression verursacht magnetische Wellen, die sich aus der Richtung des Weltraums und vom Mittelpunkt der Erde bewegen. Je größer also die Potentialdifferenz dieser magnetischen Spannung ist, desto schneller erfolgt der Energieaustausch durch das Gegendurchdringen einer Welle in eine andere. Das heißt, nach der Diffusionsmethode! Als Antwort auf meinen Artikel schreibt ein Gegner: 1) „..Heißes Wasser verdunstet SCHNELLER, wodurch weniger davon übrig bleibt und es schneller gefriert.“ Frage! Welche Energie lässt Wasser schneller verdunsten? 2) In meinem Artikel geht es um ein Glas und nicht um einen Holztrog, den der Gegner als Gegenargument anführt. Was nicht richtig ist! Ich beantworte die Frage: „Warum verdunstet Wasser in der Natur?“ Magnetische Wellen, die sich immer vom Erdmittelpunkt in den Weltraum bewegen, überwinden den Gegendruck magnetischer Kompressionswellen (die sich immer vom Weltraum zum Erdmittelpunkt bewegen) und versprühen gleichzeitig Wasserpartikel, da sie sich in den Weltraum bewegen , sie nehmen an Volumen zu. Das heißt, sie expandieren! Bei der Überwindung magnetischer Kompressionswellen werden diese Wasserdämpfe komprimiert (kondensiert) und stehen unter dem Einfluss dieser magnetische Kräfte Durch die Kompression kehrt Wasser in Form von Niederschlag zur Erde zurück! Aufrichtig! Alexey Mischnew. 6. Oktober 2012.

Alexey Mischnew. , 06.10.2012 04:19

Was ist Temperatur? Die Temperatur ist der Grad der elektromagnetischen Spannung magnetischer Wellen mit Kompressions- und Expansionsenergie. Bei einem Gleichgewichtszustand dieser Energien befindet sich die Temperatur des Körpers oder Stoffes in einem stabilen Zustand. Wenn der Gleichgewichtszustand dieser Energien in Richtung der Expansionsenergie gestört ist, vergrößert sich der Körper oder die Substanz im Raumvolumen. Übersteigt die Energie magnetischer Wellen in Kompressionsrichtung, verkleinert sich der Körper oder die Substanz im Raumvolumen. Der Grad der elektromagnetischen Spannung wird durch den Grad der Ausdehnung bzw. Kompression des Referenzkörpers bestimmt. Alexey Mischnew.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, Sie sprechen über einen Artikel, der Ihre Gedanken zum Konzept der Temperatur darlegt. Aber niemand hat es gelesen. Bitte geben Sie mir einen Link. Im Allgemeinen sind Ihre Ansichten zur Physik sehr einzigartig. Von „elektromagnetischer Ausdehnung eines Referenzkörpers“ habe ich noch nie gehört.

Yuri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Es wird die Hypothese aufgestellt, dass dies auf intermolekulare Resonanz und die dadurch erzeugte Ponderomotorische Anziehung zwischen Molekülen zurückzuführen ist. In kaltem Wasser bewegen und vibrieren Moleküle chaotisch mit verschiedene Frequenzen. Wenn Wasser erhitzt wird, verengt sich mit zunehmender Schwingungsfrequenz ihr Bereich (der Frequenzunterschied von flüssigem heißem Wasser bis zum Verdampfungspunkt nimmt ab), die Schwingungsfrequenzen der Moleküle nähern sich einander an, wodurch Resonanz entsteht findet zwischen den Molekülen statt. Beim Abkühlen bleibt diese Resonanz teilweise erhalten und verschwindet nicht sofort. Versuchen Sie, eine der beiden Gitarrensaiten zu drücken, die in Resonanz sind. Lassen Sie nun los – die Saite beginnt wieder zu schwingen, die Resonanz stellt ihre Schwingungen wieder her. Ebenso versuchen in gefrorenem Wasser die äußeren gekühlten Moleküle, die Amplitude und Frequenz der Schwingungen zu verlieren, aber die „warmen“ Moleküle im Inneren des Gefäßes „ziehen“ die Schwingungen zurück und wirken als Vibratoren und die äußeren als Resonatoren. Zwischen Vibratoren und Resonatoren entsteht eine Ponderomotorische Anziehung*. Wenn die Ponderomotorik größer wird als die Kraft, die durch die kinetische Energie der Moleküle (die nicht nur vibrieren, sondern sich auch linear bewegen) verursacht wird, kommt es zu einer beschleunigten Kristallisation – dem „Mpemba-Effekt“. Die Ponderomotor-Verbindung ist sehr instabil, der Mpemba-Effekt hängt stark von allen damit verbundenen Faktoren ab: der zu gefrierenden Wassermenge, der Art ihrer Erwärmung, Gefrierbedingungen, Temperatur, Konvektion, Wärmeaustauschbedingungen, Gassättigung, Vibration der Kühleinheit , Belüftung, Verunreinigungen, Verdunstung usw. Möglicherweise sogar durch Beleuchtung... Daher gibt es für den Effekt viele Erklärungen und er ist manchmal schwer zu reproduzieren. Aus dem gleichen „resonanten“ Grund Gekochtes Wasser kocht schneller als ungekocht – die Resonanz behält die Intensität der Schwingungen der Wassermoleküle für einige Zeit nach dem Kochen bei (der Energieverlust beim Abkühlen ist hauptsächlich auf den Verlust kinetischer Energie zurückzuführen lineare Bewegung Moleküle). Bei starker Erhitzung wechseln die Vibratormoleküle im Vergleich zum Gefrieren ihre Rolle mit den Resonatormolekülen – die Vibrationsfrequenz weniger Frequenz Resonatoren, was bedeutet, dass zwischen Molekülen keine Anziehung, sondern eine Abstoßung herrscht, was den Übergang zu einem anderen beschleunigt Aggregatzustand(Paar).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Hat mir das Gehirn gebrochen...

Anton, 04.02.2013 02:02

1. Ist diese Ponderomotive-Anziehung wirklich so groß, dass sie den Wärmeübertragungsprozess beeinflusst? 2. Bedeutet das, dass bei Erwärmung aller Körper auf eine bestimmte Temperatur ihre Strukturteilchen in Resonanz geraten? 3. Warum verschwindet diese Resonanz beim Abkühlen? 4. Ist das Ihre Vermutung? Wenn es eine Quelle gibt, bitte angeben. 5. Nach dieser Theorie spielt die Form des Gefäßes eine wichtige Rolle, und wenn es dünn und flach ist, wird der Unterschied in der Gefrierzeit nicht groß sein, d. h. Sie können dies überprüfen.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

In kaltem Wasser sind bereits Stickstoffatome vorhanden und die Abstände zwischen den Wassermolekülen sind geringer als in heißem Wasser. Das heißt, das Fazit: Heißes Wasser nimmt Stickstoffatome schneller auf und gefriert gleichzeitig schneller als kaltes Wasser – das ist vergleichbar mit der Verfestigung von Eisen, da heißes Wasser zu Eis wird und heißes Eisen bei schneller Abkühlung aushärtet!

Wladimir, 13.03.2013 06:50

oder vielleicht das: die Dichte von heißem Wasser und Eis geringere Dichte kaltes Wasser, und daher muss das Wasser seine Dichte nicht ändern, wodurch etwas Zeit verloren geht und es gefriert.

Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50

Bevor wir über Resonanzen, Anziehungen und Schwingungen von Teilchen sprechen, müssen wir die Frage verstehen und beantworten: Welche Kräfte bringen Teilchen zum Schwingen? Da, ohne kinetische Energie, es kann keine Komprimierung stattfinden. Ohne Komprimierung kann es keine Expansion geben. Ohne Expansion kann es keine kinetische Energie geben! Wenn man über die Resonanz von Saiten spricht, versucht man zunächst, eine dieser Saiten zum Schwingen zu bringen! Wenn man von Anziehung spricht, muss man zunächst die Kraft angeben, die diese Körper anzieht! Ich bestätige, dass alle Körper komprimiert sind elektromagnetische Energie Atmosphäre und die alle Körper, Substanzen und komprimiert Elementarteilchen mit einer Kraft von 1,33 kg. nicht pro cm2, sondern pro Elementarteilchen. Da der atmosphärische Druck nicht selektiv sein kann! Nicht zu verwechseln mit der Kraftmenge!

Dodik, 31.05.2013 02:59

Es scheint mir, dass Sie eine Wahrheit vergessen haben: „Wissenschaft beginnt dort, wo Messungen beginnen.“ Welche Temperatur hat das „heiße“ Wasser? Welche Temperatur hat das „kalte“ Wasser? Darüber verliert der Artikel kein Wort. Daraus können wir schließen: Der ganze Artikel ist Schwachsinn!

Grigory, 06.04.2013 12:17

Dodik, bevor Sie einen Artikel als Unsinn bezeichnen, müssen Sie zumindest ein wenig über das Lernen nachdenken. Und nicht nur messen.

Dmitry, 24.12.2013 10:57

Heiße Wassermoleküle bewegen sich schneller als in kaltem Wasser, wodurch ein engerer Kontakt entsteht Umfeld Sie scheinen die ganze Kälte zu absorbieren und werden schnell langsamer.

Ivan, 10.01.2014 05:53

Es ist überraschend, dass ein solch anonymer Artikel auf dieser Website erscheint. Der Artikel ist völlig unwissenschaftlich. Sowohl der Autor als auch die Kommentatoren wetteifern miteinander auf der Suche nach einer Erklärung für das Phänomen, ohne sich die Mühe zu machen, herauszufinden, ob das Phänomen überhaupt beobachtet wird und, wenn es beobachtet wird, unter welchen Bedingungen. Darüber hinaus besteht nicht einmal eine Einigkeit darüber, was wir tatsächlich beobachten! Daher besteht der Autor auf der Notwendigkeit, den Effekt des schnellen Einfrierens von heißem Eis zu erklären, obwohl aus dem gesamten Text (und den Worten „Der Effekt wurde bei Experimenten mit Eis entdeckt“) hervorgeht, dass er selbst keine solchen Experimente durchgeführt hat Experimente. Aus den im Artikel aufgeführten Möglichkeiten zur „Erklärung“ des Phänomens geht hervor, dass es sich um völlig unterschiedliche Experimente handelt, die in durchgeführt wurden unterschiedliche Bedingungen mit unterschiedlichen wässrige Lösungen. Sowohl das Wesentliche der Erklärungen als auch Konjunktiv Sie deuten darauf hin, dass nicht einmal eine grundlegende Prüfung der geäußerten Ideen durchgeführt wurde. Jemand hörte zufällig eine lustige Geschichte und äußerte beiläufig seine spekulative Schlussfolgerung. Tut mir leid, aber es ist nicht körperlich. Wissenschaftliche Forschung, und das Gespräch findet im Raucherzimmer statt.

Ivan, 10.01.2014 06:10

Zu den Kommentaren im Artikel zum Befüllen der Walzen mit heißem Wasser und der Scheibenwaschbehälter mit kaltem Wasser. Aus der Sicht ist hier alles einfach Elementarphysik. Die Eisbahn ist gerade deshalb mit heißem Wasser gefüllt, weil es langsamer gefriert. Die Eisbahn muss eben und glatt sein. Versuchen Sie, es mit kaltem Wasser zu füllen – es kommt zu Beulen und „Schwellungen“, weil... Das Wasser gefriert _schnell_, ohne Zeit zu haben, sich in einer gleichmäßigen Schicht auszubreiten. Und das Heiße wird Zeit haben, sich in einer gleichmäßigen Schicht auszubreiten und die vorhandenen Eis- und Schneehöcker zu schmelzen. Auch mit der Waschmaschine ist es nicht schwierig: gießen sauberes Wasser Frost hat keinen Sinn - es gefriert auf dem Glas (sogar heiß); und heiße Frostschutzflüssigkeit kann dazu führen, dass kaltes Glas reißt, außerdem wird das Glas beschädigt erhöhte Temperatur Gefrieren durch beschleunigte Verdunstung von Alkoholen auf dem Weg zum Glas (kennt jeder das Funktionsprinzip einer Mondscheindestille? - der Alkohol verdunstet, das Wasser bleibt zurück).

Ivan, 10.01.2014 06:34

Aber im Kern des Phänomens ist es dumm zu fragen, warum zwei verschiedene Experimente unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedlich verlaufen. Wenn das Experiment rein durchgeführt wird, müssen Sie heißes und kaltes Wasser aus demselben Wasser nehmen chemische Zusammensetzung- Nehmen Sie vorgekühltes kochendes Wasser aus demselben Wasserkocher. In identische Gefäße (zum Beispiel dünnwandige Gläser) füllen. Wir stellen es nicht auf den Schnee, sondern auf eine ebenso ebene, trockene Unterlage, zum Beispiel einen Holztisch. Und zwar nicht in einem Mikro-Gefrierschrank, sondern in einem ziemlich voluminösen Thermostat – ich habe vor ein paar Jahren auf der Datscha ein Experiment durchgeführt, als die Straße stabil war. frostiges Wetter etwa -25 °C. Wasser kristallisiert bei bestimmte Temperatur nach Abgabe der Kristallisationswärme. Die Hypothese läuft auf die Aussage hinaus, dass heißes Wasser schneller abkühlt (dies gilt gemäß klassische Physik die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung ist proportional zur Temperaturdifferenz), bleibt aber erhalten erhöhte Geschwindigkeit Kühlung, selbst wenn seine Temperatur der Temperatur von kaltem Wasser entspricht. Die Frage ist: Wie unterscheidet sich Wasser, das draußen auf eine Temperatur von +20 °C abgekühlt ist, von genau demselben Wasser, das eine Stunde zuvor in einem Raum auf eine Temperatur von +20 °C abgekühlt ist? Klassische Physik(übrigens basierend nicht auf Geschwätz im Raucherzimmer, sondern auf Hunderttausenden und Millionen Experimenten) sagt: Nichts, die weitere Dynamik der Abkühlung wird gleich sein (nur das kochende Wasser wird später den +20-Punkt erreichen) . Und das Experiment zeigt dasselbe: Als ein Glas anfangs kaltes Wasser bereits eine starke Eiskruste aufwies, dachte das heiße Wasser noch nicht einmal ans Gefrieren. P.S. Zu den Kommentaren von Yuri Kuznetsov. Das Vorliegen einer bestimmten Wirkung gilt dann als erwiesen, wenn die Bedingungen ihres Auftretens beschrieben werden und diese konsequent reproduziert wird. Und wenn wir unbekannte Experimente mit unbekannten Bedingungen haben, ist es verfrüht, Theorien zu entwickeln, um sie zu erklären, und das bringt nichts wissenschaftlicher Punkt Vision. P.P.S. Nun, es ist unmöglich, Alexei Mishnevs Kommentare ohne Tränen der Zärtlichkeit zu lesen – ein Mensch lebt in einer Art fiktiver Welt, die nichts mit Physik und echten Experimenten zu tun hat.

Gregory, 13.01.2014 10:58

Ivan, ich verstehe, dass du den Mpemba-Effekt widerlegst? Es existiert nicht, wie Ihre Experimente zeigen? Warum ist es in der Physik so berühmt und warum versuchen viele, es zu erklären?

Ivan, 14.02.2014 01:51

Guten Tag, Gregory! Die Wirkung eines unreinen Experiments existiert. Aber wie Sie verstehen, ist dies kein Grund, nach neuen Gesetzen in der Physik zu suchen, sondern ein Grund, die Fähigkeiten eines Experimentators zu verbessern. Wie ich in den Kommentaren bereits angemerkt habe, können die Forscher bei allen genannten Erklärungsversuchen zum „Mpemba-Effekt“ nicht einmal klar formulieren, was genau und unter welchen Bedingungen sie messen. Und Sie wollen sagen, dass das Experimentalphysiker sind? Bring mich nicht zum Lachen. Der Effekt ist nicht in der Physik bekannt, sondern in pseudowissenschaftlichen Diskussionen in verschiedenen Foren und Blogs, von denen es mittlerweile ein Meer gibt. Als realer physikalischer Effekt (im Sinne von etwas Neuem physikalische Gesetze(und nicht als Folge einer falschen Interpretation oder einfach eines Mythos) wird es von Menschen wahrgenommen, die weit von der Physik entfernt sind. Es gibt also keinen Grund, gemeinsam zu sprechen physikalische Wirkungüber die Ergebnisse verschiedene Experimente, unter völlig anderen Bedingungen platziert.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm, Leute... Artikel für „Speed-Info“… Nichts für ungut… ;) Ivan hat in allem recht…

Grigory, 19.02.2014 12:50

Ivan, ich stimme zu, dass es mittlerweile viele pseudowissenschaftliche Seiten gibt, die unbestätigtes Sensationsmaterial veröffentlichen.? Schließlich wird der Mpemba-Effekt noch untersucht. Darüber hinaus forschen Wissenschaftler von Universitäten. Beispielsweise wurde dieser Effekt im Jahr 2013 von einer Gruppe aus untersucht Technische Universität in Singapur. Schauen Sie sich den Link http://arxiv.org/abs/1310.6514 an. Sie glauben, eine Erklärung für diesen Effekt gefunden zu haben. Ich werde nicht im Detail über das Wesentliche der Entdeckung schreiben, aber ihrer Meinung nach hängt die Wirkung mit dem Unterschied in den darin gespeicherten Energien zusammen Wasserstoffbrücken.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Für alle, die sich für die Erforschung des Mpemba-Effekts interessieren, habe ich das Material im Artikel leicht ergänzt und Links bereitgestellt, über die Sie mehr lesen können neueste Ergebnisse(siehe Text). Danke für deine Kommentare.

Ildar, 24.02.2014 04:12 | Es hat keinen Sinn, alles aufzulisten

Wenn dieser Mpemba-Effekt tatsächlich auftritt, muss meiner Meinung nach nach einer Erklärung gesucht werden molekulare Struktur Wasser. Wasser (wie ich aus der populärwissenschaftlichen Literatur erfahren habe) existiert nicht als einzelne H2O-Moleküle, sondern als Cluster mehrerer Moleküle (sogar Dutzende). Mit steigender Wassertemperatur nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zu, Cluster brechen gegeneinander auf und Valenzbindungen Moleküle haben keine Zeit, große Cluster zusammenzubauen. Die Bildung von Clustern dauert etwas länger als die Verringerung der Geschwindigkeit der Molekülbewegung. Und da die Cluster kleiner sind, ist die Bildung Kristallgitter geht schneller. In kaltem Wasser verhindern offenbar große, recht stabile Cluster die Bildung eines Gitters; es dauert einige Zeit, sie zu zerstören. Ich selbst habe im Fernsehen einen merkwürdigen Effekt gesehen, als kaltes Wasser, ruhig in einem Glas stehend, mehrere Stunden lang in der Kälte flüssig blieb. Aber sobald man das Glas aufhob, also leicht von seinem Platz bewegte, kristallisierte das Wasser im Glas sofort, wurde undurchsichtig und das Glas platzte. Nun, der Priester, der diese Wirkung zeigte, erklärte es damit, dass das Wasser gesegnet sei. Es zeigt sich übrigens, dass Wasser seine Viskosität je nach Temperatur stark verändert. Dies ist für uns als große Lebewesen nicht wahrnehmbar, aber auf der Ebene kleiner (mm oder kleiner) Krebstiere und noch mehr Bakterien ist die Viskosität von Wasser ein sehr wichtiger Faktor. Ich denke, diese Viskosität wird auch von der Größe der Wassercluster bestimmt.

GRAU, 15.03.2014 05:30

alles um uns herum, was wir sehen, ist Oberflächeneigenschaften(Eigenschaften), also akzeptieren wir als Energie nur das, was wir messen oder seine Existenz auf irgendeine Weise beweisen können, sonst ist es eine Sackgasse. Dieses Phänomen, der Mpemba-Effekt, kann nur durch eine einfache volumetrische Theorie erklärt werden, die alle physikalischen Modelle in einer einzigen Interaktionsstruktur vereint. es ist eigentlich einfach

Nikita, 06.06.2014 04:27 | Auto

Doch wie sorgt man dafür, dass das Wasser beim Autofahren eher kalt als warm bleibt?

Alexey, 03.10.2014 01:09

Hier ist eine weitere „Entdeckung“ unterwegs. Wasser in Plastikflasche Bei geöffnetem Deckel gefriert es viel schneller. Zum Spaß habe ich das Experiment mehrmals bei starkem Frost durchgeführt. Der Effekt ist offensichtlich. Hallo Theoretiker!

Evgeniy, 27.12.2014 08:40

Das Prinzip eines Verdunstungskühlers. Wir nehmen zwei hermetisch verschlossene Flaschen mit kaltem und heißem Wasser. Wir legen es in die Kälte. Kaltes Wasser gefriert schneller. Nun nehmen wir die gleichen Flaschen mit kaltem und heißem Wasser, öffnen sie und stellen sie ins Kalte. Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser. Wenn wir zwei Becken mit kaltem und heißem Wasser nehmen, gefriert das heiße Wasser viel schneller. Dies liegt daran, dass wir zunehmend mit der Atmosphäre in Kontakt kommen. Je intensiver die Verdunstung, desto schneller sinkt die Temperatur. Hier müssen wir den Feuchtigkeitsfaktor erwähnen. Je niedriger die Luftfeuchtigkeit, desto stärker die Verdunstung und desto stärker die Abkühlung.

grau TOMSK, 01.03.2015 10:55

GRAY, 15.03.2014 05:30 – Fortsetzung Was Sie über Temperatur wissen, ist nicht alles. Da ist noch etwas anderes. Wenn Sie ein physikalisches Temperaturmodell richtig konstruieren, wird es zum Schlüssel zur Beschreibung von Energieprozessen von Diffusion, Schmelzen und Kristallisation bis hin zu Skalen wie einem Temperaturanstieg bei einem Druckanstieg und einem Druckanstieg bei einem Temperaturanstieg. Sogar das physikalische Modell der Sonnenenergie wird aus dem oben Gesagten deutlich. Ich bin im Winter. . Im Frühjahr 20013 habe ich mir Temperaturmodelle angesehen und ein allgemeines Temperaturmodell erstellt. Ein paar Monate später erinnerte ich mich an das Temperaturparadoxon und dann wurde mir klar, dass mein Temperaturmodell auch das Mpemba-Paradoxon beschreibt. Das war im Mai - Juni 2013. Ich bin ein Jahr zu spät, aber es ist das Beste. Mein physisches Modell ist ein Standbild, das sowohl vorwärts als auch rückwärts zurückgespult werden kann und motorische Aktivität enthält, dieselbe Aktivität, bei der sich alles bewegt. Ich habe 8 Jahre Schule und 2 Jahre College mit einer Wiederholung des Themas. 20 Jahre sind vergangen. Daher kann ich berühmten Wissenschaftlern keine physikalischen Modelle zuschreiben, noch kann ich Formeln zuordnen. So leid.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Im Allgemeinen habe ich eine Vorstellung davon, warum heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser. Und in meinen Erklärungen ist alles ganz einfach, wenn Sie Interesse haben, schreiben Sie mir per E-Mail: [email protected]

Andrey, 08.11.2015 08:58

Es tut mir leid, dass ich das falsche gegeben habe Briefkasten Hier ist die richtige E-Mail: [email protected]

Victor, 23.12.2015 10:37

Es scheint mir, dass alles einfacher ist, hier fällt Schnee, es ist verdampftes Gas, gekühlt, also kühlt das heiße vielleicht bei kaltem Wetter schneller ab, weil es verdunstet und sofort kristallisiert, ohne weit aufzusteigen, und Wasser im gasförmigen Zustand kühlt schneller ab als im flüssigen Zustand)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

Selbst wenn jemand diese Gesetze der Welt, die mit diesen Effekten verbunden sind, offenbart hätte, hätte er hier nicht geschrieben. Aus meiner Sicht wäre es nicht logisch, seine Geheimnisse den Internetnutzern preiszugeben, wenn er sie in berühmten wissenschaftlichen Publikationen veröffentlichen kann Zeitschriften und beweisen Sie es persönlich vor den Menschen. Was hier also über diesen Effekt geschrieben wird, ist größtenteils nicht logisch.)))

Alex, 22.02.2016 12:48

Hallo Experimentatoren, Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass die Wissenschaft dort beginnt, wo... nicht Messungen, sondern Berechnungen. „Experiment“ ist ein ewiges und unverzichtbares Argument für diejenigen, denen Vorstellungskraft und lineares Denken fehlen. Es hat alle beleidigt, jetzt im Fall von E=mc2 – erinnern sich alle? Die Geschwindigkeit von Molekülen, die aus kaltem Wasser in die Atmosphäre fliegen, bestimmt die Energiemenge, die sie vom Wasser abführen (Abkühlung ist ein Energieverlust). Die Geschwindigkeit von Molekülen aus heißem Wasser ist viel höher und die abgeführte Energie ist quadratisch ( die Abkühlgeschwindigkeit der verbleibenden Wassermasse) Das ist alles, wenn Sie vom „Experimentieren“ wegkommen und sich erinnern Grundlegende Grundlagen Wissenschaft

Wladimir, 25.04.2016 10:53 | Meteo

In jenen Tagen, als Frostschutzmittel selten waren, wurde das Wasser aus dem Kühlsystem von Autos in einer ungeheizten Garage nach einem Arbeitstag abgelassen, um den Zylinderblock oder den Kühler – manchmal auch beides zusammen – nicht abzutauen. Am Morgen wurde heißes Wasser gegossen. Bei starkem Frost sprangen die Motoren problemlos an. Irgendwie wurde wegen des Mangels an heißem Wasser Wasser aus dem Wasserhahn gegossen. Das Wasser gefror sofort. Das Experiment war teuer – genau so viel, wie der Kauf und Austausch des Zylinderblocks und Kühlers eines ZIL-131-Autos kostet. Wer es nicht glaubt, der soll es überprüfen. und Mpemba experimentierte mit Eiscreme. Bei Speiseeis erfolgt die Kristallisation anders als bei Wasser. Versuchen Sie, ein Stück Eiscreme und ein Stück Eis mit den Zähnen abzubeißen. Höchstwahrscheinlich ist es nicht gefroren, sondern durch die Abkühlung dicker geworden. Und Süßwasser, egal ob heiß oder kalt, gefriert bei 0°C. Kaltes Wasser ist schnell, aber heißes Wasser braucht Zeit zum Abkühlen.

Wanderer, 05.06.2016 12:54 | zu Alex

„c“ – die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum E=mc^2 – eine Formel, die die Äquivalenz von Masse und Energie ausdrückt

Albert, 27.07.2016 08:22

Zuerst die Analogie mit Feststoffe(es findet kein Verdunstungsprozess statt). Ich habe kürzlich Kupferwasserrohre gelötet. Der Prozess erfolgt durch Erhitzen Gasbrenner auf die Schmelztemperatur des Lotes. Die Aufheizzeit für eine Verbindung mit Kupplung beträgt ca. eine Minute. Ich habe eine Verbindung an die Kupplung gelötet und nach ein paar Minuten wurde mir klar, dass ich sie falsch gelötet hatte. Es war notwendig, das Rohr in der Kupplung etwas zu drehen. Ich begann erneut, die Verbindung mit einem Brenner zu erhitzen, und zu meiner Überraschung dauerte es 3-4 Minuten, bis die Verbindung die Schmelztemperatur erreicht hatte. Wie so!? Schließlich ist das Rohr noch heiß und es scheint, dass viel weniger Energie benötigt wird, um es auf die Schmelztemperatur zu erhitzen, aber es stellte sich heraus, dass das Gegenteil der Fall war. Es geht um die Wärmeleitfähigkeit, die in einem bereits erhitzten Rohr deutlich höher ist und die Grenze zwischen dem erhitzten und dem kalten Rohr hat es geschafft, sich in zwei Minuten weit von der Verbindungsstelle zu entfernen. Nun zum Wasser. Wir werden mit den Konzepten eines heißen und halberhitzten Gefäßes arbeiten. In einem heißen Gefäß bildet sich zwischen heißen, hochbeweglichen Teilchen und sich langsam bewegenden, kalten Teilchen eine schmale Temperaturgrenze aus, die sich relativ schnell von der Peripherie ins Zentrum bewegt, weil an dieser Grenze schnelle Teilchen ihre Energie schnell abgeben (abkühlen) durch Partikel auf der anderen Seite der Grenze. Da das Volumen äußerer kalter Teilchen größer ist, geben die schnellen Teilchen ihr Volumen ab Wärmeenergie, kann die äußeren Kältepartikel nicht wesentlich erwärmen. Daher erfolgt die Abkühlung von Warmwasser relativ schnell. Halberhitztes Wasser hat eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit und die Breite der Grenze zwischen halberhitzten und kalten Partikeln ist viel breiter. Die Verschiebung zur Mitte einer so breiten Grenze erfolgt viel langsamer als bei einem heißen Gefäß. Dadurch kühlt das heiße Gefäß schneller ab als das warme. Ich denke, wir müssen die Dynamik des Abkühlungsprozesses von Wasser unterschiedlicher Temperatur verfolgen, indem wir mehrere Temperatursensoren von der Mitte bis zum Rand des Gefäßes platzieren.

Max, 19.11.2016 05:07

Es wurde bestätigt: Wenn es in Jamal kalt ist, gefriert die Leitung mit heißem Wasser und man muss sie aufwärmen, die kalte jedoch nicht!

Artem, 09.12.2016 01:25

Es ist schwierig, aber ich denke, dass kaltes Wasser dichter ist als heißes Wasser, sogar besser als gekochtes Wasser, und hier gibt es eine Beschleunigung der Abkühlung usw. heißes Wasser erreicht die kalte Temperatur und überholt diese, und wenn man berücksichtigt, dass heißes Wasser von unten und nicht von oben gefriert, wie oben beschrieben, beschleunigt das den Prozess erheblich!

Alexander Sergejew, 21.08.2017 10:52

Einen solchen Effekt gibt es nicht. Ach. Im Jahr 2016 wurde in Nature ein ausführlicher Artikel zu diesem Thema veröffentlicht: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Daraus wird klar, dass bei sorgfältigen Experimenten (wenn die Proben von warmem und kaltem Wasser in allem gleich sind). außer Temperatur) wird der Effekt nicht beobachtet.

Zavlab, 22.08.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"Das ist tatsächlich so." - Wenn Sie in der Schule nicht verstanden haben, was Wärmekapazität und der Energieerhaltungssatz sind. Das lässt sich ganz einfach überprüfen – dafür braucht man: Lust, Kopf, Hände, Wasser, Kühlschrank und Wecker. Und die Eisbahnen werden, wie Experten schreiben, mit kaltem Wasser eingefroren (gefüllt) und das geschnittene Eis mit warmem Wasser eingeebnet. Und im Winter müssen Sie Frostschutzmittel in den Waschbehälter füllen, kein Wasser. Das Wasser gefriert auf jeden Fall, und kaltes Wasser gefriert schneller.

Irina, 23.01.2018 10:58

Wissenschaftler auf der ganzen Welt kämpfen seit der Zeit des Aristoteles mit diesem Paradoxon, und Victor, Zavlab und Sergeev erwiesen sich als die klügsten.

Denis, 01.02.2018 08:51

Im Artikel ist alles richtig geschrieben. Aber der Grund ist ein etwas anderer. Während des Siedevorgangs verdampft die darin gelöste Luft aus dem Wasser; daher wird beim Abkühlen des kochenden Wassers seine Dichte letztendlich geringer sein als die von Rohwasser die gleiche Temperatur. Darüber hinaus gibt es weitere Gründe für unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten unterschiedliche Dichten Nein.

Zavlab, 01.03.2018 08:58 | Leiter des Labors

Irina:), „Wissenschaftler auf der ganzen Welt“ haben mit diesem „Paradoxon“ nicht zu kämpfen; für echte Wissenschaftler existiert dieses „Paradoxon“ einfach nicht – es lässt sich leicht unter gut reproduzierbaren Bedingungen verifizieren. Das „Paradoxon“ entstand aufgrund der nicht reproduzierbaren Experimente des afrikanischen Jungen Mpemba und wurde von ähnlichen „Wissenschaftlern“ aufgebauscht :)

Es scheint offensichtlich, dass kaltes Wasser schneller gefriert als heißes Wasser gleiche Bedingungen Heißes Wasser braucht länger, um abzukühlen und anschließend zu gefrieren. Allerdings auch tausendjährige Beobachtungen moderne Experimente zeigte, dass auch das Gegenteil der Fall ist: Unter bestimmten Bedingungen gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser. Der Sciencium Science Channel erklärt dieses Phänomen:

Wie im Video oben erklärt, ist das Phänomen, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, als Mpemba-Effekt bekannt, benannt nach Erasto Mpemba, einem tansanischen Studenten, der im Rahmen eines Studiums Eis herstellte Schulprojekt. Die Schüler mussten eine Mischung aus Sahne und Zucker zum Kochen bringen, abkühlen lassen und dann in den Gefrierschrank stellen.

Stattdessen gab Erasto seine Mischung sofort heiß hinein, ohne abzuwarten, bis sie abgekühlt war. Das Ergebnis war, dass seine Mischung nach 1,5 Stunden bereits gefroren war, die Mischungen der anderen Schüler jedoch nicht. Mpemba interessierte sich für das Phänomen und begann, das Thema gemeinsam mit dem Physikprofessor Denis Osborne zu untersuchen. 1969 veröffentlichten sie einen Artikel, in dem sie feststellten, dass warmes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser. Dies war die erste peer-reviewte Studie dieser Art, aber das Phänomen selbst wird in den Schriften des Aristoteles aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. erwähnt. e. Auch Francis Bacon und Descartes stellten dieses Phänomen in ihren Studien fest.

Das Video listet mehrere Möglichkeiten zur Erklärung des Geschehens auf:

1. Frost ist ein Dielektrikum, daher speichert frostiges Kaltwasser die Wärme besser als ein warmes Glas, das bei Kontakt Eis zum Schmelzen bringt
2. Kaltes Wasser enthält mehr gelöste Gase als warmes Wasser, und Forscher spekulieren, dass dies eine Rolle bei der Abkühlungsgeschwindigkeit spielen könnte, obwohl noch nicht klar ist, wie
3. Heißes Wasser verliert durch Verdunstung mehr Wassermoleküle, so dass weniger davon zum Gefrieren übrig bleiben
4. Warmes Wasser kann aufgrund erhöhter Konvektionsströme schneller abkühlen. Diese Strömungen entstehen, weil das Wasser im Glas zunächst an der Oberfläche und an den Seiten abkühlt, wodurch kaltes Wasser absinkt und heißes Wasser aufsteigt. In einem warmen Glas sind Konvektionsströme aktiver, was die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen kann.

Doch im Jahr 2016 zeigte eine sorgfältig kontrollierte Studie das Gegenteil: Heißes Wasser gefror viel langsamer als kaltes Wasser. Gleichzeitig stellten Wissenschaftler fest, dass eine Änderung der Position des Thermoelements – eines Geräts, das Temperaturänderungen bestimmt – um nur einen Zentimeter zum Auftreten des Mpemba-Effekts führt. Eine Untersuchung anderer ähnlicher Studien zeigte, dass in allen Fällen, in denen dieser Effekt beobachtet wurde, eine Verschiebung des Thermoelements innerhalb eines Zentimeters auftrat.

In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, warum heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser.

Erhitztes Wasser gefriert viel schneller als kaltes Wasser! Das ist eine erstaunliche Eigenschaft von Wasser, genaue Erklärung Was Wissenschaftler bisher nicht finden konnten, ist seit der Antike bekannt. So gibt es beispielsweise schon bei Aristoteles eine Beschreibung des Winterfischens: Fischer steckten Angelruten in Löcher im Eis, und damit sie schneller gefrierten, bewässerten sie das Eis warmes Wasser. Dieses Phänomen wurde in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts nach Erasto Mpemba benannt. Mnemba bemerkte beim Zubereiten von Eis einen seltsamen Effekt und wandte sich für eine Erklärung an seinen Physiklehrer, Dr. Denis Osborne. Mpemba und Dr. Osborne experimentierten mit Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen und kamen zu dem Schluss, dass fast kochendes Wasser viel schneller zu gefrieren beginnt als Wasser Zimmertemperatur. Andere Wissenschaftler führten ihre eigenen Experimente durch und kamen jedes Mal zu ähnlichen Ergebnissen.

Erklärung eines physikalischen Phänomens

Es gibt keine allgemein anerkannte Erklärung dafür, warum dies geschieht. Viele Forscher vermuten, dass der springende Punkt in der Unterkühlung der Flüssigkeit liegt, die auftritt, wenn ihre Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Mit anderen Worten: Wenn Wasser bei einer Temperatur unter 0 °C gefriert, kann unterkühltes Wasser beispielsweise eine Temperatur von -2 °C haben und dennoch flüssig bleiben, ohne zu Eis zu werden. Wenn wir versuchen, kaltes Wasser einzufrieren, besteht die Möglichkeit, dass es zunächst unterkühlt wird und erst nach einiger Zeit hart wird. Andere Prozesse laufen in erhitztem Wasser ab. Seine schnellere Umwandlung in Eis ist mit Konvektion verbunden.

Konvektion- Das physikalisches Phänomen, in dem die warmen unteren Flüssigkeitsschichten aufsteigen und die oberen, gekühlten absinken.

Viele Forscher haben und präsentieren ihre eigenen Versionen darüber, warum heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser. Es scheint ein Paradoxon zu sein, denn um zu gefrieren, muss heißes Wasser zunächst abkühlen. Die Tatsache bleibt jedoch eine Tatsache, und Wissenschaftler erklären sie auf unterschiedliche Weise.

Hauptversionen

An dieser Moment Es gibt mehrere Versionen, die diese Tatsache erklären:

1. Da heißes Wasser schneller verdunstet, nimmt sein Volumen ab. Und das Gefrieren einer kleineren Wassermenge bei gleicher Temperatur erfolgt schneller.
2. Das Gefrierfach des Kühlschranks verfügt über eine Schneeschutzfolie. Ein Behälter mit heißem Wasser schmilzt den Schnee darunter. Dadurch wird der thermische Kontakt zum Gefrierschrank verbessert.
3. Das Gefrieren von kaltem Wasser beginnt im Gegensatz zu heißem Wasser oben. Gleichzeitig verschlechtern sich Konvektion und Wärmestrahlung und damit der Wärmeverlust.
4. Kaltes Wasser enthält Kristallisationszentren – darin gelöste Stoffe. Wenn ihr Wassergehalt gering ist, ist eine Vereisung schwierig, gleichzeitig ist jedoch eine Unterkühlung möglich – wenn es bei Minustemperaturen einen flüssigen Zustand hat.

Obwohl wir fairerweise sagen können, dass dieser Effekt nicht immer beobachtet wird. Sehr oft gefriert kaltes Wasser schneller als heißes Wasser.

Bei welcher Temperatur gefriert Wasser

Warum gefriert Wasser überhaupt? Es enthält eine bestimmte Menge an mineralischen oder organischen Partikeln. Dies kann zum Beispiel sehr sein Feinpartikel Sand, Staub oder Lehm. Wenn die Lufttemperatur sinkt, bilden diese Partikel die Zentren, um die sich Eiskristalle bilden.

Die Rolle von Kristallisationskeimen können auch Luftblasen und Risse im Wasserbehälter spielen. Die Geschwindigkeit der Umwandlung von Wasser in Eis wird maßgeblich von der Anzahl solcher Zentren beeinflusst – wenn es viele davon gibt, gefriert die Flüssigkeit schneller. Bei normale Bedingungen, mit normal Luftdruck, Wasser geht bei einer Temperatur von 0 Grad von flüssig in einen festen Zustand über.

Die Essenz des Mpemba-Effekts

Der Mpemba-Effekt ist ein Paradoxon, dessen Kern darin besteht, dass heißes Wasser unter bestimmten Umständen schneller gefriert als kaltes Wasser. Dieses Phänomen wurde von Aristoteles und Descartes bemerkt. Allerdings stellte der tansanische Schüler Erasto Mpemba erst 1963 fest, dass heißes Eis länger zum Gefrieren brauchte. eine kurze Zeit als kalt. Zu diesem Schluss kam er, als er einen Kochauftrag erledigte.

Er musste Zucker in gekochter Milch auflösen und ihn nach dem Abkühlen zum Einfrieren in den Kühlschrank stellen. Anscheinend war Mpemba nicht besonders fleißig und begann erst spät mit der Fertigstellung des ersten Teils der Aufgabe. Deshalb wartete er nicht, bis die Milch abgekühlt war, sondern stellte sie heiß in den Kühlschrank. Er war sehr überrascht, als es noch schneller einfror als das seiner Klassenkameraden, die die Arbeit gemäß der vorgegebenen Technologie erledigten.

Diese Tatsache interessierte den jungen Mann sehr und er begann Experimente mit klarem Wasser. Im Jahr 1969 veröffentlichte die Zeitschrift Physics Education die Forschungsergebnisse von Mpemba und Professor Dennis Osborne von der Universität Dar Es Salaam. Der von ihnen beschriebene Effekt erhielt den Namen Mpemba. Allerdings gibt es bis heute keine eindeutige Erklärung für das Phänomen. Alle Wissenschaftler sind sich einig, dass die Hauptrolle dabei den Unterschieden in den Eigenschaften von gekühltem und heißem Wasser zukommt, aber was genau ist, ist unbekannt.

Singapur-Version

Auch Physiker einer der Universitäten Singapurs interessierten sich für die Frage, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt? Ein Forscherteam um Xi Zhang erklärte dieses Paradoxon genau mit den Eigenschaften von Wasser. Jeder kennt die Zusammensetzung von Wasser aus der Schule – ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome. Sauerstoff entzieht Wasserstoff bis zu einem gewissen Grad Elektronen, so dass das Molekül dies tut eine bestimmte Art"Magnet".

Dadurch werden bestimmte Moleküle im Wasser leicht voneinander angezogen und durch eine Wasserstoffbindung verbunden. Seine Stärke ist um ein Vielfaches geringer als die einer kovalenten Bindung. Singapurische Forscher glauben, dass die Erklärung für Mpembas Paradoxon genau in Wasserstoffbrückenbindungen liegt. Wenn Wassermoleküle sehr eng beieinander liegen, dann ist dies der Fall starke Interaktion zwischen Molekülen ist in der Lage, die kovalente Bindung in der Mitte des Moleküls selbst zu deformieren.

Doch wenn Wasser erhitzt wird, entfernen sich die gebundenen Moleküle leicht voneinander. Dadurch kommt es zu einer Entspannung in der Mitte der Moleküle kovalente Bindungen mit Hingabe überschüssige Energie und nach unten bewegen Energielevel. Dies führt dazu, dass heißes Wasser schnell abzukühlen beginnt. Das zeigen zumindest theoretische Berechnungen singapurischer Wissenschaftler.

Wasser sofort gefrieren – 5 unglaubliche Tricks: Video

Es gibt viele Faktoren, die beeinflussen, welches Wasser schneller gefriert, heiß oder kalt, aber die Frage selbst erscheint etwas seltsam. Die Schlussfolgerung, und das ist aus der Physik bekannt, ist, dass heißes Wasser noch Zeit braucht, um auf die Temperatur des verglichenen kalten Wassers abzukühlen, um sich in Eis zu verwandeln. Kaltes Wasser kann diese Phase überspringen und gewinnt dementsprechend Zeit.

Aber die Antwort auf die Frage, welches Wasser draußen in der Kälte schneller gefriert – kalt oder heiß – kennt jeder Bewohner nördliche Breiten. Tatsächlich stellt sich wissenschaftlich heraus, dass kaltes Wasser in jedem Fall zwangsläufig schneller gefriert.

Der Physiklehrer, an den sich der Schüler Erasto Mpemba 1963 wandte, dachte dasselbe mit der Bitte, zu erklären, warum die kalte Mischung des künftigen Eises länger zum Gefrieren braucht als eine ähnliche, aber heiße.

„Das ist keine universelle Physik, sondern eine Art Mpemba-Physik“

Damals lachte der Lehrer nur darüber, aber Deniss Osborne, ein Physikprofessor, der einst dieselbe Schule besuchte, an der Erasto studierte, bestätigte experimentell das Vorhandensein eines solchen Effekts, obwohl es damals keine Erklärung dafür gab. Im Jahr 1969 im populären wissenschaftliche Zeitschrift Von diesen beiden Personen wurde ein gemeinsamer Artikel veröffentlicht, der diesen besonderen Effekt beschrieb.

Seitdem stellt sich übrigens die Frage, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt Eigenname- die Wirkung oder das Paradoxon von Mpemba.

Die Frage gibt es schon seit langem

Natürlich gab es ein solches Phänomen schon früher und es wurde auch in den Arbeiten anderer Wissenschaftler erwähnt. Nicht nur das Schulkind interessierte sich für dieses Thema, auch René Descartes und sogar Aristoteles haben einmal darüber nachgedacht.

Doch erst Ende des 20. Jahrhunderts begann man, nach Ansätzen zur Lösung dieses Paradoxons zu suchen.

Bedingungen für das Auftreten eines Paradoxons

Wie bei Eis ist es nicht einfach normales Wasser friert während des Experiments ein. Muss anwesend sein bestimmte Bedingungen um zu streiten, welches Wasser schneller gefriert – kalt oder heiß. Was beeinflusst den Verlauf dieses Prozesses?

Jetzt, im 21. Jahrhundert, wurden mehrere Optionen vorgeschlagen, die dieses Paradoxon erklären können. Welches Wasser schneller gefriert, heiß oder kalt, hängt möglicherweise davon ab, dass es eine höhere Verdunstungsrate aufweist als kaltes Wasser. Dadurch nimmt sein Volumen ab, und mit abnehmendem Volumen wird die Gefrierzeit kürzer, als wenn wir das gleiche Ausgangsvolumen an kaltem Wasser nehmen würden.

Es ist schon eine Weile her, seit Sie den Gefrierschrank abgetaut haben.

Welches Wasser schneller gefriert und warum dies geschieht, kann durch die eventuell vorhandene Schneedecke im Gefrierschrank des für das Experiment genutzten Kühlschranks beeinflusst werden. Wenn Sie zwei Behälter mit identischem Volumen nehmen, von denen einer jedoch heißes Wasser und der andere kaltes Wasser enthält, schmilzt der Behälter mit heißem Wasser den darunter liegenden Schnee und verbessert so den Kontakt der Thermoebene mit der Kühlschrankwand. Ein Behälter mit kaltem Wasser kann dies nicht leisten. Wenn im Kühlraum keine solche Schneedecke vorhanden ist, sollte kaltes Wasser schneller gefrieren.

Oben unten

Auch das Phänomen, dass Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt – wird wie folgt erklärt. Nachfolgend bestimmte Gesetze, beginnt kaltes Wasser zu gefrieren obere Schichten, wenn es heiß ist, bewirkt es das Gegenteil – es beginnt von unten nach oben zu gefrieren. Es stellt sich heraus, dass kaltes Wasser mit einer kalten Schicht auf der Oberseite, auf der sich stellenweise bereits Eis gebildet hat, die Prozesse der Konvektion und somit verschlechtert Wärmestrahlung, und erklärt so, welches Wasser schneller gefriert – kalt oder heiß. Fotos von Amateurexperimenten sind beigefügt, und dies ist hier deutlich zu erkennen.

Die Hitze entweicht, strömt nach oben und trifft dort auf eine sehr kühle Schicht. Es gibt keinen freien Weg für die Wärmestrahlung, sodass der Kühlprozess schwierig wird. Heißes Wasser hat keinerlei Hindernisse auf seinem Weg. Was gefriert schneller – kalt oder heiß, was bestimmt das wahrscheinliche Ergebnis? Sie können die Antwort erweitern, indem Sie sagen, dass in jedem Wasser bestimmte Substanzen gelöst sind.

Verunreinigungen im Wasser als Einflussfaktor auf das Ergebnis

Wenn Sie nicht schummeln und Wasser mit der gleichen Zusammensetzung verwenden, wo liegen dann die Konzentrationen? bestimmte Substanzen identisch sind, dann sollte kaltes Wasser schneller gefrieren. Aber wenn eine Situation auftritt, wenn sie aufgelöst wird chemische Elemente Sind sie nur in heißem Wasser vorhanden und in kaltem Wasser nicht, besteht die Möglichkeit, dass heißes Wasser früher gefriert. Dies erklärt sich dadurch, dass im Wasser gelöste Stoffe Kristallisationszentren bilden und bei einer geringen Anzahl dieser Zentren die Umwandlung von Wasser in erfolgt fester Zustand schwierig. Es ist sogar möglich, dass das Wasser unterkühlt wird, d. h., dass es bei Minusgraden in flüssigem Zustand vorliegt.

Aber all diese Versionen gefielen den Wissenschaftlern offenbar nicht ganz und sie arbeiteten weiter an diesem Thema. Im Jahr 2013 gab ein Forscherteam in Singapur an, ein uraltes Rätsel gelöst zu haben.

Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler behauptet, dass das Geheimnis dieser Effekt besteht aus der Energiemenge, die zwischen Wassermolekülen in ihren Bindungen, sogenannten Wasserstoffbrückenbindungen, gespeichert ist.

Die Antwort chinesischer Wissenschaftler

Was folgt, sind Informationen, um zu verstehen, dass Sie über einige Kenntnisse der Chemie verfügen müssen, um zu verstehen, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt. Es besteht bekanntlich aus zwei H-Atomen (Wasserstoff) und einem O-Atom (Sauerstoff), die durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden.

Aber auch die Wasserstoffatome eines Moleküls werden von benachbarten Molekülen, von deren Sauerstoffanteil, angezogen. Diese Bindungen werden Wasserstoffbrückenbindungen genannt.

Es sei daran erinnert, dass Wassermoleküle gleichzeitig eine abstoßende Wirkung aufeinander haben. Wissenschaftler stellten fest, dass beim Erhitzen von Wasser der Abstand zwischen seinen Molekülen zunimmt, was durch abstoßende Kräfte erleichtert wird. Es stellt sich heraus, dass sich die Moleküle dehnen, wenn sie im kalten Zustand den gleichen Abstand zwischen ihnen einnehmen, und dass sie über eine größere Energieversorgung verfügen. Es ist diese Energiereserve, die freigesetzt wird, wenn Wassermoleküle beginnen, sich einander anzunähern, d. h. es kommt zu einer Abkühlung. Es zeigt sich, dass in heißem Wasser eine größere Energiereserve und beim Abkühlen auf Minustemperaturen eine größere Energiefreisetzung schneller erfolgt als in kaltem Wasser, das über eine geringere Energiereserve verfügt. Welches Wasser gefriert also schneller – kalt oder heiß? Auf der Straße und im Labor sollte das Mpemba-Paradoxon auftreten und heißes Wasser schneller zu Eis werden.

Aber die Frage ist noch offen

Es gibt nur eine theoretische Bestätigung dieser Lösung – es steht alles geschrieben schöne Formeln und es scheint plausibel. Aber wenn die experimentellen Daten darüber vorliegen, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt –, werden wir darauf eingehen im praktischen Sinne, und ihre Ergebnisse werden vorgestellt, dann kann die Frage des Mpemba-Paradoxons als abgeschlossen betrachtet werden.