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Welches Wasser gefriert schneller – heiß oder kalt? Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser? Mpemba-Effekt

„Wir sind bereits auf einige interessante Eigenschaften von Wasser gestoßen, die es uns im Besonderen und Lebewesen im Allgemeinen ermöglichen, zu leben. Lassen Sie uns das Thema fortsetzen und Sie auf eine weitere interessante Eigenschaft aufmerksam machen (obwohl nicht klar ist, ob sie wahr oder fiktiv ist).

Interessantes zum Thema Wasser – der Mpemba-Effekt: Wussten Sie, dass es im Internet Gerüchte gibt, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser? Sie wissen es vielleicht nicht, aber diese Gerüchte kursieren. Und sehr hartnäckig. Wovon reden wir also – ein experimenteller Fehler oder eine neue, interessante Eigenschaft von Wasser, die noch nicht untersucht wurde?

Lass es uns herausfinden. Die von Ort zu Ort wiederholte Legende lautet: Nehmen Sie zwei Behälter mit Wasser, gießen Sie heißes Wasser in den einen und kaltes Wasser in den anderen und stellen Sie sie in den Gefrierschrank. Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser. Warum passiert das?

Im Jahr 1963 bemerkte ein tansanischer Student namens Erasto B. Mpemba beim Einfrieren einer Eismischung, dass die heiße Mischung im Gefrierschrank schneller fest wurde als die kalte. Als der junge Mann seinem Physiklehrer seine Entdeckung erzählte, lachte er ihn nur aus. Glücklicherweise blieb der Schüler hartnäckig und überredete den Lehrer, ein Experiment durchzuführen, das seine Entdeckung bestätigte: Unter bestimmten Bedingungen gefriert heißes Wasser tatsächlich schneller als kaltes Wasser.

Die zweite Version der Legende: Mpemba wandte sich an den großen Wissenschaftler, der sich glücklicherweise neben Mpembas afrikanischer Schule befand. Und der Wissenschaftler glaubte dem Jungen und überprüfte noch einmal, was geschah. Nun, los geht's... Dieses Phänomen, bei dem heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, wird „Mpemba-Effekt“ genannt. Zwar wurde diese einzigartige Eigenschaft des Wassers schon lange vor ihm von Aristoteles, Francis Bacon und Rene Descartes bemerkt.

Wissenschaftler verstehen die Natur dieses Phänomens immer noch nicht vollständig und erklären es entweder mit der unterschiedlichen Unterkühlung, Verdunstung, Eisbildung, Konvektion oder mit der Wirkung von Flüssiggasen auf heißes und kaltes Wasser.

Wir haben also den Mpemba-Effekt (Mpemba-Paradoxon) – ein Paradoxon, das besagt, dass heißes Wasser (unter bestimmten Bedingungen) schneller gefrieren kann als kaltes Wasser. Allerdings muss es beim Gefriervorgang gleichzeitig die Temperatur von kaltem Wasser passieren.

Um mit dem Paradoxon umzugehen, gibt es dementsprechend zwei Möglichkeiten. Die erste besteht darin, dieses Phänomen zu erklären, Theorien aufzustellen und sich darüber zu freuen, dass Wasser eine mysteriöse Flüssigkeit ist. Oder Sie gehen einen anderen Weg – führen Sie dieses Experiment selbst durch. Und ziehen Sie die entsprechenden Schlussfolgerungen.

Wenden wir uns an die Menschen, die dieses Experiment tatsächlich durchgeführt haben und versucht haben, den Mpemba-Effekt zu reproduzieren. Und schauen wir uns gleichzeitig eine kleine Studie an, die ermittelt, „woher Beine wachsen“.

Auf Russisch erschien erstmals vor 42 Jahren eine Meldung über den Mpemba-Effekt, wie in der Zeitschrift „Chemistry and Life“ (1970, Nr. 1, S. 89) berichtet wurde. Aus Gewissenhaftigkeit beschlossen die Mitarbeiter von „Chemie und Leben“, selbst Experimente durchzuführen und waren überzeugt: „Heiße Milch weigerte sich hartnäckig, zuerst zu gefrieren.“ Für dieses Ergebnis gab es eine natürliche Erklärung: „Eine heiße Flüssigkeit sollte nicht zuerst gefrieren. Denn seine Temperatur muss zunächst gleich der Temperatur der kalten Flüssigkeit sein.“

Einer der Leser von „Chemie und Leben“ berichtete Folgendes über seine Experimente (1970, Nr. 9, S. 81). Er brachte die Milch zum Kochen, kühlte sie auf Zimmertemperatur ab und stellte sie gleichzeitig mit der ungekochten Milch, die ebenfalls Zimmertemperatur hatte, in den Kühlschrank. Gekochte Milch gefriert schneller. Der gleiche Effekt, allerdings schwächer, wurde erzielt, wenn die Milch auf 60 °C erhitzt wurde, anstatt sie zum Kochen zu bringen. Kochen könnte von grundlegender Bedeutung sein: Dadurch verdunstet ein Teil des Wassers und der leichtere Teil des Fetts. Dadurch kann sich der Gefrierpunkt ändern. Darüber hinaus sind beim Erhitzen und insbesondere beim Kochen einige chemische Umwandlungen des organischen Teils der Milch möglich.

Aber das „beschädigte Telefon“ hatte bereits begonnen zu funktionieren, und mehr als 25 Jahre später wurde diese Geschichte wie folgt beschrieben: „Eine Portion Eis wird schneller kalt, wenn man sie nach gründlichem Aufwärmen in den Kühlschrank stellt, als wenn man sie.“ Lassen Sie es zunächst bei kalter Temperatur stehen“ („Wissen ist Macht“, 1997, Nr. 10, S. 100). Allmählich vergaßen sie die Milch und das Gespräch drehte sich hauptsächlich um Wasser.

13 Jahre später tauchte in derselben „Chemie und Leben“ folgender Dialog auf: „Wenn man zwei Tassen kaltes und heißes Wasser in die Kälte mitnimmt, welches Wasser gefriert dann schneller? … Warten Sie bis zum Winter und prüfen Sie: Heißes Wasser gefriert.“ gefrieren schneller.“ ( 1993, Nr. 9, S. 79). Ein Jahr später erschien ein Brief eines gewissenhaften Lesers, der im Winter fleißig Tassen mit kaltem und heißem Wasser in die Kälte mitnahm und zu der Überzeugung kam, dass kaltes Wasser schneller gefriert (1994, Nr. 11, S. 62).

Ein ähnliches Experiment wurde mit einem Kühlschrank durchgeführt, dessen Gefrierschrank mit einer dicken Frostschicht bedeckt war. Wenn ich Tassen mit heißem und kaltem Wasser auf diesen Gefrierschrank stellte, schmolz der Frost unter den Tassen mit heißem Wasser, sie sanken und das Wasser darin gefror schneller. Als ich Gläser auf den Reif stellte, war der Effekt nicht zu beobachten, da der Reif unter den Gläsern nicht schmolz. Es gab keine Wirkung, als ich die Tassen nach dem Abtauen des Kühlschranks auf einen Gefrierschrank stellte, der nicht mit Frost bedeckt war. Dies beweist, dass die Ursache des Effekts das Auftauen von Frost unter Tassen mit heißem Wasser ist („Chemie und Leben“ 2000, Nr. 2, S. 55).

Die Geschichte über das Paradoxon, das dem tansanischen Jungen aufgefallen war, wurde immer wieder von einer bedeutungsvollen Bemerkung begleitet – es heißt, dass keine Information, auch nicht die sehr seltsame, vernachlässigt werden sollte. Der Wunsch ist gut, aber nicht realisierbar. Wenn wir unzuverlässige Informationen nicht zuerst herausfiltern, werden wir darin ertrinken. Und unplausible Informationen sind meist falsch. Darüber hinaus kommt es häufig (wie im Fall des Mpemba-Effekts) vor, dass Unplausibilität eine Folge der Verzerrung von Informationen im Übertragungsprozess ist.

Daher ist Wasser im Allgemeinen und der Mpemba-Effekt im Besonderen interessant – nicht immer wahr :)

Weitere Details auf der Seite http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

Es scheint, dass die gute alte Formel H 2 O keine Geheimnisse birgt. Tatsächlich birgt Wasser – die Quelle des Lebens und die berühmteste Flüssigkeit der Welt – viele Geheimnisse, die selbst Wissenschaftler manchmal nicht lösen können.

Hier sind die 5 interessantesten Fakten über Wasser:

1. Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser

Nehmen wir zwei Behälter mit Wasser: Gießen Sie heißes Wasser in den einen und kaltes Wasser in den anderen und stellen Sie sie in den Gefrierschrank. Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser, obwohl kaltes Wasser logischerweise zuerst zu Eis hätte werden müssen: Schließlich muss heißes Wasser zuerst auf die kalte Temperatur abkühlen und dann zu Eis werden, während kaltes Wasser nicht abkühlen muss. Warum passiert das?

Im Jahr 1963 fror Erasto B. Mpemba, ein Gymnasiast in Tansania, eine Eismischung ein und bemerkte, dass die heiße Mischung im Gefrierschrank schneller fest wurde als die kalte. Als der junge Mann seinem Physiklehrer seine Entdeckung erzählte, lachte er ihn nur aus. Glücklicherweise blieb der Schüler hartnäckig und überredete den Lehrer, ein Experiment durchzuführen, das seine Entdeckung bestätigte: Unter bestimmten Bedingungen gefriert heißes Wasser tatsächlich schneller als kaltes Wasser.

Dieses Phänomen, bei dem heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, wird nun „Mpemba-Effekt“ genannt. Zwar wurde diese einzigartige Eigenschaft des Wassers schon lange vor ihm von Aristoteles, Francis Bacon und Rene Descartes bemerkt.

Hinweis von X.RU zum Thema „Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser.“

Da uns als Kältespezialisten die Frage der Kühlung näher liegt, erlauben wir uns, etwas tiefer in den Kern dieses Problems einzutauchen und zwei Meinungen über die Natur eines solch mysteriösen Phänomens abzugeben.

1. Ein Wissenschaftler der University of Washington hat eine Erklärung für ein mysteriöses Phänomen vorgeschlagen, das seit der Zeit von Aristoteles bekannt ist: warum heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser.

Das als Mpemba-Effekt bezeichnete Phänomen wird in der Praxis häufig genutzt. Experten raten Autofahrern beispielsweise, im Winter kaltes und nicht heißes Wasser in den Waschwasserbehälter zu füllen. Doch was diesem Phänomen zugrunde liegt, blieb lange Zeit unbekannt.

Dr. Jonathan Katz von der University of Washington untersuchte dieses Phänomen und kam zu dem Schluss, dass im Wasser gelöste Stoffe, die beim Erhitzen ausfallen, eine wichtige Rolle spielen, berichtet EurekAlert.

Mit gelösten Stoffen meint Dr. Katz Kalzium- und Magnesiumbikarbonate, die in hartem Wasser vorkommen. Beim Erhitzen von Wasser fallen diese Stoffe aus und bilden Ablagerungen an den Wänden des Wasserkochers. Wasser, das nie erhitzt wurde, enthält diese Verunreinigungen. 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. „Und jetzt muss das Wasser noch weiter abkühlen, um zu gefrieren“, erklärt Dr. Katz.

Es gibt einen zweiten Grund, der das Gefrieren von unbeheiztem Wasser verhindert. Durch die Senkung des Gefrierpunkts von Wasser verringert sich der Temperaturunterschied zwischen der festen und der flüssigen Phase. „Da die Geschwindigkeit, mit der Wasser Wärme verliert, von diesem Temperaturunterschied abhängt, kühlt sich Wasser, das nicht erhitzt wurde, weniger gut ab“, sagt Dr. Katz.

Nach Ansicht des Wissenschaftlers kann seine Theorie experimentell überprüft werden, weil Der Mpemba-Effekt macht sich bei härterem Wasser stärker bemerkbar.

2. Sauerstoff plus Wasserstoff plus Kälte erzeugen Eis. Auf den ersten Blick wirkt dieser transparente Stoff sehr einfach. In Wirklichkeit birgt Eis viele Geheimnisse. Das vom Afrikaner Erasto Mpemba geschaffene Eis dachte nicht an Ruhm. Die Tage waren heiß. Er wollte Eis am Stiel. Er nahm die Saftschachtel und stellte sie in den Gefrierschrank. Er hat das mehr als einmal gemacht und dabei festgestellt, dass der Saft besonders schnell gefriert, wenn man ihn zuerst in die Sonne hält – das heizt ihn richtig auf! Das ist seltsam, dachte der tansanische Schüler, der im Widerspruch zur Weltweisheit handelte. Stimmt es wirklich, dass die Flüssigkeit zuerst... erhitzt werden muss, damit sie schneller zu Eis wird? Der junge Mann war so überrascht, dass er seine Vermutung dem Lehrer mitteilte. Er berichtete über dieses Kuriosum in der Presse.

Diese Geschichte ereignete sich in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts. Mittlerweile ist der „Mpemba-Effekt“ den Wissenschaftlern wohlbekannt. Doch dieses scheinbar einfache Phänomen blieb lange Zeit ein Rätsel. Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?

Erst 1996 fand der Physiker David Auerbach eine Lösung. Um diese Frage zu beantworten, führte er ein ganzes Jahr lang ein Experiment durch: Er erhitzte Wasser in einem Glas und kühlte es wieder ab. Was hat er also herausgefunden? Beim Erhitzen verdampfen im Wasser gelöste Luftblasen. Wasser ohne Gase gefriert leichter an den Gefäßwänden. „Natürlich gefriert auch Wasser mit hohem Luftanteil“, sagt Auerbach, „aber nicht bei null Grad Celsius, sondern erst bei minus vier bis sechs Grad.“ Natürlich müssen Sie länger warten. Heißes Wasser gefriert also vor kaltem Wasser, das ist eine wissenschaftliche Tatsache.

Kaum eine Substanz erscheint so leicht vor unseren Augen wie Eis. Es besteht nur aus Wassermolekülen – also Elementarmolekülen, die zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom enthalten. Allerdings ist Eis vielleicht die mysteriöseste Substanz im Universum. Wissenschaftler konnten einige seiner Eigenschaften noch nicht erklären.

2. Unterkühlung und „sofortiges“ Gefrieren

Jeder weiß, dass Wasser immer zu Eis wird, wenn es auf 0 °C abgekühlt wird ... außer in einigen Fällen! Ein Beispiel hierfür ist die „Unterkühlung“, bei der es sich um die Eigenschaft von sehr reinem Wasser handelt, auch bei Abkühlung unter den Gefrierpunkt flüssig zu bleiben. Dieses Phänomen wird dadurch ermöglicht, dass die Umgebung keine Kristallisationszentren oder Kristallisationskeime enthält, die die Bildung von Eiskristallen auslösen könnten. Und so bleibt Wasser auch bei einer Abkühlung auf unter null Grad Celsius flüssig. Der Kristallisationsprozess kann beispielsweise durch Gasblasen, Verunreinigungen (Verunreinigungen) oder eine unebene Oberfläche des Behälters ausgelöst werden. Ohne sie bleibt Wasser in flüssigem Zustand. Wenn der Kristallisationsprozess beginnt, können Sie beobachten, wie sich das unterkühlte Wasser sofort in Eis verwandelt.

Sehen Sie sich das Video (2.901 KB, 60 Sek.) von Phil Medina (www.mrsciguy.com) an und überzeugen Sie sich selbst >>

Kommentar.Überhitztes Wasser bleibt auch dann flüssig, wenn es über seinen Siedepunkt erhitzt wird.

3. „Glasiges“ Wasser

Nennen Sie schnell und ohne nachzudenken, wie viele verschiedene Zustände Wasser hat?

Wenn Sie drei Antworten gegeben haben (fest, flüssig, gasförmig), dann haben Sie sich geirrt. Wissenschaftler identifizieren mindestens fünf verschiedene Zustände von flüssigem Wasser und 14 Zustände von Eis.

Erinnern Sie sich an das Gespräch über supergekühltes Wasser? Egal was Sie tun, bei -38 °C wird selbst reinstes, supergekühltes Wasser plötzlich zu Eis. Was passiert bei weiterem Rückgang?

Temperatur? Bei -120 °C passiert mit Wasser etwas Seltsames: Es wird superviskos oder zähflüssig, wie Melasse, und bei Temperaturen unter -135 °C verwandelt es sich in „glasartiges“ oder „glasartiges“ Wasser – eine feste Substanz ohne kristalline Struktur .

4. Quanteneigenschaften von Wasser

Auf molekularer Ebene ist Wasser noch überraschender. Im Jahr 1995 brachte ein von Wissenschaftlern durchgeführtes Neutronenstreuexperiment ein unerwartetes Ergebnis: Physiker entdeckten, dass auf Wassermoleküle gerichtete Neutronen 25 % weniger Wasserstoffprotonen „sehen“ als erwartet.

Es stellte sich heraus, dass bei einer Geschwindigkeit von einer Attosekunde (10 -18 Sekunden) ein ungewöhnlicher Quanteneffekt stattfindet und die chemische Formel von Wasser anstelle der üblichen Formel - H 2 O - zu H 1,5 O wird!

5. Hat Wasser ein Gedächtnis?

Die Homöopathie, eine Alternative zur Schulmedizin, besagt, dass eine verdünnte Lösung eines Arzneimittels eine heilende Wirkung auf den Körper haben kann, selbst wenn der Verdünnungsfaktor so groß ist, dass außer Wassermolekülen nichts in der Lösung übrig bleibt. Befürworter der Homöopathie erklären dieses Paradoxon mit einem Konzept namens „Wassergedächtnis“, wonach Wasser auf molekularer Ebene ein „Gedächtnis“ an die einmal darin gelöste Substanz besitzt und die Eigenschaften der Lösung in der ursprünglichen Konzentration nach keiner einzigen Sekunde beibehält Molekül des Inhaltsstoffs verbleibt darin.

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professorin Madeleine Ennis von der Queen's University of Belfast, die die Prinzipien der Homöopathie kritisierte, führte 2002 ein Experiment durch, um dieses Konzept ein für alle Mal zu widerlegen. Das Ergebnis war das Gegenteil. Nach dem, was Wissenschaftler sagten, dass sie konnten die Realität des „Wassergedächtnis“-Effekts nachweisen. Experimente, die unter der Aufsicht unabhängiger Experten durchgeführt wurden, brachten jedoch keine Ergebnisse. Streitigkeiten über die Existenz des „Wassergedächtnis“-Phänomens dauern an.

Wasser hat viele andere ungewöhnliche Eigenschaften, über die wir in diesem Artikel nicht gesprochen haben.

Literatur.

1. 5 wirklich seltsame Dinge über Wasser / http://www.neatorama.com.
2. Das Geheimnis des Wassers: Die Theorie des Aristoteles-Mpemba-Effekts entstand / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Geheimnisse der unbelebten Natur. Die geheimnisvollste Substanz im Universum / http://www.bibliotekar.ru.

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

Derzeit gibt es mehrere Versionen, die diesen Sachverhalt erklären:

Da heißes Wasser schneller verdunstet, nimmt sein Volumen ab. Und das Gefrieren einer kleineren Wassermenge bei gleicher Temperatur erfolgt schneller.
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.
Das Gefrieren von kaltem Wasser beginnt im Gegensatz zu heißem Wasser oben. Gleichzeitig verschlechtern sich Konvektion und Wärmestrahlung und damit der Wärmeverlust.
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 können beispielsweise sehr kleine Sand-, Staub- oder Tonpartikel sein. 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. Unter normalen Bedingungen und normalem Atmosphärendruck geht Wasser bei einer Temperatur von 0 Grad von einer Flüssigkeit 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 schneller gefriert als kaltes Eis. 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 zieht bis zu einem gewissen Grad Elektronen vom Wasserstoff weg, sodass das Molekül eine Art „Magnet“ darstellt.

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 angeordnet sind, kann eine so starke Wechselwirkung zwischen den Molekülen die kovalente Bindung in der Mitte des Moleküls selbst verformen.

Doch wenn Wasser erhitzt wird, entfernen sich die gebundenen Moleküle leicht voneinander. Dadurch kommt es in der Mitte der Moleküle zu einer Entspannung kovalenter Bindungen mit Freisetzung überschüssiger Energie und einem Übergang zu einem niedrigeren Energieniveau. Dies führt dazu, dass heißes Wasser schnell abzukühlen beginnt. Das zeigen zumindest theoretische Berechnungen singapurischer Wissenschaftler.

Wasser sofort gefrieren – 5 unglaubliche Tricks: Video

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 Eisbahnen und Rutschen im Winter mit heißem statt mit kaltem Wasser gefüllt. 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 damit, dass der tansanische Schüler Erasto Mpemba bemerkte, dass die gesüßte Milch, die er zur Herstellung von Eiscreme verwendete, schneller gefror, wenn sie vorgewärmt wurde, und die Hypothese aufstellte, dass heißes Wasser schneller gefror als kaltes Wasser. Er wandte sich zur Klärung an den Physiklehrer, lachte den Schüler jedoch nur aus und sagte: „Das ist keine universelle Physik, sondern Mpemba-Physik.“

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. Bei einer geringen Anzahl solcher Zentren in kaltem Wasser ist die Umwandlung von Wasser in Eis schwierig und sogar eine Unterkühlung ist möglich, wenn es in flüssigem Zustand bleibt und eine Temperatur unter Null hat.

Eine weitere Erklärung wurde kürzlich veröffentlicht. Dr. Jonathan Katz von der University of Washington untersuchte dieses Phänomen und kam zu dem Schluss, dass im Wasser gelöste Stoffe, die beim Erhitzen ausfallen, dabei eine wichtige Rolle spielen.
Mit gelösten Stoffen meint Dr. Katz 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. Deshalb schrieb die Royal Society of Chemistry of Great Britain 2012 einen internationalen Wettbewerb zur Lösung des wissenschaftlichen Rätsels „Mpemba-Effekt“ mit einem Preisgeld von 1000 Pfund aus. 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 den grundlegenden Eigenschaften von 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 physikalische Empfindungen, die die Wechselwirkung von Materieteilchen in Form einer Gegenkompression magnetischer Wellen bewirken, die sich vom Weltraum und vom Erdmittelpunkt aus bewegen. Je größer also die Potentialdifferenz dieser magnetischen Spannung ist, desto schneller erfolgt der Energieaustausch durch die Methode des Gegendurchdringens 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! Werden die magnetischen Kompressionswellen überwunden, werden diese Wasserdämpfe komprimiert (kondensiert) und unter dem Einfluss dieser magnetischen Kompressionskräfte kehrt das 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 unterschiedlichen 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 „Resonanz“-Grund kocht gekochtes Wasser schneller als ungekochtes Wasser – 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 der kinetischen Energie der linearen Bewegung zurückzuführen). von Molekülen). Bei starker Erwärmung wechseln Vibratormoleküle im Vergleich zum Gefrieren ihre Rollen mit Resonatormolekülen – die Frequenz der Vibratoren ist geringer als die Frequenz der Resonatoren, was bedeutet, dass zwischen den Molekülen keine Anziehung, sondern eine Abstoßung auftritt, was den Übergang in einen anderen Zustand beschleunigt der Aggregation (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 ist geringer als die Dichte von kaltem Wasser, und daher muss das Wasser seine Dichte nicht ändern, es verliert etwas Zeit und 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? Denn ohne kinetische Energie kann es keine Kompression geben. 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 behaupte, dass alle Körper durch die elektromagnetische Energie der Atmosphäre komprimiert werden und diese alle Körper, Stoffe und Elementarteilchen mit einer Kraft von 1,33 kg komprimiert. 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, dadurch besteht ein engerer Kontakt mit der Umgebung, sie scheinen die gesamte Kälte zu absorbieren und verlangsamen sich schnell.

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 wird deutlich, dass es sich um völlig unterschiedliche Experimente handelt, die unter unterschiedlichen Bedingungen mit unterschiedlichen wässrigen Lösungen durchgeführt wurden. Sowohl der Kern der Erläuterungen als auch die darin enthaltene Konjunktivstimmung legen den Schluss nahe, dass nicht einmal eine grundsätzliche Überprüfung der geäußerten Gedanken vorgenommen wurde. Jemand hörte zufällig eine lustige Geschichte und äußerte beiläufig seine spekulative Schlussfolgerung. Entschuldigung, aber das ist keine physikalisch-wissenschaftliche Studie, sondern ein Gespräch in einem Raucherzimmer.

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 elementarphysikalischer Sicht ist hier alles einfach. 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 die Waschmaschine ist nicht schwer: Bei kaltem Wetter macht es keinen Sinn, sauberes Wasser einzuschenken – es gefriert auf dem Glas (sogar heiß); und eine heiße, nicht gefrierende Flüssigkeit kann dazu führen, dass kaltes Glas bricht, außerdem hat das Glas aufgrund der beschleunigten Verdunstung von Alkoholen auf dem Weg zum Glas einen erhöhten Gefrierpunkt (ist jeder mit dem Funktionsprinzip einer Mondscheindestille vertraut?). ? - 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 mit der gleichen chemischen Zusammensetzung nehmen – wir nehmen 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 das Wetter draußen stabil und frostig war, etwa -25 °C. Wasser kristallisiert bei einer bestimmten Temperatur nach Abgabe der Kristallisationswärme. Die Hypothese läuft auf die Aussage hinaus, dass heißes Wasser schneller abkühlt (das stimmt, gemäß der klassischen Physik ist die Wärmeübertragungsrate proportional zur Temperaturdifferenz), behält aber eine erhöhte Abkühlrate bei, selbst wenn seine Temperatur gleich wird Temperatur von kaltem Wasser. 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? Die klassische Physik (die übrigens nicht auf Geschwätz im Raucherzimmer, sondern auf Hunderttausenden und Millionen Experimenten basiert) sagt: Nichts, die weitere Dynamik der Abkühlung wird dieselbe sein (nur das kochende Wasser wird den +20-Punkt erreichen). später). 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 aus wissenschaftlicher Sicht nichts. 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 wissen, 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. Von Menschen, die weit von der Physik entfernt sind, wird es als realer physikalischer Effekt wahrgenommen (im Sinne einiger neuer physikalischer Gesetze und nicht als Folge einer falschen Interpretation oder nur eines Mythos). Es gibt also keinen Grund, die Ergebnisse verschiedener Experimente, die unter völlig unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt wurden, als einen einzigen physikalischen Effekt zu bezeichnen.

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 2013 von einer Gruppe der University of Technology in Singapur untersucht. 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 der Effekt mit dem Unterschied in den in Wasserstoffbrückenbindungen gespeicherten Energien zusammen.

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 sich mit den neuesten Ergebnissen vertraut machen können (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 die Erklärung meines Erachtens in der molekularen Struktur des Wassers gesucht werden. Wasser (wie ich aus der populärwissenschaftlichen Literatur erfahren habe) existiert nicht als einzelne H2O-Moleküle, sondern als Cluster mehrerer Moleküle (sogar Dutzende). Wenn die Temperatur des Wassers steigt, erhöht sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle, die Cluster brechen gegeneinander auf und die Valenzbindungen der 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, erfolgt die Bildung des Kristallgitters 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, sind oberflächliche Merkmale (Eigenschaften), daher 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 einer Plastikflasche gefriert bei geöffnetem Verschluss 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]

Andrej, 08.11.2015 08:58

Es tut mir leid, ich habe die falsche E-Mail-Adresse angegeben. 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 Abkühlungsrate der verbleibenden Wassermasse) Das ist alles, wenn Sie vom „Experimentieren“ wegkommen und sich an die grundlegenden Grundlagen der Wissenschaft erinnern

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

Zunächst eine Analogie zu Feststoffen (es gibt keinen Verdunstungsprozess). Ich habe kürzlich Kupferwasserrohre gelötet. Der Prozess erfolgt durch Erhitzen eines Gasbrenners auf die Schmelztemperatur des Lots. 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 der äußeren kalten Partikel größer ist, können schnelle Partikel, die ihre Wärmeenergie abgeben, die äußeren kalten Partikel 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 dies 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. Wenn das kochende Wasser abkühlt, wird seine Dichte daher schließlich geringer sein als die von Rohwasser bei derselben Temperatur. Es gibt keine anderen Gründe für unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten als unterschiedliche Dichten.

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 :)

Wasser ist eine der erstaunlichsten Flüssigkeiten der Welt, die ungewöhnliche Eigenschaften besitzt. Beispielsweise hat Eis, ein fester flüssiger Zustand, ein geringeres spezifisches Gewicht als Wasser selbst, was die Entstehung und Entwicklung von Leben auf der Erde weitgehend ermöglichte. Darüber hinaus gibt es in der pseudowissenschaftlichen und wissenschaftlichen Welt Diskussionen darüber, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt. Wer nachweisen kann, dass heiße Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen schneller gefriert und seine Lösung wissenschaftlich untermauert, erhält von der britischen Royal Society of Chemists eine Belohnung von 1.000 £.

Hintergrund

Dass heißes Wasser unter bestimmten Bedingungen schneller gefriert als kaltes Wasser, wurde bereits im Mittelalter beobachtet. Francis Bacon und René Descartes haben sich viel Mühe gegeben, dieses Phänomen zu erklären. Aus Sicht der klassischen Wärmetechnik ist dieses Paradox jedoch nicht erklärbar und man hat versucht, es schüchtern zu vertuschen. Den Anstoß für die Fortsetzung der Debatte gab eine etwas merkwürdige Geschichte, die dem tansanischen Schüler Erasto Mpemba im Jahr 1963 widerfuhr. Eines Tages, während einer Unterrichtsstunde zum Zubereiten von Desserts an einer Kochschule, hatte der Junge, abgelenkt von anderen Dingen, keine Zeit, die Eismischung rechtzeitig abzukühlen und stellte eine heiße Zucker-Milch-Lösung in den Gefrierschrank. Zu seiner Überraschung kühlte das Produkt etwas schneller ab als das seiner Kommilitonen, die das Temperaturregime bei der Eiszubereitung beobachteten.

Um die Essenz des Phänomens zu verstehen, wandte sich der Junge an einen Physiklehrer, der, ohne ins Detail zu gehen, seine kulinarischen Experimente lächerlich machte. Erasto zeichnete sich jedoch durch beneidenswerte Hartnäckigkeit aus und setzte seine Experimente nicht mit Milch, sondern mit Wasser fort. Er kam zu der Überzeugung, dass heißes Wasser in manchen Fällen schneller gefriert als kaltes Wasser.

Nach seinem Eintritt in die Universität von Daressalam besuchte Erasto Mpembe einen Vortrag von Professor Dennis G. Osborne. Nach Abschluss stellte der Student den Wissenschaftler vor ein Problem mit der Geschwindigkeit des Gefrierens von Wasser in Abhängigkeit von seiner Temperatur. D.G. Osborne machte sich über die bloße Fragestellung lustig und erklärte mit Gelassenheit, dass jeder arme Student wisse, dass kaltes Wasser schneller gefriert. Allerdings machte sich die natürliche Hartnäckigkeit des jungen Mannes bemerkbar. Er schloss eine Wette mit dem Professor ab und schlug vor, hier im Labor einen experimentellen Test durchzuführen. Erasto stellte zwei Behälter mit Wasser in den Gefrierschrank, einen bei 95 °F (35 °C) und den anderen bei 212 °F (100 °C). Stellen Sie sich die Überraschung des Professors und der umstehenden „Fans“ vor, als das Wasser im zweiten Behälter schneller gefror. Seitdem wird dieses Phänomen als „Mpemba-Paradoxon“ bezeichnet.

Allerdings gibt es bisher keine kohärente theoretische Hypothese, die das „Mpemba-Paradoxon“ erklärt. Es ist nicht klar, welche äußeren Faktoren, die chemische Zusammensetzung des Wassers, das Vorhandensein darin gelöster Gase und Mineralien, die Gefriergeschwindigkeit von Flüssigkeiten bei unterschiedlichen Temperaturen beeinflussen. Das Paradoxe am „Mpemba-Effekt“ besteht darin, dass er einem der von I. Newton entdeckten Gesetze widerspricht, wonach die Abkühlzeit von Wasser direkt proportional zum Temperaturunterschied zwischen der Flüssigkeit und der Umgebung ist. Und wenn alle anderen Flüssigkeiten diesem Gesetz vollständig gehorchen, dann ist Wasser in manchen Fällen eine Ausnahme.

Warum gefriert heißes Wasser schneller?T

Es gibt verschiedene Versionen, warum heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser. Die wichtigsten sind:

heißes Wasser verdunstet schneller, während sein Volumen abnimmt und ein kleineres Flüssigkeitsvolumen schneller abkühlt – beim Kühlen von Wasser von + 100 °C auf 0 °C erreichen die Volumenverluste bei Atmosphärendruck 15 %;
Je größer der Temperaturunterschied, desto höher ist die Intensität des Wärmeaustauschs zwischen der Flüssigkeit und der Umgebung, sodass der Wärmeverlust von kochendem Wasser schneller erfolgt.
Wenn heißes Wasser abkühlt, bildet sich auf seiner Oberfläche eine Eiskruste, die verhindert, dass die Flüssigkeit vollständig gefriert und verdunstet.
Bei hohen Wassertemperaturen kommt es zu einer Konvektionsmischung, die die Gefrierzeit verkürzt.
In Wasser gelöste Gase senken den Gefrierpunkt und entziehen Energie für die Kristallbildung – in heißem Wasser sind keine gelösten Gase enthalten.

Alle diese Bedingungen wurden wiederholt experimentell getestet. Insbesondere der deutsche Wissenschaftler David Auerbach entdeckte, dass die Kristallisationstemperatur von heißem Wasser etwas höher ist als die von kaltem Wasser, was dazu führt, dass ersteres schneller gefriert. Später wurden seine Experimente jedoch kritisiert und viele Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass der „Mpemba-Effekt“, der bestimmt, welches Wasser schneller gefriert – heiß oder kalt – nur unter bestimmten Bedingungen reproduziert werden kann, nach denen bisher niemand gesucht und spezifiziert hat.

Typ