Welk water sneller bevriest, warm of koud, wordt door veel factoren beïnvloed, maar de vraag zelf lijkt een beetje vreemd. Er wordt gesuggereerd, en het is bekend uit de natuurkunde, dat warm water nog steeds tijd nodig heeft om af te koelen tot de temperatuur van vergelijkbaar koud water om in ijs te veranderen. Met koud water kan deze etappe worden overgeslagen, en dienovereenkomstig wint hij op tijd.
Maar het antwoord op de vraag welk water sneller bevriest - koud of warm - op straat bij vorst, weet elke inwoner van de noordelijke breedtegraden. Sterker nog, wetenschappelijk blijkt dat koud water sowieso gewoon sneller moet bevriezen.
Deed de natuurkundeleraar ook, die in 1963 door de schooljongen Erasto Mpemba werd benaderd met het verzoek om uit te leggen waarom het koude mengsel van het toekomstige ijs langer bevriest dan hetzelfde, maar heet.
Dit is geen wereldfysica, maar een soort Mpemba-fysica
Destijds lachte de leraar hier alleen maar om, maar Deniss Osborn, een professor in de natuurkunde, die ooit naar dezelfde school ging waar Erasto studeerde, bevestigde experimenteel het bestaan van een dergelijk effect, hoewel er geen verklaring hiervoor dan. In 1969 publiceerde een populair wetenschappelijk tijdschrift een gezamenlijk artikel van de twee mannen die dit eigenaardige effect beschreven.
Sindsdien heeft trouwens de vraag welk water sneller bevriest - warm of koud, zijn eigen naam - het effect, of paradox, Mpemba.
De vraag is lang geleden gerezen
Natuurlijk heeft een dergelijk fenomeen eerder plaatsgevonden en werd het genoemd in de werken van andere wetenschappers. Niet alleen een schooljongen was geïnteresseerd in deze vraag, maar Francis Bacon, Rene Descartes en zelfs Aristoteles hebben er ooit over nagedacht.
Dat is gewoon de aanpak om deze paradox op te lossen die pas aan het einde van de twintigste eeuw begon te kijken.
Voorwaarden voor het optreden van een paradox
Net als bij ijs, is het niet alleen gewoon water dat bevriest tijdens het experiment. Er moeten bepaalde voorwaarden aanwezig zijn om te kunnen argumenteren welk water sneller bevriest - koud of heet. Wat beïnvloedt dit proces?
Nu, in de 21e eeuw, zijn er verschillende opties naar voren gebracht die dit kunnen verklarendeze paradox. Welk water sneller bevriest, warm of koud, kan afhangen van het feit dat warm water een hogere verdampingssnelheid heeft dan koud water. Het volume neemt dus af en met een afname van het volume wordt de bevriezingstijd korter dan wanneer u een vergelijkbare initiële hoeveelheid koud water neemt.
De vriezer is lange tijd ontdooid geweest
Welk water bevriest sneller en waarom het dat doet, kan worden beïnvloed door de sneeuwlaag in de vriezer van de koelkast die voor het experiment wordt gebruikt. Als u twee containers neemt die qua volume identiek zijn, maar een van hen heeft warm water en de andere koud water, zal de container met heet water de sneeuw eronder smelten, waardoor het contact van het thermische niveau met de koelkastwand wordt verbeterd. Een koudwaterbak kan dat niet. Als er niet zo'n voering met sneeuw in het koelvak is, zou koud water sneller moeten bevriezen.
Boven - onder
Het fenomeen waarbij water sneller bevriest - warm of koud, wordt ook als volgt uitgelegd. Volgens bepaalde wetten begint koud water uit de bovenste lagen te bevriezen, terwijl warm water het andersom doet - het begint van onder naar boven te bevriezen. Het blijkt dat koud water, met een koude laag erop en op sommige plaatsen al ijs gevormd, dus de processen van convectie en thermische straling schaadt, waardoor wordt verklaard welk water sneller bevriest - koud of warm. Foto's van amateurexperimenten zijn bijgevoegd, en dit is hier duidelijk zichtbaar.
Warmte komt naar buiten, neigt naar boven, en daar ontmoet het een zeer gekoelde laag. Er is geen vrije weg voor warmtestraling, dus het koelproces wordt moeilijk. Heet water heeft absoluut geen dergelijke barrières op zijn pad. Wat sneller bevriest - koud of heet, waarvan de waarschijnlijke uitkomst afhangt, je kunt het antwoord uitbreiden door te zeggen dat in water bepaalde stoffen zijn opgelost.
Onzuiverheden in de samenstelling van water als factor die het resultaat beïnvloedt
Als je niet vals speelt en water met dezelfde samenstelling gebruikt, waarbij de concentraties van bepaalde stoffen identiek zijn, dan zou koud water sneller moeten bevriezen. Maar als zich een situatie voordoet waarin opgeloste chemische elementen alleen in warm water aanwezig zijn, terwijl koud water ze niet heeft, dan heeft warm water de mogelijkheid om eerder te bevriezen. Dit wordt verklaard door het feit dat opgeloste stoffen in water kristallisatiecentra creëren, en met een klein aantal van deze centra is de transformatie van water in een vaste toestand moeilijk. Zelfs onderkoeling van water is mogelijk, in die zin dat het bij temperaturen onder het vriespunt in vloeibare toestand zal zijn.
Maar al deze versies waren blijkbaar niet helemaal geschikt voor de wetenschappers en ze bleven aan dit probleem werken. In 2013 zei een team van onderzoekers in Singapore dat ze het eeuwenoude mysterie hadden opgelost.
Een groep Chinese wetenschappers beweert dat het geheim van dit effect ligt in de hoeveelheid energie die is opgeslagen tussen watermoleculen in hun bindingen, waterstofbruggen genoemd.
Aanwijzingen van Chinese wetenschappers
De volgende informatie zal volgen, om dit te begrijpen moet je enige kennis van scheikunde hebben om erachter te komen welk water sneller bevriest - warm of koud. Zoals je weet, bestaat een watermolecuul uit twee H-atomen (waterstof) en één O-atoom (zuurstof), bij elkaar gehouden door covalente bindingen.
Maar waterstofatomen van één molecuul worden ook aangetrokken door naburige moleculen, door hun zuurstofcomponent. Het zijn deze bindingen die waterstofbruggen worden genoemd.
Het is de moeite waard eraan te denken dat watermoleculen tegelijkertijd weerzinwekkend op elkaar werken. Wetenschappers merkten op dat wanneer water wordt verwarmd, de afstand tussen de moleculen toeneemt, en dit wordt mogelijk gemaakt door afstotende krachten. Het blijkt dat waterstofbruggen, die in koude toestand één afstand tussen moleculen innemen, kunnen worden uitgerekt en dat ze een grotere hoeveelheid energie hebben. Het is deze energiereserve die vrijkomt wanneer watermoleculen elkaar beginnen te naderen, dat wil zeggen dat er afkoeling plaatsvindt. Het blijkt dat een grotere toevoer van energie in warm water, en de grotere afgifte ervan bij afkoeling tot temperaturen onder het vriespunt, sneller plaatsvindt dan in koud water, dat zo'n toevoer heeft.minder energie. Dus welk water bevriest sneller - koud of warm? De Mpemba-paradox zou buiten en in het laboratorium moeten plaatsvinden, en heet water zou sneller in ijs moeten veranderen.
Maar nog steeds open
Er is alleen theoretische bevestiging van deze aanwijzing - dit alles is geschreven in prachtige formules en lijkt aannemelijk. Maar wanneer de experimentele gegevens, dat water sneller bevriest - warm of koud, in praktische zin worden gebracht en hun resultaten worden gepresenteerd, dan zal het mogelijk zijn om de kwestie van de Mpemba-paradox als gesloten te beschouwen.
