Почему горячая вода замерзает быстрее холодной

Казалось бы, что вопрос элементарный и ответить на него сможет любой ребенок. Однако на самом деле это не так. В качестве примера можно указать не менее простой вопрос: «Почему из чайника раздается шум, когда в нем закипает вода?» Из этого вопроса вытекает такая проблема как кавитация. Ее решение при эксплуатации корабельных судов и водяных турбин, способствует увеличению срока действия этих агрегатов, а также увеличивает их эффективность. В некоторых случаях инженера наоборот, стремятся увеличить кавитацию. Это касается ультразвуковых воздействий (например, при удалении камней из почек либо чистке деталей при помощи ультразвука).

goryachaya voda


Подобные детские вопросы хороши тем, что заставляют ученых изучить их с любопытством и порой, подобный подход, приводит к серьезным научным открытиям.

В качестве примера можно привести случай, произошедший в школе Танзании в далеком 1963 году. Тогда один из учеников, выполняя задание по уроку кулинарии, готовил мороженое. Для его приготовления требовалось смешать на разогретой плите молоко, сахар и воду, затем остудить и поместить в холодильник. Один из стаканов со смесью ученик забыл остудить и поставил в холодильник сразу после смешивания. В результате, именно стакан с неохлажденной смесью раньше других замерз. Ученик был крайне удивлен тому, что стакан с горячей жидкостью замерз быстрее, чем с холодной. Один из преподавателей местного университета физики, узнав о таком наблюдении школьника, решил повторить его эксперимент. К его удивлению, результаты наблюдения мальчика подтвердились.

goryachaya voda2


В 1969 году этот ученый, совместно с Эрасто Мпемба (так звали школьника, установившего удивительный факт), опубликовал статью о своих экспериментах и наблюдениях. С тех пор ученые-физики до сих пор не могут окончательно определиться в чем причина подобного явления.

goryachaya voda3

В итоге, на сегодняшний день существует несколько версия того, по какой причине горячая вода замерзает быстрее холодной. Это:

  1. Испарение горячей воды происходит гораздо интенсивнее, чем холодной. В итоге, испаряющаяся вода при контакте с холодом кристаллизуется и превращается в лед.
  2. Интенсивное испарение горячей воды приводит к тому, что ее количеству уменьшается в общем объеме. А, как известно, меньшее количество вещества способно быстрее замерзнуть.
  3. Следующей версией подобного явления является то, что в горячей воде гораздо меньше центров кристаллизации и различных пылинок, поэтому она в течение некоторого времени не замерзает, а затем интенсивно, почти мгновенно превращается в лед.
  4. Расстояние между молекулами в горячей воде больше. Это связано с большей кинетической энергией молекул. Как следствие, потенциальная энергия между молекулами также имеет тенденции к росту. С началом процедуры охлаждения молекулы начинают сближаться, в результате чего энергия, находящаяся между ними, высвобождается и выделяет свободное пространство, которое способствует дополнительному охлаждению.
  5. Существует теория противоположная предыдущей. В ходе нагревания воды, связь между ее молекулами ослабевает, они сближаются и становятся ближе друг к другу, чем в процессе кристаллизации. В то время, когда температура воды достигает достаточной для образования кристаллов льда, дополнительная энергия, которая необходима для разрыва предыдущих связей, уже не требуется. В результате чего, горячая вода замерзает быстрее. В случае с холодной водой, требуются определенные временные затраты, а также расходование энергии. Поэтому она замерзает медленнее.

goryachaya voda5

Вот так, казалось бы детские вопросы способны вызвать массу рассуждений, теорий и доказательств.

goryachaya voda4


Добавить комментарий