Miks kuum vesi aurustub kiiremini kui külm vesi? Mpemba efekt ehk miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi

Selles artiklis vaatleme, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm.

Kuumutatud vesi külmub palju kiiremini kui külm vesi! See hämmastav vara vesi, mille täpset seletust teadlased siiani ei leia, on teada juba iidsetest aegadest. Näiteks isegi Aristoteleses on talvise kalapüügi kirjeldus: kalurid pistsid õnge jää aukudesse ja et need kiiremini ära külmuks, kallasid jääle sooja vett. Selle nähtuse nimi sai nime Erasto Mpemba järgi XX sajandi 60ndatel. Mnemba märkas jäätise valmistamisel kummalist efekti ja pöördus selgituse saamiseks oma füüsikaõpetaja dr Denis Osborni poole. Mpemba ja dr Osborn katsetasid veega erinevad temperatuurid ja jõudis järeldusele: peaaegu keev vesi hakkab külmuma palju kiiremini kui toatemperatuuril vesi. Teised teadlased on teinud oma katseid ja iga kord on nad saanud sarnaseid tulemusi.

Füüsikalise nähtuse seletus

Puudub üldtunnustatud seletus, miks see juhtub. Paljud teadlased väidavad, et kõik on seotud vedeliku ülejahutusega, mis tekib siis, kui selle temperatuur langeb alla külmumispunkti. Ehk kui vesi külmub temperatuuril alla 0°C, siis ülejahutatud vee temperatuur võib olla näiteks -2°C ja jääda siiski vedelaks, ilma jääks muutumata. Kui proovime külma vett külmutada, on tõenäoline, et see jahtub alguses üle ja kõveneb alles mõne aja pärast. Kuumutatud vees toimuvad muud protsessid. Selle kiirem jääks muutumine on seotud konvektsiooniga.

Konvektsioon- See on füüsiline nähtus, mille korral vedeliku soojad alumised kihid tõusevad ja ülemised, jahutatud, langevad.

Kumb vesi külmub kiiremini, kas kuum või külm, seda mõjutavad paljud tegurid, kuid küsimus ise tundub veidi kummaline. Füüsikast teatakse, et kuum vesi vajab veel aega, et jahtuda temperatuurini, mis on võrreldav külm vesi jääks muutuma. Külm vesi võib selle etapi vahele jätta ja vastavalt sellele võidab see õigeaegselt.

Kuid vastust küsimusele, milline vesi külmub pakasega tänaval kiiremini - külm või kuum, teab iga põhjalaiuskraadi elanik. Tegelikult tuleb teaduslikult välja, et igal juhul peab külm vesi lihtsalt kiiremini külmuma.

Nii tegi ka füüsikaõpetaja, kelle poole pöördus 1963. aastal koolipoiss Erasto Mpemba palvega selgitada, miks tulevase jäätise külm segu külmub kauem kui sarnane, kuid kuum.

"See pole maailma füüsika, vaid mingi Mpemba füüsika"

Toona õpetaja ainult naeris selle peale, aga füüsikaprofessor Deniss Osborne, kes käis omal ajal samas koolis, kus Erasto õppis, kinnitas katseliselt sellise efekti olemasolu, kuigi sel hetkel polnud sellele seletust. . 1969. aastal avaldas populaarteaduslik ajakiri kahe mehe ühise artikli, kes kirjeldasid seda omapärast efekti.

Sellest ajast peale, muide, on küsimusel, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm, oma nimetus - efekt või paradoks, Mpemba.

Küsimus on olnud juba pikka aega

Loomulikult on sellist nähtust varemgi esinenud ja seda on mainitud ka teiste teadlaste töödes. See küsimus ei huvitanud mitte ainult koolipoissi, vaid Rene Descartes ja isegi Aristoteles mõtlesid sellele omal ajal.

Siin on vaid lähenemisviise selle paradoksi lahendamiseks, mida hakati vaatama alles kahekümnenda sajandi lõpus.

Tingimused paradoksi tekkimiseks

Nagu jäätise puhul, ei külmu katse käigus lihtsalt tavaline vesi. Selleks, et hakata vaidlema, kumb vesi külmub kiiremini - külm või kuum, peavad olema teatud tingimused. Mis seda protsessi mõjutab?

Nüüd, 21. sajandil, on välja pakutud mitu võimalust, mis võivad seda paradoksi selgitada. Milline vesi külmub kiiremini, kuum või külm, võib sõltuda sellest, et selle aurustumiskiirus on kõrgem kui külmal. Seega selle maht väheneb ja mahu vähenemisel muutub külmumisaeg lühemaks kui siis, kui võtaksime sarnase algmahu külma vett.

Sügavkülm on juba ammu sulanud

Milline vesi külmub kiiremini ja miks, seda võib mõjutada eksperimendis kasutatud külmiku sügavkülmikus esineda võiv lumevooder. Kui võtame kaks mahutit, mis on mahult identsed, kuid ühes neist on kuum vesi ja teises külm, mahuti kuum vesi sulatab selle all oleva lume, parandades seeläbi termilise taseme kontakti külmiku seinaga. konteiner koos külm vesi ei saa seda teha. Kui külmkapis sellist lumega vooderdust pole, peaks külm vesi kiiremini külmuma.

Ülemine - alumine

Samuti selgitatakse nähtust, mille kohaselt vesi külmub kiiremini - kuumalt või külmalt, järgmiselt. Teatud seaduspärasusi järgides hakkab külm vesi jäätuma ülemistest kihtidest, kui kuum vesi teeb seda vastupidi - hakkab külmuma alt üles. Selgub, et külm vesi, mille peal on külm kiht, mille peal on kohati juba tekkinud jää, halvendab seega konvektsiooni ja soojuskiirguse protsesse, selgitades sellega, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum. Lisatud on foto amatöörkatsetest ja siin on see selgelt nähtav.

Kuumus kustub, kaldudes ülespoole, ja seal kohtub see väga jaheda kihiga. Soojuskiirgusele pole vaba teed, mistõttu jahutusprotsess muutub keeruliseks. Kuuma vee teel pole selliseid tõkkeid. Kumb külmub kiiremini - külm või kuum, millest sõltub tõenäoline tulemus, saate vastust laiendada, öeldes, et igas vees on teatud aineid lahustunud.

Lisandid vee koostises kui tulemust mõjutav tegur

Kui sa ei peta ja kasutad sama koostisega vett, kus teatud ainete kontsentratsioonid on identsed, siis külm vesi peaks külmuma kiiremini. Aga kui olukord tekib siis, kui lahustunud keemilised elemendid saadaval ainult kuumas vees, samas kui külmas vees neid pole, siis on võimalus kuumal veel varem külmuda. Seda seletatakse asjaoluga, et vees lahustunud ained loovad kristallisatsioonikeskused ja nende tsentrite vähese arvu korral on vee muutmine tahkeks olekuks keeruline. Isegi vee ülejahutamine on võimalik selles mõttes, et miinustemperatuuril on see vedelas olekus.

Kuid kõik need versioonid ilmselt teadlastele lõpuni ei sobinud ja nad jätkasid selle küsimuse kallal tööd. 2013. aastal ütles Singapuri teadlaste meeskond, et nad on lahendanud igivana mõistatuse.

Rühm Hiina teadlasi väidab, et selle efekti saladus peitub energia hulgas, mis salvestub veemolekulide vahele selle sidemetes, mida nimetatakse vesiniksidemeteks.

Hiina teadlaste vastus

Järgneb lisateave, mille mõistmiseks on vaja mõningaid teadmisi keemiast, et aru saada, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Nagu teate, koosneb see kahest H (vesiniku) aatomist ja ühest O (hapniku) aatomist, mida hoiavad koos kovalentsed sidemed.

Kuid ühe molekuli vesinikuaatomeid tõmbavad ka naabermolekulid, nende hapnikukomponent. Neid sidemeid nimetatakse vesiniksidemeteks.

Samas tasub meeles pidada, et samal ajal mõjuvad veemolekulid üksteisele tõrjuvalt. Teadlased märkisid, et kui vett kuumutatakse, suureneb selle molekulide vaheline kaugus ja seda soodustavad tõrjuvad jõud. Selgub, et külmas olekus molekulide vahel ühe vahemaa hõivamisel võib öelda, et need venivad ja neil on suurem energiavarustus. Just see energiavaru vabaneb siis, kui veemolekulid hakkavad üksteisele lähenema, st toimub jahtumine. Selgub, et suurem energiavaru kuumas vees ja selle suurem vabanemine miinustemperatuurini jahutamisel toimub kiiremini kui külmas vees, mille energiavaru on väiksem. Niisiis, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum? Tänaval ja laboris peaks tekkima Mpemba paradoks ja kuum vesi peaks muutuma kiiremini jääks.

Kuid küsimus on endiselt lahtine

Sellel vihjel on vaid teoreetiline kinnitus – kõik see on ilusate valemitega kirja pandud ja tundub usutav. Kuid kui eksperimentaalsed andmed, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm, asetatakse praktilisse tähendusse ja esitatakse nende tulemused, siis on võimalik Mpemba paradoksi küsimust lõpetatuks lugeda.

21.11.2017 11.10.2018 Aleksander Firtsev

« Milline vesi külmub kiiremini külm või kuum?”- proovige esitada oma sõpradele küsimus, tõenäoliselt vastab enamik neist, et külm vesi külmub kiiremini - ja teeb vea.

Tegelikult, kui panna sügavkülma korraga kaks ühesuguse kuju ja mahuga anumat, millest üks sisaldab külma ja teine ​​kuuma vett, külmub kuum vesi kiiremini.

Selline väide võib tunduda absurdne ja ebamõistlik. Loogiliselt võttes peab kuum vesi esmalt jahtuma külma temperatuurini ja külm vesi peaks sel ajal juba jääks muutuma.

Miks ületab kuum vesi külmumise teel külma vee? Proovime selle välja mõelda.

Vaatluste ja uurimistöö ajalugu

Inimesed on paradoksaalset mõju täheldanud iidsetest aegadest peale, kuid keegi pole seda andnud eriline tähendus. Nii märkisid Arestotel, aga ka Rene Descartes ja Francis Bacon oma märkmetes ebakõlasid külma ja kuuma vee külmumise kiiruses. ebatavaline nähtus avaldub sageli igapäevaelus.

Pikka aega ei uuritud nähtust kuidagi ja see ei tekitanud teadlastes erilist huvi.

Ebatavalise efekti uurimine algas 1963. aastal, kui Tansaaniast pärit uudishimulik tudeng Erasto Mpemba märkas, et jäätise jaoks mõeldud kuum piim külmub kiiremini kui külm piim. Lootes saada selgitust ebatavalise efekti põhjuste kohta, küsis noormees koolis oma füüsikaõpetajalt. Õpetaja aga ainult naeris tema üle.

Hiljem kordas Mpemba katset, kuid oma katses ei kasutanud ta enam piima, vaid vett ning paradoksaalne efekt kordus uuesti.

Kuus aastat hiljem, 1969. aastal, esitas Mpemba selle küsimuse füüsikaprofessor Dennis Osborne’ile, kes tuli tema kooli. Professor tundis huvi noormehe vaatluse vastu, selle tulemusena viidi läbi eksperiment, mis kinnitas efekti olemasolu, kuid selle nähtuse põhjuseid ei tuvastatud.

Sellest ajast alates on nähtust nn Mpemba efekt.

Kogu teaduslike vaatluste ajaloo jooksul on nähtuse põhjuste kohta püstitatud palju hüpoteese.

Nii kuulutab Briti Kuninglik Keemia Selts 2012. aastal välja hüpoteeside konkursi Mpemba efekti selgitamiseks. Konkursil osales teadlasi üle maailma, kokku registreerus 22 000 inimest teaduslikud tööd. Vaatamata muljetavaldavale artiklite arvule ei selgitanud ükski neist Mpemba paradoksi.

Levinum versioon oli, mille kohaselt kuum vesi külmub kiiremini, kuna see lihtsalt aurustub kiiremini, väheneb selle maht ja mahu vähenedes suureneb jahutuskiirus. Kõige levinum versioon lükati lõpuks ümber, kuna viidi läbi katse, milles aurustumine oli välistatud, kuid mõju leidis siiski kinnitust.

Teised teadlased arvasid, et Mpemba efekti põhjuseks on vees lahustunud gaaside aurustumine. Nende arvates aurustuvad kütteprotsessi käigus vees lahustunud gaasid, mille tõttu see omandab suurema tiheduse kui külm vesi. Nagu teada, toob tiheduse suurenemine kaasa muutuse füüsikalised omadused vesi (soojusjuhtivuse suurenemine) ja seega jahutuskiiruse suurendamine.

Lisaks on püstitatud mitmeid hüpoteese, mis kirjeldavad vee ringluse kiirust temperatuuri funktsioonina. Paljudes uuringutes on püütud tuvastada seost nende anumate materjali vahel, milles vedelik asus. Paljud teooriad tundusid vägagi usutavad, kuid neid ei saanud teaduslikult kinnitada esialgsete andmete puudumise, teiste katsete vastuolude tõttu või seetõttu, et tuvastatud tegurid ei olnud lihtsalt võrreldavad vesijahtumise kiirusega. Mõned teadlased seadsid oma töödes kahtluse alla efekti olemasolu.

2013. aastal väitsid Singapuri Nanyangi tehnikaülikooli teadlased, et on lahendanud Mpemba efekti mõistatuse. Nende uurimuse järgi peitub nähtuse põhjus selles, et külma ja kuuma vee molekulide vahelistesse vesiniksidemetesse salvestatud energia hulk erineb oluliselt.

meetodid arvutisimulatsioon näitas järgmised tulemused: mida kõrgem on vee temperatuur, seda suurem on molekulide vaheline kaugus, kuna tõukejõud suurenevad. Ja järelikult venivad molekulide vesiniksidemed, säilitades suur kogus energiat. Jahtumisel hakkavad molekulid üksteisele lähenema, vabastades vesiniksidemetest energiat. Sel juhul kaasneb energia vabanemisega temperatuuri langus.

2017. aasta oktoobris leidsid Hispaania füüsikud ühe teise uuringu käigus, et efekti tekkimisel mängib suurt rolli just aine eemaldamine tasakaalust (tugev kuumutamine enne tugevat jahutamist). Nad määrasid kindlaks tingimused, mille korral on efekti tõenäosus maksimaalne. Lisaks on Hispaania teadlased kinnitanud vastupidise Mpemba efekti olemasolu. Nad leidsid, et kuumutamisel võib külmem proov saavutada kõrge temperatuuri kiiremini kui soe.

Vaatamata ammendavale teabele ja arvukatele katsetele kavatsevad teadlased selle mõju uurimist jätkata.

Mpemba efekt päriselus

Kas olete kunagi mõelnud, miks talvel täitub uisuväljak kuuma veega, mitte külmaga? Nagu te juba aru saite, teevad nad seda seetõttu, et kuuma veega täidetud liuväli külmub kiiremini kui siis, kui see oleks täidetud külma veega. Samal põhjusel valatakse talviste jäälinnakute liumäed kuuma veega.

Seega võimaldavad teadmised nähtuse olemasolust inimestel talispordialade ettevalmistamisel aega kokku hoida.

Lisaks kasutatakse Mpemba efekti mõnikord ka tööstuses – vett sisaldavate toodete, ainete ja materjalide külmumisaja vähendamiseks.

Briti Kuninglik Keemia Selts pakub 1000 naela suurust preemiat kõigile, kes oskavad selgitada teaduslik punkt vaadake, miks mõnel juhul külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi.

"Tänapäeva teadus ei suuda sellele pealtnäha lihtsale küsimusele ikka veel vastata. Jäätisevalmistajad ja baarmenid kasutavad seda efekti oma igapäevatöös, kuid keegi ei tea tegelikult, miks see toimib. See probleem on olnud teada aastatuhandeid ning filosoofid nagu Aristoteles ja Descartes on selle peale mõelnud,” ütles Briti Kuningliku Keemiaühingu president professor David Philips seltsi pressiteates.

Kuidas Aafrika kokk võitis Briti füüsikaprofessorit

See pole aprillinali, vaid karm füüsiline reaalsus. Tänapäeva teadus, mis lihtsalt opereerib galaktikate ja mustade aukudega, ehitades hiiglaslikke kiirendeid kvarkide ja bosonite otsimiseks, ei suuda seletada, kuidas elementaarne vesi "töötab". Kooliõpik ütleb ühemõtteliselt, et kuuma keha jahutamiseks kulub rohkem aega kui külma keha jahutamiseks. Kuid vee puhul seda seadust alati ei järgita. Aristoteles juhtis sellele paradoksile tähelepanu 4. sajandil eKr. e. Vanakreeklane kirjutas raamatus "Meteorologica I" järgmiselt: "Asjaolu, et vesi on eelsoojendatud, aitab kaasa selle jäätumisele. Seetõttu panevad paljud inimesed, kui nad soovivad kuuma vett kiiresti jahutada, kõigepealt päikese kätte ... ”Keskajal püüdsid Francis Bacon ja Rene Descartes seda nähtust selgitada. Paraku ei õnnestunud see ei suurtel filosoofidel ega arvukatel klassikalist soojusfüüsikat välja töötanud teadlastel ja seetõttu "unustati" selline ebamugav fakt pikka aega.

Ja alles 1968. aastal “mäletasid” nad tänu Tansaaniast pärit koolipoisile Erasto Mpembale, kaugel ühestki teadusest. Kokakoolis õppides sai 13-aastane Mpembe 1963. aastal ülesandeks valmistada jäätist. Tehnoloogia järgi oli vaja piim keeta, selles suhkur lahustada, toatemperatuurini jahutada ning seejärel külmkappi tarduma panna. Ilmselt polnud Mpemba usin õpilane ja kõhkles. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud kõigi reeglite järgi.

Kui Mpemba oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, tegi ta tema üle kogu klassi ees nalja. Mpembale jäi solvang meelde. Viis aastat hiljem, olles juba Dar es Salaami ülikooli üliõpilane, oli ta kuulsa füüsiku Denis G. Osborne'i loengus. Pärast loengut esitas ta teadlasele küsimuse: "Kui võtta kaks identset anumat sama koguse veega, millest üks on 35 °C (95 °F) ja teine ​​100 °C (212 °F), ja asetada need sügavkülma, siis külmub kuumas anumas vesi kiiremini. Miks?" Võite ette kujutada Briti professori reaktsiooni jumalast hüljatud Tansaaniast pärit noormehe küsimusele. Ta tegi õpilase üle nalja. Mpemba oli aga selliseks vastuseks valmis ja esitas teadlasele väljakutse. Nende vaidlus kulmineerus eksperimentaalse testiga, mis tõestas, et Mpembal oli õigus ja Osborne võitis. Nii kirjutas kokaõpilane oma nime teadusajalukku ja edaspidi nimetatakse seda nähtust "Mpemba efektiks". Selle kõrvale heitmine, justkui "olematuks" kuulutamine ei toimi. Nähtus on olemas ja, nagu luuletaja kirjutas, "mitte jalaga hambas".

Kas selles on süüdi tolmuosakesed ja lahustunud ained?

Aastate jooksul on paljud püüdnud lahti harutada vee külmumise saladust. Selle nähtuse kohta on pakutud välja terve hulk selgitusi: aurustumine, konvektsioon, lahustunud ainete mõju – kuid ühtegi neist teguritest ei saa pidada lõplikuks. Paljud teadlased pühendasid kogu oma elu Mpemba efektile. Kiirgusohutuse osakonna töötaja Riiklik Ülikool New York – James Brownridge – sisse vaba aeg on paradoksi uurinud juba üle kümne aasta. Pärast sadade katsete läbiviimist väidab teadlane, et tal on tõendeid hüpotermia "süü" kohta. Brownridge selgitab, et temperatuuril 0 °C vesi ainult ülijahtub ja hakkab külmuma, kui temperatuur langeb allapoole. Külmumistemperatuuri reguleerivad vees leiduvad lisandid – need muudavad jääkristallide tekkekiirust. Lisanditel, milleks on tolmuosakesed, bakterid ja lahustunud soolad, on oma iseloomulik tuumamistemperatuur, kui kristallisatsioonikeskuste ümber moodustuvad jääkristallid. Kui vees on korraga mitu elementi, määrab külmumispunkti see, millel on kõige rohkem kõrge temperatuur tuumastumine.

Katse jaoks võttis Brownridge kaks sama temperatuuriga veeproovi ja asetas need sügavkülma. Ta leidis, et üks isenditest külmub alati enne teist – oletatavasti erineva lisandite kombinatsiooni tõttu.

Brownridge väidab, et kuum vesi jahtub kiiremini tänu rohkem erinevust vee ja sügavkülmiku temperatuuride vahel – see aitab jõuda külmumispunktini enne, kui külm vesi saavutab oma loomuliku külmumispunkti, mis on vähemalt 5°C madalam.

Brownridge'i arutluskäik tekitab aga palju küsimusi. Seetõttu on neil, kes suudavad Mpemba efekti omal moel selgitada, võimalus võistelda Briti Kuningliku Keemiaühingu tuhande naelsterlingi eest.

Paljud teadlased on esitanud ja esitavad oma versioonid, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Tundub paradoksaalne – külmumiseks peab kuum vesi ju kõigepealt maha jahtuma. Kuid fakt jääb faktiks ja teadlased selgitavad seda erineval viisil.

Peamised versioonid

Praegu on seda fakti selgitavad mitmed versioonid:

1. Kuna kuumas vees aurustumine on kiirem, väheneb selle maht. Väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini.
2. Külmiku sügavkülmkambril on lumevooder. Kuuma vett sisaldav anum sulatab selle all oleva lume. See parandab termilist kontakti sügavkülmikuga.
3. Külma vee külmutamine, erinevalt kuumast, algab ülalt. Sel juhul süvenevad konvektsioon ja soojuskiirgus ning sellest tulenevalt ka soojuskadu.
4. Külmas vees on kristallisatsioonikeskused - selles lahustunud ained. Nende vähese sisaldusega vees on jäätumine keeruline, kuigi samal ajal on selle hüpotermia võimalik - kui see on miinustemperatuuril vedelas olekus.

Kuigi seda on aus öelda see efekt ei ole alati täheldatud. Külm vesi külmub sageli kiiremini kui kuum vesi.

Mis temperatuuril vesi külmub

Miks vesi üldse külmub? See sisaldab teatud koguses mineraalseid või orgaanilisi osakesi. Need võivad olla näiteks väga peened liiva-, tolmu- või saviosakesed. Õhutemperatuuri langedes muutuvad need osakesed keskusteks, mille ümber tekivad jääkristallid.

Kristallisatsioonituumade rolli võivad täita ka õhumullid ja praod vett sisaldavas anumas. Vee jääks muutumise protsessi kiirust mõjutab suuresti selliste keskuste arv – kui neid on palju, külmub vedelik kiiremini. Normaaltingimustes normaalse atmosfäärirõhu juures läheb vesi temperatuuril 0 kraadi vedelikust tahkesse olekusse.

Mpemba efekti olemus

Mpemba efekti mõistetakse paradoksina, mille olemus seisneb selles, et teatud asjaoludel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi. Seda nähtust märkasid Aristoteles ja Descartes. Kuid alles 1963. aastal tegi Tansaaniast pärit koolipoiss Erasto Mpemba kindlaks, et kuum jäätis külmub rohkem kui lühikest aega kui külm. Sellise järelduse tegi ta toiduvalmistamise ülesannet täites.

Ta pidi suhkru keedetud piimas lahustama ja pärast jahutamist külmkappi külmuma panema. Ilmselt ei erinenud Mpemba erilise hoolsuse poolest ja hakkas ülesande esimest osa täitma hilja. Seetõttu ei oodanud ta piima jahtumist, vaid pani selle kuumalt külmkappi. Suur oli tema üllatus, kui see külmus isegi kiiremini kui klassikaaslastel, kes tegid tööd etteantud tehnoloogia järgi.

See asjaolu huvitas noormeest väga ja ta alustas katseid tavalise veega. 1969. aastal avaldas ajakiri Physics Education Mpemba ja Dar es Salaami ülikooli professori Dennis Osborni uurimistöö tulemused. Nende kirjeldatud efektile anti nimi Mpemba. Kuid isegi tänapäeval pole nähtusel selget seletust. Kõik teadlased nõustuvad, et peamine roll selles on jahutatud ja kuuma vee omaduste erinevustel, kuid mis täpselt, pole teada.

Singapuri versioon

Ka ühe Singapuri ülikooli füüsikuid huvitas küsimus, kumb vesi külmub kiiremini – kuum või külm? Xi Zhangi juhitud teadlaste meeskond selgitas seda paradoksi täpselt vee omadustega. Kõik teavad veel kooliajast vee koostist – hapnikuaatom ja kaks vesinikuaatomit. Hapnik tõmbab mingil määral vesinikust elektrone, seega on molekul teatud tüüpi "magnet".

Selle tulemusena tõmbuvad teatud molekulid vees kergelt üksteise külge ja neid ühendab vesinikside. Selle tugevus on mitu korda väiksem kui kovalentsel sidemel. Singapuri teadlased usuvad, et Mpemba paradoksi seletus peitub just vesiniksidemetes. Kui veemolekulid asetsevad üksteisele väga tihedalt, võib nii tugev molekulidevaheline interaktsioon deformeerida molekuli enda keskel asuva kovalentse sideme.

Kuid kui vett kuumutatakse, liiguvad seotud molekulid üksteisest veidi eemale. Selle tulemusena toimub molekulide keskel kovalentsete sidemete lõdvestumine koos liigse energia tagasitulekuga ja üleminekuga madalaimale energiatasemele. See toob kaasa asjaolu, et kuum vesi hakkab kiiresti jahtuma. Vähemalt nii näitavad Singapuri teadlaste teostatud teoreetilised arvutused.

Vee kiire külmutamine – 5 uskumatut nippi: video