Prečo sa horúca voda vyparuje rýchlejšie ako studená? Efekt mpemba alebo prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená

V tomto článku sa pozrieme na to, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako zima.

Ohriata voda zamrzne oveľa rýchlejšie ako studená! Toto úžasná nehnuteľnosť voda, presné vysvetlenie, ktoré vedci stále nevedia nájsť, je známe už od staroveku. Napríklad aj u Aristotela je opis zimného rybolovu: rybári vložili udice do dier v ľade, a aby rýchlejšie zamrzli, poliali ľad teplou vodou. Názov tohto fenoménu bol pomenovaný po Erastovi Mpembovi v 60-tych rokoch XX storočia. Mnemba si pri výrobe zmrzliny všimol zvláštny efekt a obrátil sa na svojho učiteľa fyziky, doktora Denisa Osborna, aby mu vysvetlil. Mpemba a Dr. Osborn experimentovali s vodou rozdielne teploty a uzavreli: takmer vriaca voda začne mrznúť oveľa rýchlejšie ako voda pri izbovej teplote. Iní vedci vykonali svoje vlastné experimenty a zakaždým dosiahli podobné výsledky.

Vysvetlenie fyzikálneho javu

Neexistuje žiadne všeobecne akceptované vysvetlenie, prečo sa to deje. Mnoho výskumníkov naznačuje, že je to všetko o podchladení kvapaliny, ku ktorému dochádza, keď jej teplota klesne pod bod mrazu. Inými slovami, ak voda zamrzne pri teplote pod 0 °C, potom môže mať podchladená voda teplotu napríklad -2 °C a stále zostáva tekutá bez toho, aby sa zmenila na ľad. Keď sa pokúsime zmraziť studenú vodu, existuje šanca, že sa najskôr podchladí a po určitom čase stvrdne. V ohriatej vode prebiehajú ďalšie procesy. Jeho rýchlejšia premena na ľad je spojená s konvekciou.

Konvekcia- Ide o fyzikálny jav, pri ktorom teplé spodné vrstvy kvapaliny stúpajú a horné, ochladzované, klesajú.

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, je ovplyvnená mnohými faktormi, ale samotná otázka sa zdá byť trochu zvláštna. Rozumie sa, a to je známe z fyziky, že horúca voda ešte potrebuje čas na ochladenie na teplotu porovnateľnú s studená voda premeniť sa na ľad. Studená voda môže túto fázu preskočiť, a preto vyhráva včas.

Ale odpoveď na otázku, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca - na ulici v mraze, vie každý obyvateľ severných zemepisných šírok. V skutočnosti sa vedecky ukazuje, že v každom prípade studená voda jednoducho musí rýchlejšie zamrznúť.

Rovnako tak aj učiteľ fyziky, ktorého v roku 1963 oslovil školák Erasto Mpemba s prosbou o vysvetlenie, prečo studená zmes budúcej zmrzliny mrzne dlhšie ako podobná, no horúca.

"Toto nie je svetová fyzika, ale nejaký druh fyziky Mpemba"

V tom čase sa tomu učiteľ iba zasmial, ale Deniss Osborne, profesor fyziky, ktorý kedysi chodil do tej istej školy, kde študoval Erasto, experimentálne potvrdil existenciu takéhoto účinku, hoci vtedy neexistovalo žiadne vysvetlenie. . V roku 1969 publikoval populárny vedecký časopis spoločný článok dvoch mužov, ktorí opísali tento zvláštny efekt.

Odvtedy, mimochodom, otázka, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - horúca alebo studená, má svoj vlastný názov - efekt, alebo paradox, Mpemba.

Otázka je tu už dlho

Prirodzene, takýto jav sa už vyskytol a bol spomenutý v prácach iných vedcov. O túto otázku sa zaujímal nielen školák, ale svojho času o nej uvažoval aj René Descartes a dokonca aj Aristoteles.

Tu sú len prístupy k riešeniu tohto paradoxu začali hľadať až na konci dvadsiateho storočia.

Podmienky pre vznik paradoxu

Rovnako ako pri zmrzline, pri experimente nezamrzne len obyčajná voda. Aby sa mohli začať hádať, ktorá voda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca, musia byť prítomné určité podmienky. Čo ovplyvňuje tento proces?

Teraz, v 21. storočí, bolo predložených niekoľko možností, ktoré môžu vysvetliť tento paradox. Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, môže závisieť od skutočnosti, že má vyššiu rýchlosť odparovania ako studená voda. Zmenšuje sa teda jej objem a s úbytkom objemu sa čas tuhnutia skracuje, ako keby sme odobrali podobný počiatočný objem studenej vody.

Mraznička je už dávno odmrazená

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie a prečo to tak je, môže byť ovplyvnené snehovou výstelkou, ktorá sa môže nachádzať v mrazničke chladničky použitej na experiment. Ak vezmeme dve nádoby rovnakého objemu, ale v jednej z nich bude horúca voda a v druhej - studená, nádoba s horúca voda roztápa sneh pod ním, čím zlepšuje kontakt tepelnej hladiny so stenou chladničky. nádoba s studená voda nemôže to urobiť. Ak v chladničke takéto obloženie snehom nie je, studená voda by mala rýchlejšie zamrznúť.

Hore - dole

Tiež jav, ktorého voda zamrzne rýchlejšie - horúca alebo studená, je vysvetlený nasledovne. Pri dodržaní určitých zákonitostí začne studená voda zamŕzať z vrchných vrstiev, kým horúca to urobí naopak – začne mrznúť zdola nahor. Ukazuje sa, že studená voda, ktorá má na vrchu studenú vrstvu s už vytvoreným ľadom na niektorých miestach, tak zhoršuje procesy konvekcie a tepelného žiarenia, čím sa vysvetľuje, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Priložená je fotografia z amatérskych experimentov a tu je dobre viditeľná.

Teplo ide von, smeruje nahor a tam sa stretáva s veľmi chladnou vrstvou. Neexistuje žiadna voľná cesta pre tepelné žiarenie, takže proces chladenia sa stáva ťažkým. Horúca voda nemá na svojej ceste absolútne žiadne takéto bariéry. Ktorá mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, od čoho závisí pravdepodobný výsledok, môžete odpoveď rozšíriť tým, že akákoľvek voda má v sebe rozpustené určité látky.

Nečistoty v zložení vody ako faktor ovplyvňujúci výsledok

Ak nepodvádzate a používate vodu s rovnakým zložením, kde sú koncentrácie určitých látok identické, tak by studená voda mala zamrznúť rýchlejšie. Ak ale nastane situácia, kedy sa rozp chemické prvky k dispozícii iba v horúcej vode, zatiaľ čo studená voda ich nemá, potom existuje možnosť, že horúca voda zamrzne skôr. Vysvetľuje sa to tým, že rozpustené látky vo vode vytvárajú centrá kryštalizácie a pri malom počte týchto centier je premena vody do tuhého skupenstva náročná. Dokonca je možné aj podchladenie vody v tom zmysle, že pri mínusových teplotách bude v kvapalnom stave.

Všetky tieto verzie však vedcom zjavne nevyhovovali a pokračovali v práci na tejto otázke. V roku 2013 tím výskumníkov v Singapure povedal, že vyriešili starú záhadu.

Skupina čínskych vedcov tvrdí, že tajomstvo tohto efektu spočíva v množstve energie, ktorá je uložená medzi molekulami vody v jej väzbách, nazývaných vodíkové väzby.

Odpoveď čínskych vedcov

Nasledujú ďalšie informácie, na pochopenie ktorých je potrebné mať určité znalosti z chémie, aby ste zistili, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - horúca alebo studená. Ako viete, pozostáva z dvoch atómov H (vodíka) a jedného atómu O (kyslíka), ktoré sú spojené kovalentnými väzbami.

Ale atómy vodíka jednej molekuly sú priťahované aj susednými molekulami, ich kyslíkovou zložkou. Tieto väzby sa nazývajú vodíkové väzby.

Zároveň je potrebné pripomenúť, že molekuly vody na seba súčasne pôsobia odpudivo. Vedci poznamenali, že keď sa voda zahrieva, vzdialenosť medzi jej molekulami sa zväčšuje, čo je uľahčené odpudivými silami. Ukazuje sa, že pri obsadení jednej vzdialenosti medzi molekulami v studenom stave sa dá povedať, že sa naťahujú a majú väčší prísun energie. Práve táto energetická rezerva sa uvoľňuje, keď sa molekuly vody začnú k sebe približovať, to znamená, že dochádza k ochladzovaniu. Ukazuje sa, že väčší prísun energie v horúcej vode a jej väčšie uvoľnenie pri ochladzovaní na mínusové teploty nastáva rýchlejšie ako v studenej vode, ktorá má takú energiu menšiu zásobu. Ktorá voda teda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca? Na ulici a v laboratóriu by malo dôjsť k Mpembovmu paradoxu a horúca voda by sa mala rýchlejšie zmeniť na ľad.

Ale otázka je stále otvorená

Existuje len teoretické potvrdenie tejto stopy - to všetko je napísané v krásnych vzorcoch a zdá sa byť pravdepodobné. Keď sa však experimentálne údaje, ktoré voda rýchlejšie zamŕza - horúca alebo studená, dostanú do praktického významu a budú prezentované ich výsledky, potom bude možné považovať otázku Mpembovho paradoxu za uzavretú.

21.11.2017 11.10.2018 Alexander Fircev

« Ktorá voda zamrzne rýchlejšie studená alebo horúca?“- skúste položiť otázku svojim priateľom, s najväčšou pravdepodobnosťou väčšina z nich odpovie, že studená voda zamrzne rýchlejšie - a urobte chybu.

V skutočnosti, ak súčasne vložíte do mrazničky dve nádoby rovnakého tvaru a objemu, z ktorých jedna bude obsahovať studenú vodu a druhá horúcu, horúca voda zamrzne rýchlejšie.

Takéto vyhlásenie sa môže zdať absurdné a nerozumné. Horúca voda musí logicky najskôr vychladnúť na studenú teplotu a studená by sa už v tomto čase mala zmeniť na ľad.

Prečo teda horúca voda predbehne studenú na ceste k zamrznutiu? Skúsme na to prísť.

História pozorovaní a výskumov

Ľudia tento paradoxný efekt pozorovali už od staroveku, no nikto ho nedal osobitný význam. Takže nezrovnalosti v rýchlosti zmrazovania studenej a horúcej vody zaznamenali vo svojich poznámkach Arestotel, ako aj René Descartes a Francis Bacon. nezvyčajný jav sa často prejavuje v každodennom živote.

Úkaz dlho nebol nijako skúmaný a medzi vedcami nevzbudil veľký záujem.

Štúdium nezvyčajného efektu začalo v roku 1963, keď si zvedavý študent z Tanzánie Erasto Mpemba všimol, že horúce mlieko na zmrzlinu zamrzne rýchlejšie ako studené. V nádeji, že dostane vysvetlenie dôvodov neobvyklého efektu, sa mladý muž opýtal svojho učiteľa fyziky v škole. Učiteľ sa mu však iba vysmial.

Neskôr Mpemba experiment zopakoval, no vo svojom experimente už nepoužíval mlieko, ale vodu a paradoxný efekt sa opäť zopakoval.

O šesť rokov neskôr, v roku 1969, položil Mpemba túto otázku profesorovi fyziky Dennisovi Osborneovi, ktorý prišiel do jeho školy. Profesor sa zaujímal o pozorovanie mladého muža, v dôsledku čoho sa uskutočnil experiment, ktorý potvrdil prítomnosť účinku, ale dôvody tohto javu neboli stanovené.

Odvtedy sa fenoménu hovorí Mpemba efekt.

Počas histórie vedeckých pozorovaní bolo predložených veľa hypotéz o príčinách tohto javu.

Takže v roku 2012 Britská kráľovská spoločnosť pre chémiu vyhlásila súťaž hypotéz na vysvetlenie Mpemba efektu. Do súťaže sa zapojili vedci z celého sveta, celkovo bolo prihlásených 22 000 vedeckých prác. Napriek takémuto pôsobivému počtu článkov ani jeden neobjasnil Mpembov paradox.

Najbežnejšia verzia bola, podľa ktorej horúca voda zamŕza rýchlejšie, pretože sa jednoducho rýchlejšie vyparuje, jej objem sa zmenšuje a so zmenšujúcim sa objemom sa rýchlosť ochladzovania zvyšuje. Najbežnejšia verzia bola nakoniec vyvrátená, pretože sa uskutočnil experiment, v ktorom bolo vyparovanie vylúčené, ale účinok sa napriek tomu potvrdil.

Iní vedci sa domnievali, že dôvodom Mpemba efektu je odparovanie plynov rozpustených vo vode. Podľa ich názoru sa počas procesu ohrevu odparujú plyny rozpustené vo vode, vďaka čomu získava vyššiu hustotu ako studená voda. Ako je známe, zvýšenie hustoty vedie k zmene fyzikálne vlastnosti vody (zvýšenie tepelnej vodivosti), a tým zvýšiť rýchlosť chladenia.

Okrem toho bolo predložených niekoľko hypotéz, ktoré opisujú rýchlosť cirkulácie vody ako funkciu teploty. V mnohých štúdiách bol urobený pokus zistiť vzťah medzi materiálom nádob, v ktorých sa kvapalina nachádzala. Mnohé teórie sa zdali veľmi pravdepodobné, ale nemohli byť vedecky potvrdené pre nedostatok počiatočných údajov, rozpory v iných experimentoch alebo pre skutočnosť, že zistené faktory jednoducho neboli porovnateľné s rýchlosťou ochladzovania vody. Niektorí vedci vo svojich prácach existenciu efektu spochybňovali.

V roku 2013 vedci z Technologickej univerzity Nanyang v Singapure tvrdili, že vyriešili záhadu Mpemba efektu. Podľa ich štúdie dôvod javu spočíva v tom, že množstvo energie uloženej vo vodíkových väzbách medzi molekulami studenej a horúcej vody sa výrazne líši.

Metódy počítačová simulácia ukázal nasledujúce výsledky: čím vyššia je teplota vody, tým väčšia je vzdialenosť medzi molekulami v dôsledku toho, že sa zvyšujú odpudivé sily. V dôsledku toho sa vodíkové väzby molekúl naťahujú a ukladajú veľká kvantita energie. Po ochladení sa molekuly začnú k sebe približovať, čím sa uvoľní energia z vodíkových väzieb. V tomto prípade je uvoľňovanie energie sprevádzané poklesom teploty.

V októbri 2017 španielski fyzici v rámci inej štúdie zistili, že pri vytváraní efektu zohráva veľkú úlohu práve odstránenie hmoty z rovnováhy (silné zahrievanie pred silným ochladením). Stanovili podmienky, za ktorých je pravdepodobnosť účinku maximálna. Vedci zo Španielska navyše potvrdili existenciu reverzného Mpemba efektu. Zistili, že po zahriatí môže chladnejšia vzorka dosiahnuť vysokú teplotu rýchlejšie ako teplá.

Napriek vyčerpávajúcim informáciám a početným experimentom majú vedci v úmysle pokračovať v skúmaní účinku.

Mpemba efekt v reálnom živote

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo je v zime ľadová plocha naplnená horúcou vodou a nie studenou? Ako ste už pochopili, robia to preto, lebo klzisko naplnené horúcou vodou zamrzne rýchlejšie, ako keby bolo naplnené studenou vodou. Z rovnakého dôvodu sa šmykľavky v zimných ľadových mestách polievajú horúcou vodou.

Poznatky o existencii fenoménu tak ľuďom umožňujú ušetriť čas pri príprave lokalít pre zimné športy.

Okrem toho sa Mpemba efekt niekedy využíva aj v priemysle – na skrátenie doby tuhnutia produktov, látok a materiálov obsahujúcich vodu.

Britská kráľovská spoločnosť pre chémiu ponúka odmenu 1 000 libier každému, kto to môže vysvetliť vedecký bod Pozrite sa, prečo v niektorých prípadoch horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená.

„Moderná veda stále nedokáže odpovedať na túto zdanlivo jednoduchú otázku. Zmrzlinári a barmani využívajú tento efekt pri svojej každodennej práci, no nikto vlastne nevie, prečo to funguje. Tento problém je známy už tisícročia a filozofi ako Aristoteles a Descartes o ňom uvažovali,“ povedal profesor David Philips, prezident Britskej kráľovskej spoločnosti pre chémiu, citovaný v tlačovej správe spoločnosti.

Ako africký šéfkuchár porazil britského profesora fyziky

Toto nie je prvoaprílový žart, ale tvrdá fyzická realita. Dnešná veda, ktorá jednoducho operuje s galaxiami a čiernymi dierami a buduje obrie urýchľovače na hľadanie kvarkov a bozónov, nevie vysvetliť, ako elementárna voda „funguje“. Školská učebnica jednoznačne hovorí, že ochladenie horúceho telesa trvá dlhšie ako ochladenie studeného telesa. Ale pre vodu sa tento zákon nie vždy dodržiava. Na tento paradox upozornil Aristoteles v 4. storočí pred Kristom. e. Tu je to, čo staroveký Grék napísal v knihe „Meteorologica I“: „Skutočnosť, že voda je predhriata, prispieva k jej zamrznutiu. Preto veľa ľudí, keď chcú rýchlo ochladiť horúcu vodu, najprv ju umiestnia na slnko ... “V stredoveku sa Francis Bacon a Rene Descartes pokúsili vysvetliť tento jav. Žiaľ, nepodarilo sa to ani veľkým filozofom, ani početným vedcom, ktorí vyvinuli klasickú tepelnú fyziku, a preto sa na takýto nepríjemný fakt dlho „zabudlo“.

A až v roku 1968 si „spomenuli“ vďaka školákovi Erastovi Mpembovi z Tanzánie, ďaleko od akejkoľvek vedy. Počas štúdia na kuchárskej škole dostal v roku 1963 13-ročný Mpembe za úlohu vyrábať zmrzlinu. Podľa technológie bolo potrebné uvariť mlieko, rozpustiť v ňom cukor, ochladiť na izbovú teplotu a potom vložiť do chladničky zmraziť. Mpemba zrejme nebol usilovným študentom a váhal. Zo strachu, že nestihne do konca hodiny, dal ešte horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho súdruhov, pripravené podľa všetkých pravidiel.

Keď sa Mpemba o svoj objav podelil s učiteľom fyziky, zosmiešnil ho pred celou triedou. Mpemba si spomenul na urážku. O päť rokov neskôr, už ako študent univerzity v Dar es Salaame, bol na prednáške slávneho fyzika Denisa G. Osborna. Po prednáške položil vedcovi otázku: „Ak vezmete dve rovnaké nádoby s rovnakým množstvom vody, jednu s teplotou 35 °C (95 °F) a druhú s teplotou 100 °C (212 °F) a dáte ich v mrazničke, potom voda v horúcej nádobe rýchlejšie zamrzne. Prečo?" Viete si predstaviť reakciu britského profesora na otázku mladého muža z bohom zabudnutej Tanzánie. Robil si srandu zo študenta. Mpemba bol však na takúto odpoveď pripravený a vyzval vedca na stávku. Ich hádka vyvrcholila experimentálnym testom, ktorý ukázal, že Mpemba má pravdu a Osborne porazil. Takže študent-kuchár zapísal svoje meno do histórie vedy a tento jav sa odteraz nazýva "Mpemba efekt". Zahodiť ho, vyhlásiť ho za „neexistujúci“ nefunguje. Tento jav existuje, a ako napísal básnik, „nie v zube s nohou“.

Môžu za to prachové častice a rozpustené látky?

V priebehu rokov sa mnohí pokúšali odhaliť záhadu mrznúcej vody. Bolo navrhnutých celý rad vysvetlení tohto javu: vyparovanie, konvekcia, vplyv rozpustených látok – ale žiadny z týchto faktorov nemožno považovať za definitívny. Množstvo vedcov zasvätilo Mpembovmu efektu celý svoj život. Pracovník oddelenia radiačnej bezpečnosti Štátna univerzita New York – James Brownridge – v voľný časštuduje paradox už viac ako desať rokov. Po vykonaní stoviek experimentov vedec tvrdí, že má dôkazy o „vine“ podchladenia. Brownridge vysvetľuje, že pri 0 °C sa voda iba podchladzuje a začína zamŕzať, keď teplota klesne pod. Bod tuhnutia je regulovaný nečistotami vo vode – menia rýchlosť tvorby ľadových kryštálikov. Nečistoty, a to sú prachové častice, baktérie a rozpustené soli, majú svoju charakteristickú nukleačnú teplotu, kedy sa okolo kryštalizačných centier tvoria kryštáliky ľadu. Keď je vo vode niekoľko prvkov naraz, bod mrazu určuje ten, ktorý má najviac vysoká teplota nukleácia.

Pre experiment odobral Brownridge dve vzorky vody s rovnakou teplotou a umiestnil ich do mrazničky. Zistil, že jeden z exemplárov vždy zamrzne skôr ako druhý - pravdepodobne kvôli inej kombinácii nečistôt.

Brownridge tvrdí, že horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie vďaka väčší rozdiel medzi teplotami vody a mrazničky – pomáha to dosiahnuť bod mrazu skôr, ako studená voda dosiahne svoj prirodzený bod mrazu, ktorý je minimálne o 5°C nižší.

Brownridgeova úvaha však vyvoláva veľa otázok. Preto tí, ktorí si dokážu vysvetliť Mpembov efekt po svojom, majú šancu súťažiť o tisíc libier šterlingov od Britskej kráľovskej spoločnosti pre chémiu.

Mnoho výskumníkov predložilo a predkladá svoje vlastné verzie, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Zdalo by sa to paradoxné – veď na zamrznutie musí horúca voda najskôr vychladnúť. Faktom však zostáva a vedci to vysvetľujú rôznymi spôsobmi.

Hlavné verzie

V súčasnosti existuje niekoľko verzií, ktoré túto skutočnosť vysvetľujú:

1. Keďže vyparovanie v horúcej vode je rýchlejšie, jej objem sa zmenšuje. Menšie množstvo vody rovnakej teploty rýchlejšie zamrzne.
2. Mraziaci priestor chladničky má snehovú výstelku. Nádoba s horúcou vodou roztopí sneh pod ňou. To zlepšuje tepelný kontakt s mrazničkou.
3. Zmrazovanie studenej vody, na rozdiel od horúcej, začína zhora. V tomto prípade sa zhoršuje konvekcia a tepelné žiarenie a tým aj tepelné straty.
4. V studenej vode sú centrá kryštalizácie – látky v nej rozpustené. Pri ich malom obsahu vo vode je námraza ťažká, aj keď zároveň je možná jej podchladenie – keď má pri mínusových teplotách tekuté skupenstvo.

Aj keď je to spravodlivé povedať tento efekt nie vždy dodržané. Studená voda často zamrzne rýchlejšie ako horúca voda.

Pri akej teplote voda zamrzne

Prečo voda vôbec zamŕza? Obsahuje určité množstvo minerálnych alebo organických častíc. Môžu to byť napríklad veľmi jemné častice piesku, prachu alebo hliny. Keď teplota vzduchu klesá, tieto častice sa stávajú centrami, okolo ktorých sa tvoria ľadové kryštály.

Úlohu kryštalizačných jadier môžu plniť aj vzduchové bubliny a praskliny v nádobe s vodou. Rýchlosť procesu premeny vody na ľad je do značnej miery ovplyvnená počtom takýchto centier - ak ich je veľa, kvapalina zamrzne rýchlejšie. Za normálnych podmienok pri normálnom atmosférickom tlaku prechádza voda z kvapaliny do tuhého skupenstva pri teplote 0 stupňov.

Podstata Mpemba efektu

Mpembov efekt je chápaný ako paradox, ktorého podstatou je, že za určitých okolností horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Tento jav si všimli už Aristoteles a Descartes. Avšak až v roku 1963 Erasto Mpemba, školák z Tanzánie, zistil, že horúca zmrzlina zamrzne vo viac ako krátky čas než zima. Takýto záver urobil pri vykonávaní úlohy varenia.

Vo prevarenom mlieku musel rozpustiť cukor a po vychladnutí ho vložiť do chladničky zamraziť. Mpemba sa očividne nelíšil v osobitnej usilovnosti a prvú časť úlohy začal vykonávať neskoro. Preto nečakal, kým mlieko vychladne, a dal ho horúce do chladničky. Bol veľmi prekvapený, keď to zamrzlo ešte rýchlejšie ako u jeho spolužiakov, ktorí robili prácu v súlade s danou technológiou.

Táto skutočnosť mladého muža veľmi zaujala a začal experimentovať s čistou vodou. V roku 1969 publikoval časopis Physics Education výsledky výskumu Mpembu a profesora Dennisa Osborna z University of Dar es Salaam. Efekt, ktorý opísali, dostal názov Mpemba. Ani dnes však neexistuje jasné vysvetlenie tohto javu. Všetci vedci sa zhodujú, že hlavnú úlohu v tom majú rozdiely vo vlastnostiach chladenej a horúcej vody, ale čo presne, nie je známe.

Singapurská verzia

Fyzikov z jednej zo singapurských univerzít zaujímala aj otázka, ktorá voda mrzne rýchlejšie – horúca alebo studená? Tím výskumníkov pod vedením Xi Zhanga vysvetlil tento paradox práve vlastnosťami vody. Každý ešte zo školy pozná zloženie vody – atóm kyslíka a dva atómy vodíka. Kyslík do určitej miery čerpá elektróny z vodíka, takže molekula je určitým druhom „magnetu“.

V dôsledku toho sa určité molekuly vo vode navzájom mierne priťahujú a sú spojené vodíkovou väzbou. Jeho pevnosť je mnohonásobne nižšia ako u kovalentnej väzby. Singapurskí vedci sa domnievajú, že vysvetlenie Mpembovho paradoxu spočíva práve vo vodíkových väzbách. Ak sú molekuly vody umiestnené veľmi blízko seba, potom takáto silná interakcia medzi molekulami môže deformovať kovalentnú väzbu v strede samotnej molekuly.

Ale keď sa voda zahreje, viazané molekuly sa od seba mierne vzdialia. V dôsledku toho dochádza v strede molekúl k relaxácii kovalentných väzieb s návratom prebytočnej energie a prechodom na najnižšiu energetickú hladinu. To vedie k tomu, že horúca voda začne rýchlo chladnúť. Aspoň to ukazujú teoretické výpočty, ktoré vykonali singapurskí vedci.

Okamžité zmrazenie vody – 5 neuveriteľných trikov: Video