Парадокс Мпембы - способность горячей воды замерзать быстрее холодной

  • Поделиться в facebook
  • Поделиться в twitter
  • Поделиться в google +
  • Поделиться в pinterest
Демонстрация эффекта Мпембы

Демонстрация эффекта Мпембы

Эффект Мпембы или парадокс Мпембы гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может замерзнуть быстрее, чем холодная. Хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания.

Странная способность горячей воды в определенных условиях замерзать быстрее, чем холодная, известна человечеству с древнейших времен. Этот эффект упоминается еще у Аристотеля, но в современную науку вошел после домашних экспериментов танганьикского школьника Эрасто Мпембы, и под его именем.

Предыстория открытия

В 1963 году ученик средней школы в Танзании Эрасто Мпемба делал практическую работу по поварскому делу. Ему нужно было изготовить мороженое – вскипятить молоко, растворить в нем сахар, охладить его до комнатной температуры, а затем поставить в холодильник для замерзания.

Мпемба промедлил с выполнением первой части задания и поставил в холодильник еще горячее молоко. К его удивлению, оно замерзло даже раньше, чем молоко его товарищей, приготовленное по заданной технологии.

Он обратился за объяснением к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником. Эффект заинтересовал мальчика, и он проверил его на обычной воде.

Этот же вопрос Мпемба задал приехавшему в школу Деннису Осборну, профессору физики. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, но не дала его объяснения. В 1969 году в журнале «Physics Education» вышла совместная статья Мпембы и Осборна, описывающая эффект. Существует несколько вариантов объяснения этого парадокса, но к единому мнению физики еще не пришли.

Воспроизвести результаты, продемонстрированные Мпембой и его соавтором, профессором Деннисом Осборном (Denis Osborne), удается не всегда, однако свидетельств в пользу этого странного эффекта, имеется достаточно много. Но вот объяснения «парадоксу Мпембы» нет до сих пор.

Нагретые водородные связи способствуют образованию структуры льда

Еще в 2012 г. британское Королевское химическое общество объявило конкурс гипотез, объясняющих этот феномен, получив более 22 тыс. статей от ученых всего мира, однако ни одна из них не убедила большинство членов экспертной комиссии. Наиболее популярным объяснением остается испарение: горячая вода испаряется быстрее холодной, поэтому объем ее уменьшается немного быстрее, облегчая замерзание.

С другой стороны, и этот вариант нельзя назвать окончательным: эффект Мпембы демонстрировался и в условиях, исключавших испарение. Новое объяснение предложили недавно ученые из Китая и США, статью которых опубликовал Journal of Chemical Theory and Computation.

Авторы смоделировали поведение короткоживущих кластеров молекул воды, объединенных водородными связями, при разных температурах. Водородные связи намного (примерно в 18-20 раз) слабее обычных ковалентных химических взаимодействий, однако сила их зависит от геометрии взаимного расположения молекул, между которыми эти связи образуются.

По мере нагревания водородные связи ослабевают и, как показало моделирование, молекулы воды в кластерах меняют положение, занимая такие позиции, из которых им проще переходить к кристаллической структуре льда. В холодной воде все происходит так же, только энергии на разрыв водородных связей требуется больше – и замерзание, соответственно, должно проходить медленнее.

А что вы об этом думаете?

  1. Оставьте свой комментарий, Ваше мнение для нас очень важно.

Ваш комментарий:

Поля обозначенные как * требуются обязательно. Перед постингом всегда делайте просмотр своего комментария.


(не публикуется)