Гаряча вода іноді замерзає швидше холодної. Цей
цікавий феномен спантеличував вчених століттями, але зараз з'явилися
свідчення що даний ефект може бути викликаний наявністю домішок.
Феномен більш швидкого замерзання гарячої води відомий під назвою "ефект Мпемби". Він названий так на честь танзанійського школяра Ерасто Мпемби. Фізики
придумували всілякі теорії, що пояснюють цей феномен, такі як: швидке
випаровування зменшує об'єм гарячої води; шар льоду ізолює холодну воду;
різні концентрації розчинів. Але знайти розгадку було дуже важко, тому що ефект непостійний - холодна вода також може замерзнути швидше.
Джеймс
Браунрідж (James Brownridge), який контролює радіаційну безпеку в
державному університеті Нью-Йорка (State University of New York at
Binghamton), вважає що ключ до розгадки криється в непостійності
результатів. За
останні 10 років він провів сотні експериментів на ефект Мпемби і отримав свідоцтва що ефект заснований на мінливому
феномені переохолодження.
"Вода
рідко застигає при 0oC," розповів Браунрідж, - "Зазвичай вода
переохолоджується, і починає замерзати при більш низькій температурі". Точка замерзання залежить від домішок у воді, які впливають на формування кристалів льоду. У воді можуть міститися різні домішки: частинки пилу, розчинена сіль або бактерії. Залежно від виду домішок змінюється температура замерзання. Домішка з найвищою точкою замерзання визначає температуру замерзання води.
Браунрідж
проводить досвід таким чином: дві проби води однієї і тієї ж
температури - припустимо вода з під крана 20oC - в закритому посуді
охолоджується в холодильнику. Одна проба замерзне швидше, імовірно через те що суміш домішок у ній має більш високу температуру замерзання.
Якщо різниця домішок досить велика, то виявиться ефект Мпемби. Браунрідж
вибрав зразок з найвищою температурою замерзання і нагрів його до 80oC,
тоді як інші зразки були кімнатної температури. Потім він поклав всі зразки в холодильник. Гаряча вода завжди застигне швидше, якщо її точка замерзання як мінімум на 5oC більше.
Може
здатися неймовірним що зміщення фінішної межі всього на 5oC достатньо,
щоб зразок з початковою температурою на 60oC вище застиг швидше. Але
чим більше температурна різниця між об'єктом і навколишнім середовищем
(у даному випадку холодильником) - тим швидше об'єкт охолоджується. Тому
більш гарячий зразок дуже швидко охолоне, досягнувши своєї точки
замерзання, наприклад в -2oC, швидше ніж більш холодна вода досягне точки
замерзання в -7oC.
Чому ніхто не помічав цього раніше? Браунрідж вважає, що інші вчені недостатньо контролювали умови проведення
експерименту щоб можна було перевіряти один фактор за раз. Наприклад, необхідно контролювати тип контейнера, положення зразка в холодильнику і так далі.
Ця робота напевно не покладе край суперечкам навколо ефекту Мпемби. Джонатан
Катц (Jonathan Katz) з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі,
Міссурі (Washington University in St Louis, Missouri), поставився до
теорії Браунріджа зі скептицизмом. Відповідно до теорії Катца, нагрівання підвищує точку замерзання води, випарюючи домішки, такі як діоксид вуглецю. Це
означає що саме по собі нагрівання вже підвищує шанси що вода замерзне
швидше, на відміну від більш непостійних результатів Браунріджа. "Можливо він виявив ефект переохолодження, який нагадує ефект Мпемби", - заявив Катц.
Гаряча вода іноді замерзає швидше холодної.