21.11.2017 11.10.2018 Alexandru Firtsev

« Care apă îngheață mai repede, rece sau fierbinte?„- încearcă să le pui o întrebare prietenilor tăi, cel mai probabil majoritatea dintre ei vor răspunde că apa rece îngheață mai repede - și vor greși.

De fapt, dacă puneți simultan două vase de aceeași formă și volum în congelator, dintre care unul conține apă rece și celălalt fierbinte, atunci acesta va îngheța mai repede apă fierbinte.

O astfel de afirmație poate părea absurdă și nerezonabilă. Dacă urmați logica, atunci apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească la temperatura apei rece, iar apa rece ar trebui să se transforme deja în gheață în acest moment.

Deci, de ce apa fierbinte bate apa rece în drum spre îngheț? Să încercăm să ne dăm seama.

Istoria observațiilor și cercetărilor

Oamenii au observat acest efect paradoxal din cele mai vechi timpuri, dar nimeni nu i-a acordat prea multă importanță. Astfel, Arestotel, precum și Rene Descartes și Francis Bacon, au remarcat în notele lor inconsecvențele în rata de înghețare a apei reci și calde. Un fenomen neobișnuit a apărut adesea în viața de zi cu zi.

Multă vreme, fenomenul nu a fost studiat în niciun fel și nu a trezit prea mult interes în rândul oamenilor de știință.

Studiul acestui efect neobișnuit a început în 1963, când un școlar curios din Tanzania, Erasto Mpemba, a observat că laptele fierbinte pentru înghețată a înghețat mai repede decât laptele rece. În speranța de a obține o explicație pentru motivele efectului neobișnuit, tânărul și-a întrebat profesorul de fizică de la școală. Totuși, profesorul a râs doar de el.

Mai târziu, Mpemba a repetat experimentul, dar în experimentul său nu a mai folosit lapte, ci apă, iar efectul paradoxal s-a repetat din nou.

6 ani mai târziu, în 1969, Mpemba i-a adresat această întrebare profesorului de fizică Dennis Osborn, care a venit la școala lui. Profesorul a fost interesat de observația tânărului și, ca urmare, a fost efectuat un experiment care a confirmat prezența efectului, dar motivele acestui fenomen nu au fost stabilite.

De atunci fenomenul a fost numit Efectul Mpemba.

De-a lungul istoriei observațiilor științifice au fost înaintate numeroase ipoteze despre cauzele fenomenului.

Așa că în 2012, Societatea Regală Britanică de Chimie avea să anunțe un concurs de ipoteze care explică efectul Mpemba. La competiție au participat oameni de știință din întreaga lume; În ciuda unui număr atât de impresionant de articole, niciunul dintre ele nu a adus claritate paradoxului Mpemba.

Cea mai comună versiune a fost că apa fierbinte îngheață mai repede pentru că pur și simplu se evaporă mai repede, volumul ei devine mai mic și, pe măsură ce volumul scade, viteza de răcire crește. Cea mai comună versiune a fost în cele din urmă respinsă, deoarece a fost efectuat un experiment în care evaporarea a fost exclusă, dar efectul a fost totuși confirmat.

Alți oameni de știință credeau că cauza efectului Mpemba a fost evaporarea gazelor dizolvate în apă. În opinia lor, în timpul procesului de încălzire, gazele dizolvate în apă se evaporă, datorită cărora capătă o densitate mai mare decât apa rece. După cum se știe, o creștere a densității duce la o schimbare proprietăți fizice apă (conductivitate termică crescută) și, prin urmare, o creștere a vitezei de răcire.

În plus, au fost înaintate o serie de ipoteze care descriu viteza de circulație a apei în funcție de temperatură. Multe studii au încercat să stabilească relația dintre materialul recipientelor în care se afla lichidul. Multe teorii păreau foarte plauzibile, dar nu au putut fi confirmate științific din cauza lipsei datelor inițiale, a contradicțiilor din alte experimente sau pentru că factorii identificați pur și simplu nu erau comparabili cu viteza de răcire a apei. Unii oameni de știință în lucrările lor au pus sub semnul întrebării existența efectului.

În 2013, cercetătorii din Universitatea de Tehnologie Nanyang Singapore a spus că au rezolvat misterul efectului Mpemba. Potrivit cercetărilor lor, motivul fenomenului constă în faptul că cantitatea de energie stocată în legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă rece și cea caldă este semnificativ diferită.

Metodele de modelare pe calculator au arătat următoarele rezultate: cu cât temperatura apei este mai mare, cu atât distanța dintre molecule este mai mare datorită faptului că forțele de respingere cresc. În consecință, legăturile de hidrogen ale moleculelor se întind, stocând mai multă energie. Când sunt răcite, moleculele încep să se apropie unele de altele, eliberând energie din legăturile de hidrogen. În acest caz, eliberarea de energie este însoțită de o scădere a temperaturii.

În octombrie 2017, fizicienii spanioli, în cursul unui alt studiu, au descoperit că un rol major în formarea efectului este jucat de îndepărtarea unei substanțe din echilibru (încălzire puternică înainte de răcire puternică). Ei au determinat condițiile în care probabilitatea de apariție a efectului este maximă. În plus, oamenii de știință din Spania au confirmat existența efectului invers Mpemba. Ei au descoperit că, atunci când este încălzită, o probă mai rece poate atinge o temperatură ridicată mai repede decât una mai caldă.

În ciuda informațiilor cuprinzătoare și a numeroaselor experimente, oamenii de știință intenționează să continue să studieze efectul.

Efectul Mpemba în viața reală

Te-ai întrebat vreodată de ce iarna patinoarul este plin cu apă caldă și nu rece? După cum ați înțeles deja, ei fac acest lucru deoarece un patinoar umplut cu apă fierbinte va îngheța mai repede decât dacă ar fi fost umplut cu apă rece. Din același motiv, în orașele de gheață de iarnă se toarnă apă caldă în toboganele.

Astfel, cunoașterea existenței fenomenului permite oamenilor să economisească timp la pregătirea site-urilor pentru sporturile de iarnă.

În plus, efectul Mpemba este uneori folosit în industrie pentru a reduce timpul de înghețare a produselor, substanțelor și materialelor care conțin apă.

Apă- o substanță destul de simplă din punct de vedere chimic, cu toate acestea, are o serie de proprietăți neobișnuite care nu încetează să-i uimească pe oamenii de știință. Mai jos sunt câteva fapte despre care puțini oameni le știu.

1. Care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte?

Să luăm două recipiente cu apă: turnați apă fierbinte într-unul și apă rece în celălalt și puneți-le la congelator. Apa caldă va îngheța mai repede decât apa rece, deși, conform logicii lucrurilor, apa rece ar fi trebuit să se transforme mai întâi în gheață: la urma urmei, apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească la temperatura rece și apoi să se transforme în gheață, în timp ce apa rece nu se va răci. trebuie să se răcească. De ce se întâmplă asta?

În 1963, un student din Tanzania pe nume Erasto B. Mpemba, în timp ce congela un amestec de înghețată, a observat că amestecul fierbinte se solidifica mai repede în congelator decât cel rece. Când tânărul și-a împărtășit descoperirea cu profesorul său de fizică, a râs doar de el. Din fericire, elevul a fost persistent și l-a convins pe profesor să efectueze un experiment, care i-a confirmat descoperirea: în anumite condiții, apa fierbinte îngheață de fapt mai repede decât apa rece.

Acum, acest fenomen de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece se numește „ Efectul Mpemba" Adevărat, cu mult înainte proprietate unică apa a fost remarcată de Aristotel, Francis Bacon și René Descartes.

Oamenii de știință încă nu înțeleg pe deplin natura acestui fenomen, explicându-l fie prin diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție, fie prin efectul gazelor lichefiate asupra apei calde și reci.

2. Poate îngheța instantaneu

Toată lumea știe asta apă se transformă întotdeauna în gheață când este răcit la 0°C... cu unele excepții! Un astfel de caz, de exemplu, este suprarăcirea, care este o proprietate a foarte apă curată rămâne lichid chiar și atunci când este răcit la sub punctul de îngheț. Acest fenomen este posibil datorită faptului că mediul nu conține centre sau nuclee de cristalizare care ar putea declanșa formarea cristalelor de gheață. Și astfel apa rămâne în formă lichidă chiar și atunci când este răcită la sub zero grade Celsius.

Procesul de cristalizare poate fi cauzată, de exemplu, de bule de gaz, impurități (contaminanți) sau o suprafață neuniformă a recipientului. Fără ele, apa va rămâne în stare lichidă. Când începe procesul de cristalizare, puteți vedea cum apa super-răcită se transformă instantaneu în gheață.

Rețineți că apa „supraîncălzită” rămâne, de asemenea, lichidă chiar și atunci când este încălzită peste punctul său de fierbere.

3. 19 stări ale apei

Fără ezitare, spune câte stări diferite are apa? Dacă ai răspuns la trei: solid, lichid, gaz, atunci ai greșit. Oamenii de știință disting cel puțin 5 stări diferite ale apei în formă lichidă și 14 stări în formă înghețată.

Îți amintești conversația despre apa super-răcită? Deci, indiferent ce faci, la -38 °C chiar și cea mai pură apă super-răcită se va transforma brusc în gheață. Ce se va întâmpla pe măsură ce temperatura scade în continuare? La -120 °C ceva ciudat începe să se întâmple cu apa: devine super vâscoasă sau vâscoasă, precum melasa, iar la temperaturi sub -135 °C se transformă în apă „sticlă” sau „vitrooasă” - solid, în care nu există o structură cristalină.

4. Apa îi surprinde pe fizicieni

La nivel molecular, apa este și mai surprinzătoare. În 1995, un experiment de împrăștiere a neutronilor condus de oameni de știință a dat un rezultat neașteptat: fizicienii au descoperit că neutronii care vizează moleculele de apă „văd” cu 25% mai puțini protoni de hidrogen decât se aștepta.

S-a dovedit că la o viteză de o attosecundă (10 -18 secunde) are loc un efect cuantic neobișnuit și formula chimica apă în schimb H2O, devine H1.5O!

5. Memoria apei

Alternativă medicina oficială homeopatie afirmă că o soluție diluată medicament poate oferi efect de vindecare asupra corpului, chiar dacă factorul de diluție este atât de mare încât nu mai rămâne nimic în soluție cu excepția moleculelor de apă. Susținătorii homeopatiei explică acest paradox cu un concept numit „ memoria apei„, conform căreia apa la nivel molecular are o „memorie” a substanței care s-a dizolvat cândva în ea și își păstrează proprietățile soluției de concentrație inițială după ce nu mai rămâne o singură moleculă a ingredientului în ea.

O echipă internațională de oameni de știință condusă de profesorul Madeleine Ennis de la Universitatea Queen din Belfast, care criticase principiile homeopatiei, a efectuat un experiment în 2002 pentru a infirma conceptul odată pentru totdeauna. Rezultatul a fost invers. După care, oamenii de știință au declarat că au putut dovedi realitatea efectului „ memoria apei" Cu toate acestea, experimentele efectuate sub supravegherea experților independenți nu au adus rezultate. Dispute despre existența fenomenului " memoria apei"continua.

Apa are multe alte proprietăți neobișnuite despre care nu am vorbit în acest articol. De exemplu, densitatea apei se modifică în funcție de temperatură (densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei); apa are o tensiune superficială destul de mare; în stare lichidă, apa este o rețea complexă și în schimbare dinamică de clustere de apă, iar comportamentul clusterelor este cel care afectează structura apei etc.

Despre acestea și multe alte caracteristici neașteptate apă poate fi citit în articolul „ Proprietăți anormale ale apei”, scris de Martin Chaplin, profesor la Universitatea din Londra.

Pare evident că apa rece îngheață mai repede decât apa caldă, deoarece în condiții egale apa fierbinte durează mai mult să se răcească și ulterior îngheață. Cu toate acestea, mii de ani de observații, precum și experimente moderne, au arătat că și contrariul este adevărat: în anumite condiții, apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Canalul Sciencium Science explică acest fenomen:

După cum se explică în videoclipul de mai sus, fenomenul de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece este cunoscut sub numele de efectul Mpemba, numit după Erasto Mpemba, un student din Tanzania care făcea înghețată ca parte a unui proiect școlar. Elevii trebuiau să aducă la fiert un amestec de smântână și zahăr, să-l lase să se răcească, apoi să-l pună la congelator.

În schimb, Erasto și-a pus amestecul imediat, fierbinte, fără să aștepte să se răcească. Drept urmare, după 1,5 ore amestecul lui era deja înghețat, dar amestecurile altor studenți nu. Interesat de fenomen, Mpemba a început să studieze problema cu profesorul de fizică Denis Osborne, iar în 1969 au publicat o lucrare în care afirma că apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Acesta a fost primul studiu de acest gen evaluat de colegi, dar fenomenul în sine este menționat în lucrările lui Aristotel, datând din secolul al IV-lea î.Hr. e. Francis Bacon și Descartes au remarcat și ei acest fenomen în studiile lor.

Videoclipul prezintă mai multe opțiuni pentru a explica ce se întâmplă:

1. Înghețul este un dielectric și, prin urmare, apa rece înghețată stochează căldura mai bine decât un pahar cald, care topește gheața când intră în contact cu ea.
2. Apa rece are mai multe gaze dizolvate decât apa caldă, iar cercetătorii speculează că acest lucru poate juca un rol în viteza de răcire, deși nu este încă clar cum
3. Apa fierbinte pierde mai multe molecule de apă prin evaporare, astfel încât rămân mai puține de înghețat
4. Apa caldă se poate răci mai repede din cauza curenților convectivi crescuti. Acești curenți apar deoarece apa din sticlă se răcește mai întâi la suprafață și laturi, provocând scufundarea apei rece și creșterea apei fierbinți. Într-un pahar cald, curenții convectivi sunt mai activi, ceea ce poate afecta viteza de răcire.

Cu toate acestea, în 2016, a fost realizat un studiu atent controlat care a arătat contrariul: apa caldă a înghețat mult mai lent decât apa rece. În același timp, oamenii de știință au observat că schimbarea locației termocuplului - un dispozitiv care determină schimbările de temperatură - cu doar un centimetru duce la apariția efectului Mpemba. Un studiu al altor studii similare a arătat că în toate cazurile în care s-a observat acest efect, a existat o deplasare a termocuplului într-un centimetru.

Efectul Mpemba sau de ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece? Efectul Mpemba (Paradoxul Mpemba) este un paradox care afirmă că apa fierbinte în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în timpul procesului de înghețare. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, unui corp mai încălzit ia mai mult timp să se răcească la o anumită temperatură decât unui corp mai puțin încălzit să se răcească la aceeași temperatură. Acest fenomen a fost observat la un moment dat de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a descoperit că un amestec de înghețată fierbinte îngheață mai repede decât unul rece. Fiind un student al Magambinskaya liceuîn Tanzania Erasto Mpemba a făcut munca practicaîn gătit. Trebuia să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a întârziat finalizarea primei părți a sarcinii. De teamă că nu va ajunge până la sfârșitul lecției, a pus lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după tehnologia dată. După aceasta, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, deja ca student la Școala Gimnazială Mkwava, l-a rugat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar Es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină elevilor o prelegere despre fizică) în special despre apă: „Dacă iei două recipiente identice cu volume egale de apă astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă temperatura de 35°C, iar în celălalt - 100°C, și le punem la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, el și Mpemba au publicat rezultatele experimentelor lor în revista Physics Education. De atunci, efectul pe care l-au descoperit a fost numit efectul Mpemba. Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și ale apei reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei la temperaturi diferite. Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care corpul se răcește la temperatură mediu , trebuie să fie proporțională cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În acest efect, apa cu o temperatură de 100°C se răcește la o temperatură de 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35°C. Cu toate acestea, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat în cadrul fizicii cunoscute. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba: Evaporare Apa fierbinte se evaporă mai repede dintr-un recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă la aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100 C pierde 16% din masă când este răcită la 0 C. Efectul evaporării este un efect dublu. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire scade. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de abur scade. Diferența de temperatură Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mare, prin urmare schimbul de căldură în acest caz este mai intens și apa caldă se răcește mai repede. Hipotermie Când apa se răcește sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire, continuând să rămână lichidă la temperaturi sub zero. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la o temperatură de -20 C. Motivul acestui efect este că pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt prezente în apa lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient de mult încât cristalele să înceapă să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, vor începe să crească mai repede, formând gheață de nămol, care va îngheța pentru a forma gheață. Apa fierbinte este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele dizolvate și bulele, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață. De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei rece care nu este suprarăcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, pe suprafața vasului se va forma un strat subțire de gheață. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde supuse suprarăcirii, apa suprarăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă. Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață. Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este principalul factor în cazul efectului Mpemba. Convecție Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație și convecție a căldurii și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos. Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are o densitate maximă la 4 C. Dacă răciți apa la 4 C și o puneți la o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la o temperatură de 4 C, va rămâne la suprafață, formând un strat subțire rece. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață în scurt timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator, protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, procesul de răcire ulterioară va fi mai lent. In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai repede din cauza evaporării și a unei diferențe mai mari de temperatură. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul. apă caldă la suprafata. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii. Dar de ce acest proces nu ajunge la un punct de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C. Cu toate acestea, nu există date experimentale care ar confirma această ipoteză că straturile reci de apă calde sunt separate prin procesul de convecție. Gaze dizolvate în apă Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă este mai mică la temperaturi ridicate. Prin urmare, atunci când apa fierbinte se răcește, conține întotdeauna mai puține gaze dizolvate decât în ​​apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt. Conductivitate termică Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată în congelatorul din compartimentul frigider în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că un recipient cu apă fierbinte topește gheața din congelatorul de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată dintr-un recipient cu apă caldă mai repede decât dintr-un recipient rece. La rândul său, un recipient cu apă rece nu topește zăpada de dedesubt. Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns clar la întrebare - care dintre ele oferă reproducerea sută la sută a efectului Mpemba - nu a fost niciodată obținut. De exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat efectul suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare suprarăcită, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece atinge o stare de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară. În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte era capabilă să obțină o suprarăcire mai mare datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea. Deocamdată, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă. O. V. Mosin

Societatea Regală Britanică de Chimie oferă o recompensă de 1.000 de lire sterline oricui poate explica științific de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece în unele cazuri.

„Știința modernă încă nu poate răspunde la această întrebare aparent simplă. Producătorii de înghețată și barmanii folosesc acest efect în munca lor de zi cu zi, dar nimeni nu știe cu adevărat de ce funcționează. Această problemă este cunoscută de milenii, filozofi precum Aristotel și Descartes gândindu-se la ea”, a declarat profesorul David Phillips, președintele Societății Regale Britanice de Chimie, citat într-un comunicat de presă al Societății.

Cum un bucătar din Africa a învins un profesor britanic de fizică

Aceasta nu este o glumă a lui Aprilie, ci o realitate fizică dură. Știința modernă, care operează cu ușurință cu galaxii și găuri negre și construiește acceleratoare gigantice pentru a căuta quarci și bozoni, nu poate explica cum „funcționează” apa elementară. Manualul școlar afirmă clar că este nevoie de mai mult timp pentru a răci un corp mai fierbinte decât pentru a răci un corp rece. Dar pentru apă, această lege nu este întotdeauna respectată. Aristotel a atras atenția asupra acestui paradox în secolul al IV-lea î.Hr. e. Iată ce scria grecul antic în cartea sa Meteorologica I: „Faptul că apa este preîncălzită o face să înghețe. Prin urmare, mulți oameni, când vor să răcească apa fierbinte mai repede, o pun mai întâi la soare...” În Evul Mediu, Francis Bacon și Rene Descartes au încercat să explice acest fenomen. Din păcate, nici marii filozofi, nici numeroșii oameni de știință care au dezvoltat termofizica clasică nu au reușit acest lucru și, prin urmare, un fapt atât de incomod a fost „uitat” multă vreme.

Și abia în 1968 și-au „amintit” datorită școlarului Erasto Mpembe din Tanzania, departe de orice știință. În timp ce studia la școala de arte culinare în 1963, lui Mpembe, în vârstă de 13 ani, i s-a dat sarcina de a face înghețată. Conform tehnologiei, a fost necesar să fierbeți laptele, să dizolvați zahărul în el, să-l răciți la temperatura camerei și apoi să-l puneți la frigider pentru a se îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student harnic și a ezitat. De teamă că nu va ajunge până la sfârșitul lecției, a pus lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, pregătit după toate regulile.

Când Mpemba a împărtășit descoperirea sa cu profesorul său de fizică, a râs de el în fața întregii clase. Mpemba și-a amintit insulta. Cinci ani mai târziu, deja student la universitatea din Dar es Salaam, a participat la o prelegere susținută de celebrul fizician Denis G. Osborne. După prelegere, el i-a adresat omului de știință o întrebare: „Dacă luați două recipiente identice cu cantități egale de apă, unul la 35 °C (95 °F) și celălalt la 100 °C (212 °F), și le puneți în congelator, apoi Apa într-un recipient fierbinte va îngheța mai repede. De ce?" Vă puteți imagina reacția unui profesor britanic la o întrebare a unui tânăr din Tanzania Forsaken. Și-a luat joc de student. Cu toate acestea, Mpemba era pregătit pentru un astfel de răspuns și l-a provocat pe om de știință la un pariu. Disputa lor s-a încheiat cu un test experimental care a confirmat că Mpemba avea dreptate și Osborne a învins. Astfel, ucenicul bucătar și-a scris numele în istoria științei, iar de acum înainte acest fenomen se numește „efectul Mpemba”. Este imposibil să-l renunți, să-l declari „inexistent”. Fenomenul există și, așa cum a scris poetul, „nu doare”.

Sunt particulele de praf și substanțele dizolvate de vină?

De-a lungul anilor, mulți au încercat să dezlege misterul apei înghețate. Au fost propuse o grămadă de explicații pentru acest fenomen: evaporarea, convecția, influența substanțelor dizolvate - dar niciunul dintre acești factori nu poate fi considerat definitiv. O serie de oameni de știință și-au dedicat întreaga viață efectului Mpemba. Angajat al Departamentului de Siguranță Radiațională Universitatea de Stat Locuitorul orașului New York, James Brownridge, studiază paradoxul în timpul său liber timp de un deceniu. După ce a efectuat sute de experimente, omul de știință susține că are dovezi ale „vinovăției” hipotermiei. Brownridge explică că la 0°C, apa devine suprarăcită și începe să înghețe atunci când temperatura scade sub. Punctul de îngheț este reglat de impuritățile din apă - acestea modifică viteza de formare a cristalelor de gheață. Impuritățile, cum ar fi particulele de praf, bacteriile și sărurile dizolvate, au o temperatură de nucleare caracteristică atunci când se formează cristale de gheață în jurul centrelor de cristalizare. Când există mai multe elemente în apă deodată, punctul de îngheț este determinat de cel care are cele mai multe temperatură ridicată nucleare.

Pentru experiment, Brownridge a luat două mostre de apă de aceeași temperatură și le-a pus în congelator. El a descoperit că unul dintre exemplare a înghețat întotdeauna înaintea celuilalt, probabil din cauza unei combinații diferite de impurități.

Brownridge spune că apa fierbinte se răcește mai repede, deoarece există o diferență mai mare între temperatura apei și cea a congelatorului - acest lucru îl ajută să-și atingă punctul de îngheț înainte ca apa rece să atingă punctul de îngheț natural, care este cu cel puțin 5°C mai scăzut.

Cu toate acestea, raționamentul lui Brownridge ridică multe întrebări. Prin urmare, cei care pot explica efectul Mpemba în felul lor au șansa de a concura pentru o mie de lire sterline de la Societatea Regală Britanică de Chimie.