Быстрое замерзание горячей воды может показаться противоречием всем физическим законам. Хотя эффект был замечен еще во времена Аристотеля, науке до сих пор не удалось полностью понять причины этого явления.
Интересный факт случился в 60-х годах в одной из африканских стран. Она была известна под названием Танганьика. После присоединения к Занзибару, её название изменилось на Танзанию. Юный ученик делал задачу в рамках кулинарного урока, который проходил в их учебном заведении. Эрасто получил задачу по приготовлению мороженого. Для достижения этой цели ему нужно было соединить несколько частей молока, воды и сахара, подогреть на огне, затем остудить смесь и поместить ее в холодильник до тех пор, пока не получится ледяная масса. Не дождавшись полного остывания смеси, он поставил один из стаканов в холодильник. К его изумлению, именно этот стаканчик, который он охладил не полностью, первый превратился в мороженое.
Представление о том, что жидкость, подогретая до высокой температуры, может остыть быстрее, чем холодная, кажется неправдоподобной и противоречивой первому принципу термодинамики. Преподаватель по физике, которому был изложен опыт Эрасто, насмехался над этим.
Но юный исследователь не собирался сдаваться и продолжал настаивать на своей идее. Однажды в их учебное заведение пригласили профессора физики Дениса Осборна из столичного университета для проведения лекции, Эрасто Мпемба решил поделиться своим необычным опытом с новым учителем.
Интерес, вызванный словами мальчика, заставил профессора провести несколько экспериментальных опытов. В результате опыты подтвердили слова мальчика: нагретая вода может замерзать быстрее, чем охлаждённая, что поразило учёного. Исследования Дениса Осборна были представлены в 1969 г., в которых был упомянут и Эрасто Мпемба, ученик местного колледжа. Благодаря этому исследованию, Эрасто стал известен в Танзании до окончания обучения. В настоящее время ученые продолжают исследование этого интересного процесса при замораживании воды. До настоящего момента нет универсального разъяснения для этого явления, которое устроило бы всех исследователей.
При первом взгляде задача казалась простой, но ее формулировка была недостаточно ясной. С одной стороны, не было определено ясно, что подразумевается под термином "точка замерзания". С другой - можно задаться вопросом, может ли начальная температура быть одним фактором, который влияет на разницу между скоростью замерзания воды разной температуры. Вероятно, существуют другие физические факторы, зависящие от температуры воды, которые имеют возможность оказывать влияние на скорость замерзания жидкости.
Существует некоторые теории, которые предоставляют объяснения для странного поведения горячей воды при замерзании:
1. Одно из возможных объяснений необычного поведения горячей воды при замерзании заключается в том, что быстрое испарение горячей воды может привести к ее более быстрому охлаждению и замерзанию, чем холодной воды. Образование мелких кристаллов льда при испарении воды в холодном воздухе может быть одним из факторов, который объясняет необычное поведение горячей воды при замерзании. Впоследствии, при дальнейшем охлаждении, они формируются в зародыши будущих кристаллов льда.
2. Другая возможная теория заключается в том, что когда испаряется горячая вода – происходит уменьшение её общего объема в контейнере, что в свою очередь приводит к более быстрому охлаждению меньшего количества воды.
3. Третье объяснение заключается в том, что нагретая вода содержит мало нуклеационных центров, таких как пузырьки воздуха или микроскопические частицы, которые способствуют образованию льда, что затрудняет ее замерзание.
4. Когда температура воды повышается, молекулы воды становятся более подвижными, что приводит к увеличению расстояния между ними. Такое изменение взаимодействия между молекулами воды повышает потенциальную энергию системы. При охлаждении молекулы воды становятся более плотно упакованными, а энергия между молекулами высвобождается в окружающую среду, ускоряя процесс охлаждения.
5. Когда вода нагревается, молекулы начинают двигаться быстрее и отдаляются друг от друга. Это позволяет им принимать наиболее хаотические расположения, похожие на те, которые молекулы принимают в кристаллическом льду. При достижении температуры замерзания, молекулы уже расположены в приближённых друг к другу местах, что позволяет льду быстро образовываться без траты дополнительных сил на разрывы связи. Однако, при достижении точки замерзания воды, требуется затратить определенное количество времени и энергии, чтобы прервать взаимосвязи между молекулами.
6. Некоторые научные сотрудники не уверены в том, что эффект Мпембы действительно существует, и считают, что это лишь предположение. Если все условия эксперимента будут полностью идентичными (объем, химический и физический состав, сосуды и холодильник), то более тёплая вода должна замерзать медленнее, чем вода более низкой температурой.
Несмотря на то, что точное объяснение эффекта Мпембы до сих пор не найдено, важно знать, что вода является одним из основных источников питания нашего организма, и ее качество играет важную роль для здоровья. Поэтому, чтобы обезопасить себя и свою семью от вредных примесей в воде, лучше всего заказывать чистую артезианскую воду с доставкой на дом или в офис.
