L'acqua calda può congelare più velocemente dell'acqua fredda?

L'acqua calda può congelare più rapidamente dell'acqua fredda. Tuttavia, non sempre accade, né la scienza ha spiegato esattamente perché può succedere.

Sebbene Aristotele, Bacon e Cartesio descrissero tutti un congelamento dell'acqua calda più veloce dell'acqua fredda, l'idea fu per lo più resistita fino agli anni '60 quando uno studente di liceo di nome Mpemba notò che la miscela di gelato caldo, quando collocata nel congelatore, si congelava prima del gelato miscela che era stata raffreddata a temperatura ambiente prima di essere messa nel congelatore. Mpemba ha ripetuto il suo esperimento con l'acqua anziché con la miscela di gelati e ha trovato lo stesso risultato: l'acqua calda si è congelata più rapidamente di quella più fredda. Quando Mpemba chiese al suo insegnante di fisica di spiegare le osservazioni, l'insegnante disse a Mpemba che i suoi dati dovevano essere in errore, perché il fenomeno era impossibile.

Mpemba fece a un professore di fisica in visita, il dottor Osborne, la stessa domanda. Questo professore rispose che non lo sapeva, ma avrebbe testato l'esperimento. Il dottor Osborne ha fatto eseguire una prova da Mpemba a un tecnico di laboratorio. Il tecnico di laboratorio ha riferito di aver duplicato il risultato di Mpemba, "Ma continueremo a ripetere l'esperimento finché non avremo ottenuto il risultato giusto". Bene, i dati sono i dati, quindi quando l'esperimento è stato ripetuto, ha continuato a produrre lo stesso risultato. Nel 1969 Osborne e Mpemba pubblicarono i risultati delle loro ricerche. Ora il fenomeno in cui l'acqua calda può congelare più velocemente dell'acqua fredda è talvolta chiamato Effetto Mpemba.

Perché l'acqua calda a volte si congela più velocemente dell'acqua fredda

Non esiste una spiegazione definitiva del motivo per cui l'acqua calda può congelare più velocemente dell'acqua fredda. Diversi meccanismi entrano in gioco, a seconda delle condizioni. I principali fattori sembrano essere:

• Evaporazione: più acqua calda evapora rispetto all'acqua fredda, riducendo così la quantità di acqua rimanente da congelare. Le misurazioni di massa ci portano a credere che questo sia un fattore importante quando si raffredda l'acqua in contenitori aperti, anche se non è il meccanismo che spiega come si verifica l'effetto Mpemba in contenitori chiusi.
• Supercooling - L'acqua calda tende a subire un effetto di supercooler inferiore rispetto all'acqua fredda. Ciò rende più probabile che diventi solido quando raggiunge il punto di congelamento dell'acqua.
• Convezione - L'acqua sviluppa correnti di convezione mentre si raffredda. La densità dell'acqua di solito diminuisce all'aumentare della temperatura, quindi un contenitore di acqua di raffreddamento in genere è più caldo in alto che in basso. Se supponiamo che l'acqua perda la maggior parte del suo calore attraverso la sua superficie (il che può o non può essere vero, a seconda delle condizioni), allora l'acqua con una parte superiore più calda perderebbe il suo calore e si congelerebbe più velocemente dell'acqua con una parte superiore più fredda.
• Gas disciolti - L'acqua calda ha meno capacità di trattenere i gas disciolti rispetto all'acqua fredda, il che può influire sulla sua velocità di congelamento.
• Effetto dell'ambiente circostante - La differenza tra le temperature iniziali di due contenitori di acqua può avere un effetto sull'ambiente circostante che potrebbe influenzare la velocità di raffreddamento. Un esempio potrebbe essere l'acqua calda che scioglie uno strato di gelo preesistente, consentendo una migliore velocità di raffreddamento.

Provalo tu stesso

Ora, non credermi sulla parola! Se hai dei dubbi sul fatto che l'acqua calda a volte si congela più rapidamente dell'acqua fredda, provala tu stesso. Tieni presente che l'effetto Mpemba non sarà visibile per tutte le condizioni sperimentali, quindi consulta i riferimenti in questo post per vedere cosa potrebbe funzionare meglio per te (o prova a fare il gelato nel tuo congelatore, se lo accetti come una dimostrazione del effetto).