È vero che l'acqua calda si congela più velocemente del freddo?

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

Key Takeaways: temperatura dell'acqua e tasso di congelamento

• A volte l'acqua calda si congela più rapidamente dell'acqua fredda. Questo si chiama effetto Mpemba dopo lo studente che lo ha osservato.
• I fattori che possono causare il congelamento più rapido dell'acqua calda includono il raffreddamento per evaporazione, minori possibilità di raffreddamento eccessivo, bassa concentrazione di gas disciolti e convezione.
• Il congelamento più rapido dell'acqua calda o fredda dipende dalle condizioni specifiche.

L'effetto Mpemba

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". (Um ... sì ... quello sarebbe un esempio di scarsa scienza.) Bene, i dati erano 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.
• sottoraffreddamento: L'acqua calda tende a subire un effetto di supercooler inferiore rispetto all'acqua fredda. Quando era un supercool, può rimanere un liquido fino a quando non viene disturbato, anche ben al di sotto della normale temperatura di congelamento. L'acqua non raffreddata ha maggiori probabilità di diventare solida 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 una capacità inferiore di trattenere i gas disciolti rispetto all'acqua fredda, il che può influire sulla velocità di congelamento.
• Effetto dei dintorni: 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 potresti dover giocare con le dimensioni del campione d'acqua e dell'acqua di raffreddamento (o provare a fare il gelato nel congelatore, se lo accetti come un dimostrazione dell'effetto).

fonti

• Burridge, Henry C .; Linden, Paul F. (2016). "Mettere in discussione l'effetto Mpemba: l'acqua calda non si raffredda più rapidamente del freddo". Rapporti scientifici. 6: 37665. doi: 10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Diversi modi di legare l'idrogeno nell'acqua: perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda?". Rivista di teoria e calcolo chimici. 13 (1): 55-76. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00735