Какая вода замерзает быстрее: холодная или горячая?

Volodymyr · **Posted:** 13 Dec 2009 11:15

Вопрос: если два одинаковых сосуда с одинаковым количеством холодной и гарячей воды поставить на мороз, то какая вода замерзает быстрее: холодная или горячая?

Ответ казалось бы очевиден - сначала замерзнет холодная вода, потому что горячей воде необходимо отдать больше тепла, чтобы достигнуть точки замерзания.
Однако описан т.н. парадокс Мпембы парадокс, который гласит, что горячая вода может замёрзнуть быстрее, чем холодная.

Quote:

В 1963 году ученик Магамбинской средней школы в Танзании Эрасто Мпемба делал практическую работу по поварскому делу. Ему нужно было изготовить самодельное мороженое - вскипятить молоко, растворить в нем сахар, охладить его до комнатной температуры, а затем поставить в холодильник для замерзания. По-видимому, Мпемба не был особо усердным учеником и промедлил с выполнением первой части задания. Опасаясь, что не успеет к концу урока, он поставил в холодильник еще горячее молоко. К его удивлению, оно замерзло даже раньше, чем молоко его товарищей, приготовленное по заданной технологии.

Похоже, что после этого Мпемба экспериментировал не только с молоком, но и с обычной водой. Во всяком случае, уже будучи учеником Мквавской средней школы он задал вопрос профессору Деннису Осборну из университетского колледжа в Дар-Эс-Саламе (приглашенному директором школы прочесть ученикам лекцию по физике) именно по поводу воды: "Если взять два одинаковых контейнера с равными объемами воды так, что в одном из них вода имеет температуру 35°С, а в другом - 100°С, и поставить их в морозилку, то во втором вода замерзнет быстрее. Почему?" Осборн заинтересовался этим вопросом и вскоре (в 1969 году) они вместе с Мпембой опубликовали результаты своих экспериментов в журнале "Physics Education". С тех пор обнаруженный ими эффект называется эффектом Мпембы.
http://traditio.ru/wiki/Парадокс_Мпембы

Предлагают несколько объяснений данного эффекта. По моему мнению можно серьезно расматривать только два из них:

Quote:

*Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

*Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде - растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

Попытки воспроизвести такой эксперимент привели к неоднозначным результатам - довольно часто никакого "эффекта Мпембы" не наблюдалось. Не удивительно, что в статьях, посвященных этому вопросу употребляют формулировку "при некоторых условиях".

Вчера в Киеве похолодало и появилась возможность повторить эксперимент, не рискуя испортить холодильник.
Взял две полулитровые банки. В одну из них налил примерно на 1/3 холодной воды, в другую сколько же кипятка. Выставил обе банки за окно. Температура была минус 6-8 С.
В банке с горячей водой на стенках конденсировался пар, который примерно через пол часа замерз, но вода в обоих банках еще не начала замерзать.
Через 1.5 часа в обоих банках с поверхности образовалась корка льда (толщиной несколько мм), причем в банке с холодной водой она была толще. Таким образом, холодная вода замерзала быстрее, чем горячая.

Attachment:

File comment: Начало эксперимента

1.jpg [ 198.59 KiB | Viewed 31840 times ]

Attachment:

File comment: через 30 мин

2.jpg [ 198.37 KiB | Viewed 31840 times ]

Attachment:

File comment: через 90 мин

3.jpg [ 304.49 KiB | Viewed 31840 times ]

Attachment:

File comment: через 90 мин

4.jpg [ 332 KiB | Viewed 31840 times ]

Эксперимент исключительно простой, поэтому предлагаю учасникам его повторить. Все, что необходимо - две одинаковых банки или стакана, немного воды и мороз.

Наливать кипяток в банку необходимо осторожно - давая ей постепенно прогреться. Чтобы банка не треснула можно использовать металлическую ложечку.

antabu · **Posted:** 13 Dec 2009 16:56

http://forum.xumuk.ru/index.php?showtop ... 2%EE%E4%E0

Volodymyr · **Posted:** 13 Dec 2009 20:08

antabu wrote:

http://forum.xumuk.ru/index.php?showtopic=13935&hl=%E3%EE%F0%FF%F7%E0%FF+%E2%EE%E4%E0

По памяти пытался найти эту тему (оказалось, что не в том разделе смотрел).

Тогда мы так и не пришли ни к чему конкретному - была уже весна, а холодильником рисковать никто не хотел. Сейчас же попробовать самый раз - за окном хороший мороз.

Ромашка · **Posted:** 14 Dec 2009 18:19

эксперимент на улице отличается от холодильника. В камере холодная вода не замерзнет, пока не остынет горячая. На улице банки с водой остывают независимо.

Volodymyr · **Posted:** 14 Dec 2009 18:43

Ромашка wrote:

эксперимент на улице отличается от холодильника. В камере холодная вода не замерзнет, пока не остынет горячая. На улице банки с водой остывают независимо.

Это многое объясняет: гарячая вода не только испаряется (уменьшая свою массу), но и греет холодную воду.

Sneg.EXE · **Joined:** 25 Nov 2011 00:26 **Posts:** 264

Холодной водой такой "фокус" явно не пройдет.

duke2003 · **Joined:** 21 Jan 2012 01:08 **Posts:** 2

Если мы говорим что быстрее, то, по определению, нужно сравнивать время когда горячая вода замерзнет с временем замерзания холодной. Вот простой пример, пусть холодная вода имеет температуру +0.2 оС, к горячая +99 оС. Уверен, что холодная замерзнет быстрее. Если забыть про возможность переохлаждения воды, то определяющим фактором будет скорость отдачи тепла по внешнюю среду и начальная температура.

Какая вода замерзает быстрее: холодная или горячая?

Who is online