Ist es wahr, dass heißes Wasser schneller gefriert als kalt?

Ja, heißes Wasser kann schneller gefrieren als kaltes. Es kommt jedoch nicht immer vor und die Wissenschaft hat es auch nicht genau erklärt Warum es kann vorkommen.

Wichtige Erkenntnisse: Wassertemperatur und Gefrierrate

• Manchmal gefriert heißes Wasser schneller als kaltes. Dieser Effekt wird nach dem Schüler, der ihn beobachtet hat, Mpemba-Effekt genannt.
• Zu den Faktoren, die dazu führen können, dass heißes Wasser schneller gefriert, gehören Verdunstungskühlung, geringere Wahrscheinlichkeit einer Unterkühlung, geringe Konzentration gelöster Gase und Konvektion.
• Ob heißes oder kaltes Wasser schneller gefriert, hängt von den spezifischen Bedingungen ab.

Der Mpemba-Effekt

Obwohl Aristoteles, Bacon und Descartes alle beschrieben haben, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, wurde dem Gedanken größtenteils widersprochen, bis ein Schüler namens Mpemba in den 1960er Jahren bemerkte, dass heiße Eismischungen vor dem Eis einfrieren würden, wenn sie in die Gefriertruhe gestellt wurden Mischung, die auf Raumtemperatur abgekühlt wurde, bevor sie in den Gefrierschrank gestellt wurde. Mpemba wiederholte sein Experiment mit Wasser anstatt mit Eiscrememischung und stellte dasselbe Ergebnis fest: Das heiße Wasser gefror schneller als das kühlere Wasser. Als Mpemba seinen Physiklehrer aufforderte, die Beobachtungen zu erklären, teilte der Lehrer Mpemba mit, dass seine Daten fehlerhaft seien, da das Phänomen unmöglich sei.

Mpemba stellte einem Gastprofessor für Physik, Dr. Osborne, die gleiche Frage. Dieser Professor antwortete, dass er es nicht wüsste, aber er würde das Experiment testen. Dr. Osborne ließ einen Labortechniker Mpembas Test durchführen. Der Labortechniker berichtete, dass er Mpembas Ergebnis dupliziert habe: "Aber wir werden das Experiment so lange wiederholen, bis wir das richtige Ergebnis erhalten." (Ähm ... ja ... das wäre ein Beispiel für schlechte Wissenschaft.) Nun, die Daten waren die Daten, und als das Experiment wiederholt wurde, lieferte es weiterhin das gleiche Ergebnis. 1969 veröffentlichten Osborne und Mpemba die Ergebnisse ihrer Forschung. Das Phänomen, bei dem heißes Wasser schneller gefrieren kann als kaltes Wasser, wird manchmal als Mpemba-Effekt bezeichnet.

Warum heißes Wasser manchmal schneller gefriert als kaltes Wasser

Es gibt keine definitive Erklärung dafür, warum heißes Wasser schneller gefrieren kann als kaltes Wasser. Abhängig von den Bedingungen kommen unterschiedliche Mechanismen zum Einsatz. Die Hauptfaktoren scheinen zu sein:

• Verdunstung: Es verdunstet mehr heißes Wasser als kaltes Wasser, wodurch die Menge des noch einzufrierenden Wassers verringert wird. Massenmessungen lassen vermuten, dass dies ein wichtiger Faktor beim Kühlen von Wasser in offenen Behältern ist, obwohl es nicht der Mechanismus ist, der erklärt, wie der Mpemba-Effekt in geschlossenen Behältern auftritt.
• Unterkühlung: Heißes Wasser hat in der Regel eine geringere Unterkühlung als kaltes Wasser. Wenn es unterkühlt war, kann es eine Flüssigkeit bleiben, bis es gestört wird, sogar weit unter seiner normalen Gefriertemperatur. Wasser, das nicht unterkühlt ist, wird mit größerer Wahrscheinlichkeit fest, wenn es den Gefrierpunkt von Wasser erreicht.
• Konvektion: Wasser entwickelt beim Abkühlen Konvektionsströme. Die Wasserdichte nimmt normalerweise mit steigender Temperatur ab, sodass ein Kühlwasserbehälter oben in der Regel wärmer ist als unten. Wenn wir annehmen, dass Wasser den größten Teil seiner Wärme über die Oberfläche verliert (was je nach den Bedingungen der Fall sein kann oder nicht), dann würde Wasser mit einer heißeren Oberseite seine Wärme verlieren und schneller gefrieren als Wasser mit einer kühleren Oberseite.
• Gelöste Gase: Heißes Wasser kann weniger gelöste Gase speichern als kaltes Wasser, was die Gefriergeschwindigkeit beeinträchtigen kann.
• Wirkung der Umgebung: Der Unterschied zwischen den Anfangstemperaturen von zwei Wasserbehältern kann sich auf die Umgebung auswirken und die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen. Ein Beispiel wäre warmes Wasser, das eine bereits vorhandene Frostschicht schmilzt und eine bessere Abkühlrate ermöglicht.

Testen Sie es selbst

Nun, nimm mein Wort nicht dafür! Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob heißes Wasser manchmal schneller gefriert als kaltes, testen Sie es selbst. Beachten Sie, dass der Mpemba - Effekt nicht für alle experimentellen Bedingungen sichtbar ist. Daher müssen Sie möglicherweise mit der Größe der Wasserprobe und des Kühlwassers herumspielen (oder versuchen, Eis in Ihrem Gefrierschrank zuzubereiten, wenn Sie dies als akzeptabel einstufen) Demonstration der Wirkung).

Quellen

• Burridge, Henry C .; Linden, Paul F. (2016). "Den Mpemba-Effekt in Frage stellen: Heißes Wasser kühlt nicht schneller als kalt". Wissenschaftliche Berichte. 6: 37665. doi: 10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Verschiedene Möglichkeiten der Wasserstoffbindung in Wasser - Warum gefriert warmes Wasser schneller als kaltes Wasser?". Zeitschrift für chemische Theorie und Berechnung. 13 (1): 55 & ndash; 76. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00735