Welches Wasser schneller gefriert, heiß oder k alt, wird von vielen Faktoren beeinflusst, aber die Frage selbst erscheint etwas seltsam. Es wird impliziert und ist aus der Physik bekannt, dass heißes Wasser noch Zeit braucht, um sich auf die Temperatur vergleichbaren k alten Wassers abzukühlen, um zu Eis zu werden. Mit k altem Wasser kann diese Stufe übersprungen werden und gewinnt dementsprechend auf Zeit.
Aber die Antwort auf die Frage, welches Wasser auf der Straße bei Frost schneller gefriert - k alt oder heiß -, kennt jeder Bewohner der nördlichen Breiten. Tatsächlich stellt sich wissenschaftlich heraus, dass k altes Wasser ohnehin einfach schneller gefrieren muss.
So auch der Physiklehrer, der 1963 von dem Schüler Erasto Mpemba mit der Bitte angesprochen wurde, zu erklären, warum die k alte Mischung des zukünftigen Eises länger gefriert als dieselbe, aber heiß.
Das ist keine Weltphysik, sondern eine Art Mpemba-Physik
Damals lachte der Lehrer nur darüber, aber Deniss Osborn, ein Physikprofessor, der einst auf dieselbe Schule ging, an der Erasto studierte, bestätigte experimentell die Existenz eines solchen Effekts, obwohl es einen gab dann keine Erklärung dafür. 1969 veröffentlichte eine populärwissenschaftliche Zeitschrift einen gemeinsamen Artikel der beiden Männer, die diesen eigentümlichen Effekt beschrieben.
Seitdem hat übrigens die Frage, welches Wasser schneller gefriert - heiß oder k alt - einen eigenen Namen - der Effekt, oder paradox, Mpemba.
Die Frage ist vor langer Zeit aufgekommen
Natürlich hat es ein solches Phänomen schon früher gegeben, und es wurde in den Arbeiten anderer Wissenschaftler erwähnt. Nicht nur ein Schüler interessierte sich für diese Frage, auch Francis Bacon, René Descartes und sogar Aristoteles haben sich einst Gedanken darüber gemacht.
Das sind nur die Ansätze zur Lösung dieses Paradoxons, die erst am Ende des zwanzigsten Jahrhunderts zu suchen begannen.
Bedingungen für das Auftreten eines Paradoxons
Wie bei Eiscreme ist es nicht nur gewöhnliches Wasser, das während des Experiments gefriert. Es müssen bestimmte Bedingungen vorliegen, um sich darüber streiten zu können, welches Wasser schneller gefriert – k alt oder heiß. Was beeinflusst diesen Prozess?
Nun, im 21. Jahrhundert, wurden mehrere Optionen vorgeschlagen, die das erklären könnendieses Paradoxon. Welches Wasser schneller gefriert, heiß oder k alt, kann davon abhängen, dass heißes Wasser eine höhere Verdunstungsrate hat als k altes Wasser. Dadurch nimmt sein Volumen ab, und mit abnehmendem Volumen wird die Einfrierzeit kürzer, als wenn Sie eine ähnliche Anfangsmenge an k altem Wasser zu sich nehmen.
Der Gefrierschrank war lange Zeit abgetaut
Welches Wasser schneller gefriert und warum es gefriert, kann durch die Schneedecke beeinflusst werden, die sich möglicherweise im Gefrierfach des für das Experiment verwendeten Kühlschranks befindet. Wenn Sie zwei Behälter nehmen, die das gleiche Volumen haben, aber einer davon heißes Wasser und der andere k altes Wasser enthält, schmilzt der Behälter mit heißem Wasser den Schnee darunter und verbessert so den Kontakt des thermischen Niveaus mit der Kühlschrankwand. Ein K altwasserbehälter kann das nicht. Wenn im Kühlraum kein solcher Schneebelag vorhanden ist, sollte k altes Wasser schneller gefrieren.
Oben - Unten
Auch das Phänomen, dass Wasser schneller gefriert - heiß oder k alt, wird wie folgt erklärt. Nach bestimmten Gesetzen beginnt k altes Wasser von den oberen Schichten zu gefrieren, während heißes Wasser umgekehrt vorgeht – es beginnt von unten nach oben zu gefrieren. Es stellt sich heraus, dass k altes Wasser mit einer an einigen Stellen bereits gebildeten k alten Schicht darauf die Prozesse der Konvektion und Wärmestrahlung beeinträchtigt, wodurch erklärt wird, welches Wasser schneller gefriert - k alt oder heiß. Fotos von AmateurenExperimente sind beigefügt, und dies ist hier gut sichtbar.
Hitze tritt nach oben aus und trifft dort auf eine sehr kühle Schicht. Es gibt keinen freien Weg für die Wärmestrahlung, sodass der Kühlprozess schwierig wird. Heißes Wasser hat absolut keine derartigen Barrieren auf seinem Weg. Was schneller gefriert - k alt oder heiß, davon hängt das wahrscheinliche Ergebnis ab. Sie können die Antwort erweitern, indem Sie sagen, dass in jedem Wasser bestimmte Substanzen gelöst sind.
Verunreinigungen in der Wasserzusammensetzung als Einflussfaktor auf das Ergebnis
Wenn Sie nicht schummeln und Wasser mit der gleichen Zusammensetzung verwenden, bei dem die Konzentrationen bestimmter Substanzen identisch sind, sollte k altes Wasser schneller gefrieren. Aber wenn eine Situation eintritt, in der gelöste chemische Elemente nur in heißem Wasser vorhanden sind, während k altes Wasser sie nicht besitzt, hat heißes Wasser die Möglichkeit, früher zu gefrieren. Dies erklärt sich dadurch, dass gelöste Stoffe im Wasser Kristallisationszentren bilden und bei einer geringen Anzahl dieser Zentren die Umwandlung von Wasser in einen festen Zustand schwierig ist. Sogar eine Unterkühlung von Wasser ist möglich, in dem Sinne, dass es bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in flüssigem Zustand vorliegt.
Aber all diese Versionen passten anscheinend nicht ganz zu den Wissenschaftlern und sie arbeiteten weiter an diesem Problem. Im Jahr 2013 sagte ein Forscherteam in Singapur, dass sie das ur alte Rätsel gelöst hätten.
Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler behauptet, dass das Geheimnis dieses Effekts in der Menge an Energie liegt, die zwischen den Wassermolekülen in ihren Bindungen, den sogenannten Wasserstoffbrückenbindungen, gespeichert wird.
Hinweis von chinesischen Wissenschaftlern
Es folgen folgende Informationen, für deren Verständnis Sie etwas Chemiewissen benötigen, um herauszufinden, welches Wasser schneller gefriert - heiß oder k alt. Wie Sie wissen, besteht ein Wassermolekül aus zwei H-Atomen (Wasserstoff) und einem O-Atom (Sauerstoff), die durch kovalente Bindungen zusammengeh alten werden.
Aber Wasserstoffatome eines Moleküls werden auch von benachbarten Molekülen angezogen, von ihrem Sauerstoffanteil. Diese Bindungen nennt man Wasserstoffbrückenbindungen.
Es sei daran erinnert, dass Wassermoleküle gleichzeitig abstoßend aufeinander wirken. Wissenschaftler stellten fest, dass beim Erhitzen von Wasser der Abstand zwischen seinen Molekülen zunimmt, was durch Abstoßungskräfte erleichtert wird. Es stellt sich heraus, dass Wasserstoffbrückenbindungen, die im k alten Zustand einen Abstand zwischen Molekülen einnehmen, als gestreckt bezeichnet werden können und einen größeren Energievorrat haben. Es ist diese Energiereserve, die freigesetzt wird, wenn sich Wassermoleküle nähern, dh es kommt zu einer Abkühlung. Es stellt sich heraus, dass ein größerer Energievorrat in heißem Wasser und dessen größere Freisetzung bei Abkühlung auf Minustemperaturen schneller erfolgt als in k altem Wasser, das einen solchen Vorrat hat.weniger Energie. Welches Wasser gefriert also schneller – k alt oder heiß? Das Mpemba-Paradoxon sollte sich draußen und im Labor abspielen, und heißes Wasser sollte schneller zu Eis werden.
Aber noch offen
Für diesen Hinweis gibt es nur eine theoretische Bestätigung - all das ist in schönen Formeln geschrieben und scheint plausibel. Aber wenn die experimentellen Daten, welches Wasser schneller gefriert - heiß oder k alt, in einen praktischen Sinn gebracht und ihre Ergebnisse präsentiert werden, dann wird es möglich sein, die Frage des Mpemba-Paradoxons als abgeschlossen zu betrachten.
