El agua tibia se congela más rápido que el agua fría. ¿Qué agua se congela más rápido: fría o caliente? ¿De qué depende?

¿El efecto Mpemba o por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría? El efecto Mpemba (paradoja de Mpemba) es una paradoja que establece que el agua caliente bajo algunas condiciones se congela más rápido que el agua fría, aunque debe superar la temperatura del agua fría durante el proceso de congelación. Esta paradoja es un hecho experimental que contradice las ideas habituales según las cuales, en las mismas condiciones, un cuerpo más calentado tarda más en enfriarse a una determinada temperatura que un cuerpo menos calentado en enfriarse a la misma temperatura. Este fenómeno fue notado en un momento por Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes, pero no fue hasta 1963 que el escolar tanzano Erasto Mpemba descubrió que una mezcla de helado caliente se congela más rápido que una fría. Ser estudiante de Magambinskaya escuela secundaria en Tanzania Erasto Mpemba lo hizo trabajo practico en la cocina. Necesitaba hacer helado casero: hervir la leche, disolver el azúcar y enfriar hasta que temperatura ambiente y luego colocar en el refrigerador para que se congele. Aparentemente, Mpemba no era un estudiante particularmente diligente y retrasó la finalización de la primera parte de la tarea. Temiendo no poder llegar al final de la lección, puso leche aún caliente en el refrigerador. Para su sorpresa, se congeló incluso antes que la leche de sus compañeros, preparada según la tecnología dada. Después de esto, Mpemba experimentó no sólo con leche, sino también con agua corriente. En cualquier caso, ya siendo estudiante en la escuela secundaria de Mkwava, preguntó al profesor Dennis Osborne del University College de Dar Es Salaam (invitado por el director de la escuela a dar una conferencia sobre física a los estudiantes) específicamente sobre el agua: “Si tomas dos recipientes idénticos con volúmenes iguales de agua para que en uno de ellos el agua tenga una temperatura de 35°C, y en el otro - 100°C, y mételos en el congelador, luego en el segundo el agua se congelará más rápido. ¿Por qué? Osborne se interesó por este tema y pronto, en 1969, él y Mpemba publicaron los resultados de sus experimentos en la revista Physics Education. Desde entonces, el efecto que descubrieron se llamó efecto Mpemba. Hasta ahora nadie sabe exactamente cómo explicar este extraño efecto. Los científicos no tienen una única versión, aunque hay muchas. Se trata de la diferencia en las propiedades del agua fría y caliente, pero aún no está claro qué propiedades juegan un papel en este caso: la diferencia en el sobreenfriamiento, la evaporación, la formación de hielo, la convección o el efecto de los gases licuados en el agua en diferentes temperaturas. La paradoja del efecto Mpemba es que el tiempo durante el cual el cuerpo se enfría hasta alcanzar la temperatura ambiente, debe ser proporcional a la diferencia de temperatura entre este cuerpo y el medio ambiente. Esta ley fue establecida por Newton y desde entonces ha sido confirmada muchas veces en la práctica. En este efecto, el agua con una temperatura de 100°C se enfría a una temperatura de 0°C más rápido que la misma cantidad de agua con una temperatura de 35°C. Sin embargo, esto todavía no implica una paradoja, ya que el efecto Mpemba también puede explicarse en el marco físico famoso. Aquí hay algunas explicaciones para el efecto Mpemba: Evaporación El agua caliente se evapora más rápido de un recipiente, reduciendo así su volumen, y un volumen menor de agua a la misma temperatura se congela más rápido. El agua calentada a 100 C pierde el 16% de su masa cuando se enfría a 0 C. El efecto de la evaporación es doble. En primer lugar, disminuye la masa de agua necesaria para la refrigeración. Y en segundo lugar, la temperatura disminuye debido a que disminuye el calor de evaporación de la transición de la fase de agua a la fase de vapor. Diferencia de temperatura Debido a que la diferencia de temperatura entre el agua caliente y el aire frío es mayor, por lo tanto el intercambio de calor en este caso es más intenso y el agua caliente se enfría más rápido. Hipotermia Cuando el agua se enfría por debajo de 0 C, no siempre se congela. En algunas condiciones, puede sufrir un sobreenfriamiento y permanecer líquido a temperaturas bajo cero. En algunos casos, el agua puede permanecer líquida incluso a una temperatura de -20 C. La razón de este efecto es que para que comiencen a formarse los primeros cristales de hielo, se necesitan centros de formación de cristales. Si no están presentes en el agua líquida, el sobreenfriamiento continuará hasta que la temperatura baje lo suficiente como para que se formen cristales espontáneamente. Cuando comiencen a formarse en el líquido sobreenfriado, comenzarán a crecer más rápido, formando hielo granizado, que se congelará para formar hielo. El agua caliente es más susceptible a la hipotermia porque al calentarla se eliminan los gases y las burbujas disueltos, que a su vez pueden servir como centros para la formación de cristales de hielo. ¿Por qué la hipotermia hace que el agua caliente se congele más rápido? En caso de agua fría , que no está sobreenfriado, ocurre lo siguiente. En este caso, se formará una fina capa de hielo en la superficie del recipiente. Esta capa de hielo actuará como aislante entre el agua y el aire frío y evitará una mayor evaporación. La tasa de formación de cristales de hielo en este caso será menor. En el caso del agua caliente sometida a sobreenfriamiento, el agua sobreenfriada no tiene una capa superficial protectora de hielo. Por lo tanto, pierde calor mucho más rápido a través de la parte superior abierta. Cuando finaliza el proceso de sobreenfriamiento y el agua se congela, se pierde mucho más calor y por tanto se forma más hielo. Muchos investigadores de este efecto consideran que la hipotermia es el factor principal en el caso del efecto Mpemba. Convección El agua fría comienza a congelarse desde arriba, empeorando así los procesos de radiación de calor y convección y, por tanto, la pérdida de calor, mientras que el agua caliente comienza a congelarse desde abajo. Este efecto se explica por una anomalía en la densidad del agua. El agua tiene una densidad máxima a 4 C. Si enfrías el agua a 4 C y la pones a una temperatura más baja, la capa superficial de agua se congelará más rápido. Debido a que esta agua es menos densa que el agua a una temperatura de 4 C, permanecerá en la superficie formando una fina capa fría. En estas condiciones, en poco tiempo se formará una fina capa de hielo en la superficie del agua, pero esta capa de hielo servirá como aislante, protegiendo las capas inferiores de agua, que permanecerán a una temperatura de 4 C. Por lo tanto, el proceso de enfriamiento posterior será más lento. En el caso del agua caliente la situación es completamente diferente. La capa superficial de agua se enfriará más rápidamente debido a la evaporación y a una mayor diferencia de temperatura. Además, las capas de agua fría son más densas que las de agua caliente, por lo que la capa de agua fría se hundirá, elevando la capa de agua tibia a la superficie. Esta circulación de agua asegura un rápido descenso de la temperatura. Pero ¿por qué este proceso no llega a un punto de equilibrio? Para explicar el efecto Mpemba desde este punto de vista de la convección, sería necesario suponer que las capas de agua fría y caliente están separadas y que el proceso de convección continúa después de que la temperatura promedio del agua cae por debajo de 4 C. Sin embargo, no hay Datos experimentales que confirmarían esta hipótesis de que las capas de agua fría y caliente se separan mediante el proceso de convección. Gases disueltos en agua El agua siempre contiene gases disueltos: oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases tienen la capacidad de reducir el punto de congelación del agua. Cuando se calienta el agua, estos gases se liberan del agua porque su solubilidad en agua es alta temperatura abajo. Por lo tanto, cuando el agua caliente se enfría, siempre contiene menos gases disueltos que el agua fría sin calentar. Por tanto, el punto de congelación del agua calentada es mayor y se congela más rápido. Este factor se considera a veces como el principal para explicar el efecto Mpemba, aunque no existen datos experimentales que lo confirmen. Conductividad térmica Este mecanismo puede desempeñar un papel importante cuando se coloca agua en el compartimento frigorífico-congelador en recipientes pequeños. En estas condiciones, se ha observado que un recipiente con agua caliente derrite el hielo en el congelador que se encuentra debajo, mejorando así el contacto térmico con la pared del congelador y la conductividad térmica. Como resultado, el calor se elimina de un recipiente con agua caliente más rápido que de uno frío. A su vez, un recipiente con agua fría no derrite la nieve que hay debajo. Todas estas (y otras) condiciones se estudiaron en muchos experimentos, pero nunca se obtuvo una respuesta clara a la pregunta de cuál de ellas proporciona una reproducción cien por cien del efecto Mpemba. Por ejemplo, en 1995, el físico alemán David Auerbach estudió el efecto del sobreenfriamiento del agua sobre este efecto. Descubrió que el agua caliente, al alcanzar un estado sobreenfriado, se congela a una temperatura más alta que el agua fría y, por tanto, más rápido que esta última. Pero el agua fría alcanza un estado sobreenfriado más rápido que el agua caliente, compensando así el retraso anterior. Además, los resultados de Auerbach contradicen datos anteriores de que el agua caliente podía alcanzar un mayor sobreenfriamiento debido a que tenía menos centros de cristalización. Cuando se calienta el agua, se eliminan los gases disueltos en ella, y cuando se hierve, precipitan algunas sales disueltas en ella. Por ahora sólo se puede afirmar una cosa: la reproducción de este efecto depende en gran medida de las condiciones en las que se lleva a cabo el experimento. Precisamente porque no siempre se reproduce. OV Mosin

Esto es cierto, aunque suene increíble, pues durante el proceso de congelación, el agua precalentada debe pasar la temperatura del agua fría. Mientras tanto, este efecto se utiliza mucho, por ejemplo, las pistas de patinaje y los toboganes se llenan de agua caliente en lugar de fría. Los expertos aconsejan a los automovilistas que en invierno viertan agua fría, no caliente, en el depósito de la lavadora. La paradoja se conoce en el mundo como el “Efecto Mpemba”.

Este fenómeno fue mencionado alguna vez por Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes, pero recién en 1963 los profesores de física le prestaron atención e intentaron estudiarlo. Todo comenzó cuando el escolar tanzano Erasto Mpemba notó que la leche azucarada que usaba para hacer helado se congelaba más rápido si se precalentaba y planteó la hipótesis de que el agua caliente se congelaba más rápido que el agua fría. Se dirigió al profesor de física para pedirle una aclaración, pero éste se limitó a reírse del estudiante y le dijo lo siguiente: “Esto no es física universal, sino física Mpemba”.

Por suerte, Dennis Osborne, profesor de física de la Universidad de Dar es Salaam, visitó la escuela un día. Y Mpemba se volvió hacia él con la misma pregunta. El profesor se mostró menos escéptico, dijo que no podía juzgar algo que nunca había visto y, al regresar a casa, pidió a sus empleados que realizaran los experimentos adecuados. Parecían confirmar las palabras del niño. En cualquier caso, en 1969, Osborne habló de trabajar con Mpemba en una revista inglesa. FísicaEducación" Ese mismo año, George Kell, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, publicó un artículo que describe el fenómeno en inglés. AmericanoDiariodeFísica».

Hay varias explicaciones posibles para esta paradoja:

El agua caliente se evapora más rápido, lo que reduce su volumen, y un volumen menor de agua a la misma temperatura se congela más rápido. El agua fría debería congelarse más rápido en recipientes herméticos.
Disponibilidad de forro de nieve. Un recipiente con agua caliente derrite la nieve que se encuentra debajo, mejorando así el contacto térmico con la superficie de enfriamiento. El agua fría no derrite la nieve que hay debajo. Si no hay un forro para nieve, el recipiente de agua fría debería congelarse más rápido.
El agua fría comienza a congelarse desde arriba, empeorando así los procesos de radiación y convección de calor y, por tanto, la pérdida de calor, mientras que el agua caliente comienza a congelarse desde abajo. Con una mezcla mecánica adicional de agua en recipientes, el agua fría debería congelarse más rápido.
La presencia de centros de cristalización en agua enfriada: sustancias disueltas en ella. Con un pequeño número de estos centros en agua fría, la transformación del agua en hielo es difícil e incluso es posible un sobreenfriamiento cuando permanece en estado liquido con temperaturas bajo cero.

Recientemente se publicó otra explicación. doctor jonathan Katz (Jonathan Katz) de la Universidad de Washington estudió este fenómeno y llegó a la conclusión de que las sustancias disueltas en el agua desempeñan un papel importante en él, que precipitan cuando se calientan.
bajo disuelto sustancias dr. Katz se refiere a los bicarbonatos de calcio y magnesio, que se encuentran en el agua dura. Cuando el agua se calienta, estas sustancias precipitan y el agua se vuelve "blanda". El agua que nunca ha sido calentada contiene estas impurezas y es “dura”. A medida que se congela y se forman cristales de hielo, la concentración de impurezas en el agua aumenta 50 veces. Debido a esto, el punto de congelación del agua disminuye.

Esta explicación no me parece convincente, porque... No debemos olvidar que el efecto se descubrió en experimentos con helado y no con agua dura. Lo más probable es que las causas del fenómeno sean termofísicas, no químicas.

Hasta el momento no se ha obtenido una explicación inequívoca para la paradoja de Mpemba. Hay que decir que algunos científicos no consideran que esta paradoja merezca atención. Sin embargo, es muy interesante que un simple colegial lograra el reconocimiento del efecto físico y ganara popularidad gracias a su curiosidad y perseverancia.

Agregado en febrero de 2014

La nota fue escrita en 2011. Desde entonces han aparecido nuevos estudios sobre el efecto Mpemba y nuevos intentos de explicarlo. Así, en 2012, la Real Sociedad de Química de Gran Bretaña anunció Competicion internacional resolver misterio científico“Efecto Mpemba” con un fondo de premios de 1000 libras. La fecha límite se fijó el 30 de julio de 2012. El ganador fue Nikola Bregovic del laboratorio de la Universidad de Zagreb. Publicó su trabajo en el que analizó intentos anteriores de explicar este fenómeno y llegó a la conclusión de que no eran convincentes. El modelo que propuso se basa en las propiedades fundamentales del agua. Los interesados pueden encontrar trabajo en http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

La investigación no terminó ahí. En 2013, físicos de Singapur demostraron teóricamente la causa del efecto Mepemba. El trabajo se puede encontrar en http://arxiv.org/abs/1310.6514.

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Comentarios:

Alexéi Mishnev. , 06.10.2012 04:14

¿Por qué el agua caliente se evapora más rápido? Los científicos han demostrado prácticamente que un vaso de agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Los científicos no pueden explicar este fenómeno porque no comprenden la esencia de los fenómenos: ¡calor y frío! El calor y el frío son una sensación física que provoca la interacción de partículas de Materia, en forma de contracompresión de ondas magnéticas que se mueven desde el espacio y desde el centro de la tierra. Por lo tanto, cuanto mayor es la diferencia de potencial, este voltaje magnético, más rápido se produce el intercambio de energía mediante el método de contrapenetración de una onda en otra. Es decir, ¡por el método de difusión! En respuesta a mi artículo, un oponente escribe: 1) “...El agua caliente se evapora MÁS RÁPIDO, lo que resulta en menos cantidad, por lo que se congela más rápido” ¡Pregunta! ¿Qué energía hace que el agua se evapore más rápido? 2) Mi artículo trata sobre un vaso y no sobre un abrevadero de madera, lo que el oponente cita como contraargumento. ¡Lo cual no es correcto! Respondo a la pregunta: “¿POR QUÉ EL AGUA SE EVAPORA EN LA NATURALEZA?” Las ondas magnéticas, que siempre se mueven desde el centro de la Tierra hacia el espacio, superando la contrapresión de las ondas de compresión magnéticas (que siempre se mueven desde el espacio hacia el centro de la Tierra), al mismo tiempo, rocían partículas de agua, desde que se mueven hacia el espacio. , aumentan de volumen. Es decir, ¡se están expandiendo! Si se superan las ondas de compresión magnética, estos vapores de agua se comprimen (se condensan) y, bajo la influencia de estas fuerzas de compresión magnética, ¡el agua regresa a la tierra en forma de precipitación! ¡Atentamente! Alexéi Mishnev. 6 de octubre de 2012.

Alexéi Mishnev. , 06.10.2012 04:19

¿Qué es la temperatura? La temperatura es el grado de tensión electromagnética de las ondas magnéticas con energía de compresión y expansión. En el caso de un estado de equilibrio de estas energías, la temperatura del cuerpo o sustancia se encuentra en un estado estable. Cuando se altera el estado de equilibrio de estas energías, hacia la energía de expansión, el cuerpo o sustancia aumenta en el volumen del espacio. Si la energía de las ondas magnéticas excede en la dirección de compresión, el volumen del espacio del cuerpo o sustancia disminuye. El grado de tensión electromagnética está determinado por el grado de expansión o compresión del cuerpo de referencia. Alexéi Mishnev.

Natalia Moiseeva, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, estás hablando de un artículo que expone tu opinión sobre el concepto de temperatura. Pero nadie lo leyó. Por favor dame un enlace. En general, sus puntos de vista sobre la física son únicos. Nunca he oído hablar de la "expansión electromagnética de un cuerpo de referencia".

Yuri Kuznetsov, 12/04/2012 12:32

Se propone la hipótesis de que esto se debe a la resonancia intermolecular y a la atracción ponderomotriz entre moléculas que genera. En el agua fría, las moléculas se mueven y vibran caóticamente, a diferentes frecuencias. Cuando se calienta el agua, con un aumento en la frecuencia de las vibraciones, su rango se estrecha (la diferencia de frecuencias desde el agua caliente líquida hasta el punto de vaporización disminuye), las frecuencias de vibración de las moléculas se acercan entre sí, como resultado de lo cual se produce resonancia. ocurre entre las moléculas. Durante el enfriamiento, esta resonancia se conserva parcialmente y no se desvanece inmediatamente. Intente presionar una de las dos cuerdas de la guitarra que están en resonancia. Ahora suéltalo: la cuerda comenzará a vibrar nuevamente, la resonancia restaurará sus vibraciones. Asimismo, en el agua congelada, las moléculas enfriadas externas intentan perder la amplitud y frecuencia de las vibraciones, pero las moléculas "calientes" dentro del recipiente "tiran" las vibraciones hacia atrás, actuando como vibradores, y las externas como resonadores. La atracción ponderomotriz* surge entre vibradores y resonadores. Cuando la fuerza ponderomotriz se vuelve más poder, causada por la energía cinética de las moléculas (que no solo vibran, sino que también se mueven linealmente), se produce una cristalización acelerada: el "efecto Mpemba". La conexión ponderomotriz es muy inestable, el efecto Mpemba depende en gran medida de todos los factores relacionados: el volumen de agua a congelar, la naturaleza de su calentamiento, las condiciones de congelación, la temperatura, la convección, las condiciones de intercambio de calor, la saturación de gas, la vibración de la unidad de refrigeración. , ventilación, impurezas, evaporación, etc. Posiblemente incluso por la iluminación... Por tanto, el efecto tiene muchas explicaciones y, a veces, es difícil de reproducir. Por la misma razón de "resonancia", el agua hervida hierve más rápido que el agua sin hervir: la resonancia conserva la intensidad de las vibraciones de las moléculas de agua durante algún tiempo después de hervir (la pérdida de energía durante el enfriamiento se debe principalmente a la pérdida de energía cinética del movimiento lineal de moléculas). En caso de calentamiento intenso, las moléculas vibratorias cambian de papel con las moléculas resonadoras en comparación con la congelación: la frecuencia de los vibradores es menor que la frecuencia de los resonadores, lo que significa que no se produce atracción, sino repulsión entre las moléculas, lo que acelera la transición a otra. estado de agregación(par).

Vlad, 11/12/2012 03:42

Me rompió el cerebro...

Antón, 04/02/2013 02:02

1. ¿Es realmente tan grande esta atracción ponderomotriz que afecta el proceso de transferencia de calor? 2. ¿Significa esto que cuando todos los cuerpos se calientan a una determinada temperatura, sus partículas estructurales entran en resonancia? 3. ¿Por qué esta resonancia desaparece cuando se enfría? 4. ¿Es ésta tu suposición? Si hay una fuente, por favor indíquela. 5. Según esta teoría, la forma del recipiente jugará un papel importante, y si es delgado y plano, la diferencia en el tiempo de congelación no será grande, es decir. puedes comprobar esto.

Gudrat, 11/03/2013 10:12 | METAK

En el agua fría ya hay átomos de nitrógeno y las distancias entre las moléculas de agua son más cercanas que en el agua caliente. Es decir, la conclusión: el agua caliente absorbe átomos de nitrógeno más rápido y al mismo tiempo se congela más rápido que el agua fría; esto es comparable al endurecimiento del hierro, ya que el agua caliente se convierte en hielo y el hierro caliente se endurece al enfriarse rápidamente.

Vladímir, 13/03/2013 06:50

o tal vez esto: la densidad del agua caliente y del hielo es menor que la densidad del agua fría, por lo que el agua no necesita cambiar su densidad, perdiendo algo de tiempo y se congela.

Alexey Mishnev, 21/03/2013 11:50

Antes de hablar de resonancias, atracciones y vibraciones de partículas, debemos comprender y responder la pregunta: ¿Qué fuerzas hacen que las partículas vibren? Ya que sin energía cinética no puede haber compresión. Sin compresión no puede haber expansión. ¡Sin expansión no puede haber energía cinética! Cuando empiezas a hablar de la resonancia de las cuerdas, ¡primero haces un esfuerzo para que una de estas cuerdas comience a vibrar! Cuando se habla de atracción, primero hay que indicar la fuerza que hace que estos cuerpos se atraigan. Afirmo que todos los cuerpos están comprimidos por la energía electromagnética de la atmósfera y que comprime todos los cuerpos, sustancias y partículas elementales con una fuerza de 1,33 kg. no por cm2, sino por partícula elemental. Ya que la presión atmosférica no puede ser selectiva. ¡No debe confundirse con la cantidad de fuerza!

Dodik, 31/05/2013 02:59

Me parece que ha olvidado una verdad: "La ciencia comienza donde comienzan las mediciones". ¿Cuál es la temperatura del agua "caliente"? ¿Cuál es la temperatura del agua “fría”? El artículo no dice ni una palabra sobre esto. De esto podemos concluir: ¡todo el artículo es una mierda!

Gregory, 04/06/2013 12:17

Dodik, antes de calificar un artículo como una tontería, debes pensar en aprender, al menos un poco. Y no sólo medir.

Dmitry, 24/12/2013 10:57

Las moléculas de agua caliente se mueven más rápido que en el agua fría, debido a esto hay un contacto más cercano con el medio ambiente, parecen absorber todo el frío, ralentizándose rápidamente.

Iván, 10/01/2014 05:53

Es sorprendente que un artículo tan anónimo aparezca en este sitio. El artículo es completamente acientífico. Tanto el autor como los comentaristas compiten entre sí en busca de una explicación del fenómeno, sin molestarse en averiguar si el fenómeno se observa y, en caso de observarse, en qué condiciones. Además, ¡ni siquiera hay acuerdo sobre lo que estamos observando realmente! Así, el autor insiste en la necesidad de explicar el efecto de la congelación rápida del helado caliente, aunque de todo el texto (y de las palabras “el efecto se descubrió en experimentos con helado”) se desprende que él mismo no realizó tales experimentos. De las opciones enumeradas en el artículo para "explicar" el fenómeno, se desprende claramente que se describen experimentos completamente diferentes, llevados a cabo en diferentes condiciones con diferentes soluciones acuosas. Tanto la esencia de las explicaciones como el modo subjuntivo en ellas sugieren que ni siquiera se llevó a cabo una verificación básica de las ideas expresadas. Alguien escuchó accidentalmente una historia divertida y expresó casualmente su conclusión especulativa. Lo siento, pero no es físico. Investigación científica, y la conversación tiene lugar en la sala de fumadores.

Iván, 10/01/2014 06:10

Respecto a los comentarios del artículo sobre llenar los rodillos con agua caliente y los depósitos del lavaparabrisas con agua fría. Aquí todo es sencillo desde el punto de vista de la física elemental. La pista de patinaje se llena de agua caliente precisamente porque se congela más lentamente. La pista de patinaje debe estar nivelada y lisa. Intente llenarlo con agua fría; obtendrá golpes y “hinchazones”, porque... El agua se congelará _rápidamente_ sin tener tiempo de extenderse en una capa uniforme. Y el caliente tendrá tiempo de esparcirse en una capa uniforme y derretirá los tubérculos de hielo y nieve existentes. La lavadora tampoco es difícil: no tiene sentido verter agua limpia en climas fríos: se congela en el vidrio (incluso caliente); y un líquido caliente que no se congela puede provocar que el vidrio frío se rompa, además el vidrio tendrá un mayor punto de congelación debido a la evaporación acelerada de los alcoholes en el camino hacia el vidrio (¿todos están familiarizados con el principio de funcionamiento de un destilador de alcohol ilegal? ? - el alcohol se evapora, queda el agua).

Iván, 10/01/2014 06:34

Pero en esencia del fenómeno, es estúpido preguntar por qué dos experimentos diferentes en condiciones diferentes se desarrollan de manera diferente. Si el experimento se lleva a cabo puramente, entonces es necesario tomar agua fría y caliente del mismo composición química- sacar agua hirviendo previamente enfriada del mismo hervidor. Vierta en recipientes idénticos (por ejemplo, vasos de paredes delgadas). No lo colocamos sobre la nieve, sino sobre una base igualmente plana y seca, por ejemplo, una mesa de madera. Y no en un microcongelador, sino en un termostato bastante voluminoso: realicé un experimento hace un par de años en la casa de campo, cuando el clima afuera era estable y helado, alrededor de -25 ° C. El agua cristaliza a una determinada temperatura después de liberar el calor de cristalización. La hipótesis se reduce a la afirmación de que el agua caliente se enfría más rápido (esto es cierto, de acuerdo con la física clásica, la velocidad de transferencia de calor es proporcional a la diferencia de temperatura), pero conserva una mayor velocidad de enfriamiento incluso cuando su temperatura se vuelve igual a la temperatura del agua fría. La pregunta es: ¿en qué se diferencia el agua que se ha enfriado a una temperatura de +20 °C en el exterior de exactamente la misma agua que se ha enfriado a una temperatura de +20 °C una hora antes, pero en una habitación? La física clásica (por cierto, basada no en la charla en la sala de fumadores, sino en cientos de miles y millones de experimentos) dice: nada, la dinámica posterior de enfriamiento será la misma (solo el agua hirviendo alcanzará el punto +20 más tarde). Y el experimento demuestra lo mismo: cuando un vaso de agua inicialmente fría ya tenía una fuerte costra de hielo, el agua caliente ni siquiera pensó en congelarse. PD A los comentarios de Yuri Kuznetsov. La presencia de un determinado efecto se puede considerar establecida cuando se describen las condiciones para su aparición y se reproduce de forma coherente. Y cuando tenemos experimentos desconocidos con condiciones desconocidas, es prematuro construir teorías para explicarlos y esto no aporta nada desde el punto de vista científico. P.P.S. Bueno, es imposible leer los comentarios de Alexei Mishnev sin lágrimas de ternura: una persona vive en una especie de mundo ficticio que no tiene nada que ver con la física y los experimentos reales.

Gregorio, 13/01/2014 10:58

Ivan, tengo entendido que estás refutando el efecto Mpemba. ¿No existe, como muestran sus experimentos? ¿Por qué es tan famoso en física y por qué muchos intentan explicarlo?

Iván, 14/02/2014 01:51

¡Buenas tardes Gregorio! El efecto de un experimento impuro existe. Pero, como comprenderá, esta no es una razón para buscar nuevas leyes en física, sino una razón para mejorar las habilidades de un experimentador. Como ya señalé en los comentarios, en todos los intentos mencionados de explicar el "efecto Mpemba", los investigadores ni siquiera pueden formular claramente qué exactamente y bajo qué condiciones miden. ¿Y quieres decir que son físicos experimentales? No me hagas reír. El efecto no se conoce en física, sino en debates pseudocientíficos en diversos foros y blogs, de los que ahora hay un mar. Es percibido como un efecto físico real (en el sentido de una consecuencia de algunas nuevas leyes físicas, y no como consecuencia de una interpretación incorrecta o simplemente un mito) por personas alejadas de la física. Por tanto, no hay razón para hablar de los resultados de diferentes experimentos realizados en condiciones completamente diferentes como un único efecto físico.

Pablo, 18/02/2014 09:59

hmm, chicos... artículo para "Speed Info"... Sin ofender... ;) Iván tiene razón en todo...

Gregorio, 19/02/2014 12:50

Ivan, estoy de acuerdo en que ahora hay muchos sitios pseudocientíficos que publican material sensacionalista no verificado. Al fin y al cabo, el efecto Mpemba todavía se está estudiando. Además, los científicos de las universidades están investigando. Por ejemplo, en 2013, este efecto fue estudiado por un grupo de Universidad de Tecnologia En Singapur. Mire el enlace http://arxiv.org/abs/1310.6514. Creen haber encontrado una explicación para este efecto. No escribiré en detalle sobre la esencia del descubrimiento, pero en su opinión, el efecto está asociado con la diferencia en las energías almacenadas en los enlaces de hidrógeno.

Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04

Para todos los interesados en investigar el efecto Mpemba, he complementado ligeramente el material del artículo y he proporcionado enlaces donde pueden leer más. últimos resultados(ver texto). Gracias por tus comentarios.

Ildar, 24/02/2014 04:12 | no tiene sentido enumerarlo todo

Si este efecto Mpemba realmente se produce, creo que la explicación debe buscarse en la estructura molecular del agua. El agua (como aprendí de la literatura científica popular) no existe como moléculas individuales de H2O, sino como grupos de varias moléculas (incluso docenas). A medida que aumenta la temperatura del agua, aumenta la velocidad de movimiento de las moléculas, los grupos se rompen entre sí y los enlaces de valencia de las moléculas no tienen tiempo de formar grandes grupos. La formación de conglomerados lleva un poco más de tiempo que la reducción de la velocidad del movimiento molecular. Y como los cúmulos son más pequeños, la formación red cristalina sucede más rápido. En agua fría, aparentemente, los cúmulos grandes y bastante estables impiden la formación de una red; se necesita algún tiempo para destruirlos; Yo mismo vi en la televisión un efecto curioso cuando el agua fría que se encontraba tranquilamente en un frasco permanecía líquida durante varias horas en el frío. Pero tan pronto como se levantó el frasco, es decir, se movió ligeramente de su lugar, el agua del frasco inmediatamente cristalizó, se volvió opaca y el frasco estalló. Bueno, el sacerdote que mostró este efecto lo explicó porque el agua estaba bendecida. Por cierto, resulta que el agua cambia mucho su viscosidad dependiendo de la temperatura. Esto es imperceptible para nosotros, como criaturas grandes, pero a nivel de crustáceos pequeños (mm o más pequeños), y más aún de bacterias, la viscosidad del agua es un factor muy importante. Creo que esta viscosidad también está determinada por el tamaño de los cúmulos de agua.

GRIS, 15/03/2014 05:30

todo lo que vemos a nuestro alrededor son características (propiedades) superficiales, por lo que aceptamos como energía sólo lo que podemos medir o probar su existencia de alguna manera, de lo contrario es un callejón sin salida. Este fenómeno, el efecto Mpemba, sólo puede explicarse mediante una simple teoría volumétrica que unirá todos los modelos físicos en una única estructura de interacción. en realidad es simple

Nikita, 06/06/2014 04:27 | auto

Pero, ¿cómo puedes asegurarte de que el agua se mantenga fría en lugar de caliente cuando conduces el coche?

Alexey, 10/03/2014 01:09

Aquí hay otro "descubrimiento" en camino. El agua en una botella de plástico se congela mucho más rápido con la tapa abierta. Por diversión, realicé el experimento muchas veces en condiciones de heladas severas. El efecto es obvio. ¡Hola teóricos!

Evgeniy, 27/12/2014 08:40

El principio de un enfriador evaporativo. Cogemos dos botellas herméticamente cerradas con agua fría y caliente. Lo ponemos en frío. El agua fría se congela más rápido. Ahora cogemos las mismas botellas con agua fría y caliente, las abrimos y las ponemos en frío. El agua caliente se congelará más rápido que el agua fría. Si tomamos dos palanganas con agua fría y caliente, el agua caliente se congelará mucho más rápido. Esto se debe a que estamos aumentando el contacto con la atmósfera. Cuanto más intensa es la evaporación, más rápido desciende la temperatura. Aquí debemos mencionar el factor humedad. Cuanto menor sea la humedad, más fuerte será la evaporación y más fuerte será el enfriamiento.

gris TOMSK, 01/03/2015 10:55

GRAY, 15/03/2014 05:30 - continuación Lo que sabes sobre la temperatura no lo es todo. Hay algo más ahí. Si construye correctamente un modelo físico de temperatura, se convertirá en la clave para describir los procesos energéticos desde la difusión, la fusión y la cristalización a escalas tales como un aumento de temperatura con un aumento de presión, un aumento de presión con un aumento de temperatura. Incluso el modelo físico de la energía del Sol quedará claro a partir de lo anterior. Estoy en invierno. . A principios de la primavera de 20013, observando modelos de temperatura, compilé un modelo de temperatura general. Un par de meses después, recordé la paradoja de la temperatura y luego me di cuenta... de que mi modelo de temperatura también describe la paradoja de Mpemba. Esto fue en mayo - junio de 2013. Llego un año tarde, pero es lo mejor. Mi modelo físico es un cuadro congelado y se puede rebobinar tanto hacia adelante como hacia atrás y contiene actividad motora, la misma actividad en la que todo se mueve. Tengo 8 años de colegio y 2 años de universidad con repetición del tema. Han pasado 20 años. Así que no puedo atribuir ningún tipo de modelo físico a científicos famosos, ni puedo atribuir fórmulas. Lo siento mucho.

Andrés, 11.08.2015 08:52

En general, tengo una idea de por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Y en mis explicaciones todo es muy sencillo, si estás interesado escríbeme por email: [correo electrónico protegido]

Andrés, 11.08.2015 08:58

Lo siento, di la dirección de correo electrónico incorrecta, aquí está el correo electrónico correcto: [correo electrónico protegido]

Víctor, 23/12/2015 10:37

Me parece que todo es más sencillo, aquí cae nieve, es gas evaporado, enfriado, entonces quizás en tiempo frío el caliente se enfría más rápido porque se evapora y cristaliza inmediatamente sin subir mucho, y el agua en estado gaseoso se enfría más rápido. que en estado líquido)

Bekzhan, 28/01/2016 09:18

Incluso si alguien hubiera revelado estas leyes del mundo que están asociadas con estos efectos, no habría escrito aquí. Desde mi punto de vista, no sería lógico revelar sus secretos a los internautas cuando puede publicarlos en famosos científicos. revistas y probarlo él mismo personalmente ante la gente. Entonces, lo que se escribirá aquí sobre este efecto, en su mayor parte no es lógico.)))

Álex, 22/02/2016 12:48

Hola Experimentadores. Tienes razón cuando dices que la Ciencia comienza donde... no las Medidas, sino los Cálculos. El “experimento” es un argumento eterno e indispensable para aquellos privados de imaginación y pensamiento lineal. Ofendió a todos, ahora en el caso de E= mc2: ¿todos se acuerdan? La velocidad de las moléculas que salen del agua fría hacia la atmósfera determina la cantidad de energía que transportan del agua (el enfriamiento es una pérdida de energía. La velocidad de las moléculas del agua caliente es mucho mayor y la energía transportada es al cuadrado (). la velocidad de enfriamiento de la masa restante de agua) Eso es todo, si te alejas de la "experimentación" y recuerdas los Fundamentos Básicos de la Ciencia

Vladímir, 25/04/2016 10:53 | Tiempo

En aquellos días en que el anticongelante era escaso, el agua del sistema de refrigeración de los coches en un garaje sin calefacción se drenaba después de una jornada laboral para no descongelar el bloque de cilindros o el radiador, a veces ambos juntos. Por la mañana se vertió agua caliente. En caso de heladas severas, los motores arrancaron sin problemas. De alguna manera, debido a la falta de agua caliente, se vertió agua del grifo. El agua se congeló inmediatamente. El experimento resultó caro: exactamente lo que cuesta comprar y reemplazar el bloque de cilindros y el radiador de un automóvil ZIL-131. El que no lo crea, que lo compruebe. y Mpemba experimentó con helado. En el helado, la cristalización se produce de forma diferente que en el agua. Intente morder un trozo de helado y un trozo de hielo con los dientes. Lo más probable es que no se congelara, sino que se espesara como resultado del enfriamiento. Y el agua dulce, ya sea fría o caliente, se congela a 0°C. El agua fría es rápida, pero el agua caliente tarda en enfriarse.

Vagabundo, 06/05/2016 12:54 | a alex

"c" - la velocidad de la luz en el vacío E=mc^2 - una fórmula que expresa la equivalencia de masa y energía

Alberto, 27/07/2016 08:22

Primero, una analogía con los sólidos (no existe un proceso de evaporación). Recientemente soldé tuberías de agua de cobre. El proceso se produce calentando un quemador de gas hasta la temperatura de fusión de la soldadura. El tiempo de calentamiento de una junta con acoplamiento es de aproximadamente un minuto. Soldé una junta al acoplamiento y después de un par de minutos me di cuenta de que la había soldado incorrectamente. Fue necesario girar un poco el tubo en el acoplamiento. Empecé a calentar el porro de nuevo con un quemador y, para mi sorpresa, tardé entre 3 y 4 minutos en calentar el porro hasta la temperatura de fusión. ¿¡Cómo es eso!? Después de todo, la tubería todavía está caliente y parecería que se necesita mucha menos energía para calentarla hasta la temperatura de fusión, pero resultó ser todo lo contrario. Se trata de la conductividad térmica, que es significativamente mayor en un tubo ya calentado y el límite entre el tubo calentado y el frío ha logrado alejarse de la junta en dos minutos. Ahora sobre el agua. Operaremos con los conceptos de recipiente caliente y semicalentado. En un recipiente caliente se forma una estrecha frontera de temperatura entre las partículas calientes y altamente móviles y las partículas frías que se mueven lentamente, que se mueve relativamente rápido desde la periferia al centro, porque en esta frontera las partículas rápidas ceden rápidamente su energía (enfriadas). por partículas al otro lado del límite. Como el volumen de las partículas frías externas es mayor, las partículas rápidas, dando su energía térmica, no pueden calentar significativamente las partículas frías externas. Por lo tanto, el proceso de enfriamiento del agua caliente se produce con relativa rapidez. El agua semicalentada tiene una conductividad térmica mucho menor y la anchura del límite entre las partículas semicalentadas y frías es mucho más amplia. El desplazamiento hacia el centro de un límite tan amplio se produce mucho más lentamente que en el caso de un recipiente caliente. Como resultado, el recipiente caliente se enfría más rápido que el caliente. Creo que es necesario seguir la dinámica del proceso de enfriamiento del agua a diferentes temperaturas colocando varios sensores de temperatura desde el centro hasta el borde del recipiente.

Máximo, 19/11/2016 05:07

Se ha comprobado: en Yamal, cuando hace frío, la tubería con agua caliente se congela y hay que calentarla, ¡pero la fría no!

Artem, 12.09.2016 01:25

Es difícil, pero creo que el agua fría es más densa que el agua caliente, incluso mejor que el agua hervida, y aquí hay una aceleración del enfriamiento, etc. el agua caliente alcanza la temperatura fría y la supera, y si se tiene en cuenta que el agua caliente se congela desde abajo y no desde arriba, como se escribió anteriormente, ¡esto acelera mucho el proceso!

Alejandro Sergueev, 21.08.2017 10:52

No existe tal efecto. Pobre de mí. En 2016, se publicó un artículo detallado sobre el tema en Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect De él queda claro que con experimentos cuidadosos (si las muestras de agua fría y tibia son iguales en todo excepto la temperatura) el efecto no se observa.

Zavlab, 22/08/2017 05:31

Víctor , 27/10/2017 03:52

"Realmente es." - si en la escuela no entendieras qué es la capacidad calorífica y la ley de conservación de la energía. Es fácil de comprobar: para ello necesitará: deseo, cabeza, manos, agua, refrigerador y despertador. Y las pistas de patinaje, como escriben los expertos, se congelan (llenan) con agua fría y el hielo cortado se nivela con agua tibia. Y en invierno es necesario verter líquido anticongelante en el depósito de la lavadora, no agua. El agua se congelará en cualquier caso y el agua fría se congelará más rápido.

Irina, 23/01/2018 10:58

Los científicos de todo el mundo han estado luchando con esta paradoja desde la época de Aristóteles, y Víctor, Zavlab y Sergeev resultaron ser los más inteligentes.

Denis, 01/02/2018 08:51

Todo está escrito correctamente en el artículo. Pero la razón es algo diferente. Durante el proceso de ebullición, el aire disuelto en ella se evapora del agua, por lo tanto, a medida que el agua hirviendo se enfría, su densidad eventualmente será menor que la del agua cruda a la misma temperatura; No hay otras razones para la diferente conductividad térmica aparte de las diferentes densidades.

Zavlab, 01/03/2018 08:58 | jefe de laboratorio

Irina :), "los científicos de todo el mundo" no luchan con esta "paradoja"; para los verdaderos científicos esta "paradoja" simplemente no existe; se verifica fácilmente en condiciones bien reproducibles. La "paradoja" apareció debido a los experimentos irreproducibles del niño africano Mpemba y fue inflada por "científicos" similares :)

mirolandia, 23/03/2019 07:20

un niño tanzano que vive en el corazón mismo de África, que, muy probablemente, nunca ha visto nieve... ;-D ¿No estoy confundiendo nada???)))

Serguéi, 14/04/2019 02:02

Tomamos dos bandas elásticas, estiramos ambas, una más que la otra (analogía con la energía interna del agua fría y tibia) y simultáneamente soltamos un extremo de las bandas elásticas. ¿Qué banda elástica se encogerá más rápido?

Artanis , 08/05/2019 03:34

Yo mismo pasé por esta experiencia. Puse dos tazas completamente idénticas de agua fría y caliente en el congelador. El frío se congeló mucho más rápido. El caliente todavía estaba un poco caliente. ¿Qué hay de malo en mi experiencia?

Zavlab, 09/05/2019 06:21 |

Artanis, Según tu experiencia, “todo es así” :) - “El efecto Mpemba” no existe con un experimento realizado correctamente, que garantiza condiciones de enfriamiento idénticas para volúmenes idénticos de agua solo con diferentes temperaturas iniciales. Felicitaciones, pasó al lado de la luz, la razón y el triunfo de las leyes físicas básicas y comenzó a alejarse de la "secta Mpemba" y de los fanáticos de los videos de YouTube al estilo de "sobre lo que nos mintieron en lecciones de física”... :)

Moiseeva N.P. , 16/05/2019 04:30 | Cap. editor

Tienes razón, mucho depende de las condiciones experimentales. Pero si el efecto no se hubiera observado en absoluto, entonces no habría habido investigaciones ni publicaciones en revistas serias. ¿Leíste la nota hasta el final? Aquí no se habla de vídeos de YouTube.

Zavlab, 06/08/2019 05:26 | SlavNeftGas-YuzhNorthZapEast-SintezLo que sea

Natalya Petrovna, vivimos en una era de "crisis de reproducibilidad" en la ciencia, cuando, para aumentar el índice de citas bajo el lema "publicar o morir", los "científicos miserables" prefieren competir inventando teorías locas para fundamentar experimentos obviamente dudosos. datos en lugar de dedicar un poco de tiempo y recursos a verificar estos datos antes de sentarse a leer un artículo puramente teórico. Un ejemplo de estos "científicos miserables" son precisamente los "físicos de Singapur" que usted menciona en el artículo; su publicación no contiene sus propios datos experimentales, sino sólo razonamientos teóricos desnudos sobre la posible influencia del fenómeno abstruso "O:H-O Bond Anómala Relajación” sobre el proceso de congelación anómala del agua, que fue observado por Francis Bacon y René Descartes e incluso Aristóteles ya en el año 350 a.C. ... Y personalmente, estoy muy contento de que Nikola Bregovic de la Universidad de Zagreb recibiera su premio de £1000 de la Real Sociedad de Química de Gran Bretaña después buen equipo En condiciones reproducibles, él mismo midió resultados completamente físicamente explicables y sin anomalías y cuestionó tanto las torpes mediciones del niño Mpemba y sus seguidores como la idoneidad de quienes intentaron proporcionar una "base teórica" para estos torpes experimentos.

En este artículo veremos la cuestión de por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría.

¡El agua caliente se congela mucho más rápido que el agua fría! Esta asombrosa propiedad del agua, para la que los científicos aún no pueden encontrar una explicación exacta, se conoce desde la antigüedad. Por ejemplo, incluso en Aristóteles hay una descripción de la pesca de invierno: los pescadores insertaban cañas de pescar en los agujeros del hielo y, para que se congelaran más rápido, regaban el hielo. agua tibia. Este fenómeno lleva el nombre de Erasto Mpemba en los años 60 del siglo XX. Mnemba notó un efecto extraño mientras hacía helado y recurrió a su profesor de física, el Dr. Denis Osborne, en busca de una explicación. Mpemba y el Dr. Osborne experimentaron con agua diferentes temperaturas y concluyó: el agua casi hirviendo comienza a congelarse mucho más rápido que el agua a temperatura ambiente. Otros científicos realizaron sus propios experimentos y cada vez obtuvieron resultados similares.

Explicación de un fenómeno físico.

No existe una explicación generalmente aceptada de por qué sucede esto. Muchos investigadores sugieren que la cuestión está en el sobreenfriamiento del líquido, que se produce cuando su temperatura desciende por debajo del punto de congelación. En otras palabras, si el agua se congela a una temperatura inferior a 0°C, entonces el agua sobreenfriada puede tener una temperatura de, por ejemplo, -2°C y aún permanecer líquida sin convertirse en hielo. Cuando intentamos congelar agua fría, existe la posibilidad de que primero se sobreenfríe y solo se endurezca después de un tiempo. Otros procesos ocurren en agua calentada. Su transformación más rápida en hielo está asociada a la convección.

Convección- Este fenómeno físico, en el que las cálidas capas inferiores de líquido suben y las superiores, enfriadas, caen.

efecto mpemba(Paradoja de Mpemba): una paradoja que afirma que el agua caliente, en determinadas condiciones, se congela más rápido que el agua fría, aunque debe superar la temperatura del agua fría en el proceso de congelación. Esta paradoja es un hecho experimental que contradice las ideas habituales según las cuales, en las mismas condiciones, un cuerpo más calentado tarda más en enfriarse a una determinada temperatura que un cuerpo menos calentado en enfriarse a la misma temperatura.

Este fenómeno fue notado en un momento por Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes, pero no fue hasta 1963 que el escolar tanzano Erasto Mpemba descubrió que una mezcla de helado caliente se congela más rápido que una fría.

Como estudiante en la escuela secundaria Magambi en Tanzania, Erasto Mpemba realizó trabajos prácticos como cocinero. Necesitaba hacer helado casero: hervir la leche, disolver el azúcar, enfriarla a temperatura ambiente y luego ponerla en el refrigerador para que se congelara. Aparentemente, Mpemba no era un estudiante particularmente diligente y retrasó la finalización de la primera parte de la tarea. Temiendo no poder llegar al final de la lección, puso leche aún caliente en el refrigerador. Para su sorpresa, se congeló incluso antes que la leche de sus compañeros, preparada según la tecnología dada.

Después de esto, Mpemba experimentó no sólo con leche, sino también con agua corriente. En cualquier caso, ya siendo estudiante en la escuela secundaria de Mkwava, preguntó al profesor Dennis Osborne del University College de Dar Es Salaam (invitado por el director de la escuela a dar una conferencia sobre física a los estudiantes) específicamente sobre el agua: “Si tomas dos recipientes idénticos con volúmenes iguales de agua para que en uno de ellos el agua tenga una temperatura de 35°C, y en el otro - 100°C, y mételos en el congelador, luego en el segundo el agua se congelará más rápido. ¿Por qué? Osborne se interesó por este tema y pronto, en 1969, él y Mpemba publicaron los resultados de sus experimentos en la revista Physics Education. Desde entonces, el efecto que descubrieron se ha denominado efecto mpemba.

Hasta ahora nadie sabe exactamente cómo explicar este extraño efecto. Los científicos no tienen una única versión, aunque hay muchas. Se trata de la diferencia en las propiedades del agua fría y caliente, pero aún no está claro qué propiedades juegan un papel en este caso: la diferencia en el sobreenfriamiento, la evaporación, la formación de hielo, la convección o el efecto de los gases licuados en el agua en diferentes temperaturas.

La paradoja del efecto Mpemba es que el tiempo durante el cual un cuerpo se enfría hasta la temperatura ambiente debe ser proporcional a la diferencia de temperatura entre este cuerpo y el medio ambiente. Esta ley fue establecida por Newton y desde entonces ha sido confirmada muchas veces en la práctica. En este efecto, el agua con una temperatura de 100°C se enfría a una temperatura de 0°C más rápido que la misma cantidad de agua con una temperatura de 35°C.

Sin embargo, esto todavía no implica una paradoja, ya que el efecto Mpemba puede explicarse en el marco de la física conocida. Aquí hay algunas explicaciones para el efecto Mpemba:

Evaporación

El agua caliente se evapora más rápido del recipiente, lo que reduce su volumen, y un volumen menor de agua a la misma temperatura se congela más rápido. El agua calentada a 100 C pierde el 16% de su masa cuando se enfría a 0 C.

El efecto de evaporación es un efecto doble. En primer lugar, disminuye la masa de agua necesaria para la refrigeración. Y en segundo lugar, la temperatura disminuye debido a que disminuye el calor de evaporación de la transición de la fase de agua a la fase de vapor.

Diferencia de temperatura

Debido a que la diferencia de temperatura entre el agua caliente y el aire frío es mayor, el intercambio de calor en este caso es más intenso y el agua caliente se enfría más rápido.

Hipotermia

Cuando el agua se enfría por debajo de 0 C, no siempre se congela. En algunas condiciones, puede sufrir un sobreenfriamiento y permanecer líquido a temperaturas bajo cero. En algunos casos, el agua puede permanecer líquida incluso a una temperatura de –20 C.

La razón de este efecto es que para que los primeros cristales de hielo comiencen a formarse, se necesitan centros de formación de cristales. Si no están presentes en el agua líquida, el sobreenfriamiento continuará hasta que la temperatura baje lo suficiente como para que se formen cristales espontáneamente. Cuando comiencen a formarse en el líquido sobreenfriado, comenzarán a crecer más rápido, formando hielo granizado, que se congelará para formar hielo.

El agua caliente es más susceptible a la hipotermia porque al calentarla se eliminan los gases y las burbujas disueltos, que a su vez pueden servir como centros para la formación de cristales de hielo.

¿Por qué la hipotermia hace que el agua caliente se congele más rápido? En el caso del agua fría que no está sobreenfriada, sucede lo siguiente. En este caso, se formará una fina capa de hielo en la superficie del recipiente. Esta capa de hielo actuará como aislante entre el agua y el aire frío y evitará una mayor evaporación. La tasa de formación de cristales de hielo en este caso será menor. En el caso del agua caliente sometida a sobreenfriamiento, el agua sobreenfriada no tiene una capa superficial protectora de hielo. Por lo tanto, pierde calor mucho más rápido a través de la parte superior abierta.

Cuando finaliza el proceso de sobreenfriamiento y el agua se congela, se pierde mucho más calor y por tanto se forma más hielo.

Muchos investigadores de este efecto consideran que la hipotermia es el factor principal en el caso del efecto Mpemba.

Convección

El agua fría comienza a congelarse desde arriba, empeorando así los procesos de radiación y convección de calor y, por tanto, la pérdida de calor, mientras que el agua caliente comienza a congelarse desde abajo.

Este efecto se explica por una anomalía en la densidad del agua. El agua tiene una densidad máxima a 4 C. Si enfrías el agua a 4 C y la pones a una temperatura más baja, la capa superficial de agua se congelará más rápido. Debido a que esta agua es menos densa que el agua a una temperatura de 4 C, permanecerá en la superficie formando una fina capa fría. En estas condiciones, en poco tiempo se formará una fina capa de hielo en la superficie del agua, pero esta capa de hielo servirá como aislante, protegiendo las capas inferiores de agua, que permanecerán a una temperatura de 4 C. Por lo tanto, el proceso de enfriamiento posterior será más lento.

En el caso del agua caliente la situación es completamente diferente. La capa superficial de agua se enfriará más rápidamente debido a la evaporación y a una mayor diferencia de temperatura. Además, las capas de agua fría son más densas que las de agua caliente, por lo que la capa de agua fría se hundirá, elevando la capa de agua tibia a la superficie. Esta circulación de agua asegura un rápido descenso de la temperatura.

Pero ¿por qué este proceso no llega a un punto de equilibrio? Para explicar el efecto Mpemba desde este punto de vista de la convección, sería necesario suponer que las capas de agua fría y caliente están separadas y que el proceso de convección continúa después de que la temperatura promedio del agua cae por debajo de 4 C.

Sin embargo, no hay evidencia experimental que respalde esta hipótesis de que las capas de agua fría y caliente estén separadas por el proceso de convección.

Gases disueltos en agua.

El agua siempre contiene gases disueltos: oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases tienen la capacidad de reducir el punto de congelación del agua. Cuando se calienta el agua, estos gases se liberan del agua porque su solubilidad en agua es menor a altas temperaturas. Por lo tanto, cuando el agua caliente se enfría, siempre contiene menos gases disueltos que el agua fría sin calentar. Por tanto, el punto de congelación del agua calentada es mayor y se congela más rápido. Este factor se considera a veces como el principal para explicar el efecto Mpemba, aunque no existen datos experimentales que lo confirmen.

Conductividad térmica

Este mecanismo puede desempeñar un papel importante cuando se coloca agua en el compartimento frigorífico-congelador en recipientes pequeños. En estas condiciones, se ha observado que un recipiente con agua caliente derrite el hielo en el congelador que se encuentra debajo, mejorando así el contacto térmico con la pared del congelador y la conductividad térmica. Como resultado, el calor se elimina de un recipiente con agua caliente más rápido que de uno frío. A su vez, un recipiente con agua fría no derrite la nieve que hay debajo.

Todas estas (y otras) condiciones se estudiaron en muchos experimentos, pero nunca se obtuvo una respuesta clara a la pregunta de cuál de ellas proporciona una reproducción cien por cien del efecto Mpemba.

Por ejemplo, en 1995, el físico alemán David Auerbach estudió el efecto del sobreenfriamiento del agua sobre este efecto. Descubrió que el agua caliente, al alcanzar un estado sobreenfriado, se congela a una temperatura más alta que el agua fría y, por tanto, más rápido que esta última. Pero el agua fría alcanza un estado sobreenfriado más rápido que el agua caliente, compensando así el retraso anterior.

Además, los resultados de Auerbach contradicen datos anteriores de que el agua caliente podía alcanzar un mayor sobreenfriamiento debido a que tenía menos centros de cristalización. Cuando se calienta el agua, se eliminan los gases disueltos en ella, y cuando se hierve, precipitan algunas sales disueltas en ella.

Por ahora sólo se puede afirmar una cosa: la reproducción de este efecto depende en gran medida de las condiciones en las que se lleva a cabo el experimento. Precisamente porque no siempre se reproduce.

OV Mosin

Literariofuentes:

"El agua caliente se congela más rápido que el agua fría. ¿Por qué lo hace?", Jearl Walker en The Amateur Scientist, Scientific American, vol. 237, núm. 3, págs. 246-257; Septiembre de 1977.

"La congelación de agua fría y caliente", G.S. Kell en American Journal of Physics, vol. 37, núm. 5, págs. 564-565; Mayo de 1969.

"sobreenfriamiento y el Efecto Mpemba", David Auerbach, en American Journal of Physics, Vol. 63, No. 10, págs. 882-885; octubre de 1995.

"El efecto Mpemba: los tiempos de congelación del agua fría y caliente", Charles A. Knight, en American Journal of Physics, vol. 64, núm. 5, pág. 524; Mayo de 1996.

Hay muchos factores que influyen en qué agua se congela más rápido, si caliente o fría, pero la pregunta en sí parece un poco extraña. La implicación, y esto se sabe por la física, es que el agua caliente todavía necesita tiempo para enfriarse hasta la temperatura del agua fría que se compara para convertirse en hielo. Esta etapa se puede omitir y, en consecuencia, ella gana a tiempo.

Pero la respuesta a la pregunta de qué agua se congela más rápido, fría o caliente, en el exterior cuando hace frío, la conoce cualquier residente de las latitudes del norte. De hecho, científicamente resulta que, en cualquier caso, el agua fría simplemente se congelará más rápido.

El profesor de física, a quien en 1963 se acercó el colegial Erasto Mpemba, pensó lo mismo y le pidió que explicara por qué la mezcla fría del futuro helado tarda más en congelarse que una similar pero caliente.

“Esto no es física universal, sino una especie de física Mpemba”

En ese momento, el maestro solo se rió de esto, pero Deniss Osborne, profesor de física, que en un momento visitó la misma escuela donde estudiaba Erasto, confirmó experimentalmente la presencia de tal efecto, aunque entonces no había explicación para ello. En 1969, en el popular periódico científico Estas dos personas publicaron un artículo conjunto que describía este peculiar efecto.

Desde entonces, por cierto, la cuestión de qué agua se congela más rápido, fría o caliente, tiene su propio nombre: efecto Mpemba, o paradoja.

La pregunta existe desde hace mucho tiempo.

Naturalmente, este fenómeno ocurrió antes y fue mencionado en los trabajos de otros científicos. No sólo el escolar se interesó por este tema, sino que René Descartes e incluso Aristóteles también pensaron en ello en algún momento.

Pero no comenzaron a buscar enfoques para resolver esta paradoja hasta finales del siglo XX.

Condiciones para que ocurra una paradoja

Como ocurre con el helado, no es fácil. agua corriente se congela durante el experimento. Debe estar presente ciertas condiciones para empezar a discutir qué agua se congela más rápido: fría o caliente. ¿Qué influye en el curso de este proceso?

Ahora, en el siglo XXI, se han propuesto varias opciones que pueden explicar esta paradoja. Qué agua se congela más rápido, caliente o fría, puede depender del hecho de que tiene una tasa de evaporación más alta que el agua fría. Así, su volumen disminuye, y a medida que disminuye el volumen, el tiempo de congelación se vuelve más corto que si tomamos el mismo volumen inicial de agua fría.

Ha pasado un tiempo desde que descongelaste el congelador.

Qué agua se congela más rápido y por qué sucede esto puede verse influenciado por el revestimiento de nieve que puede haber en el congelador del refrigerador utilizado para el experimento. Si se cogen dos recipientes de idéntico volumen, pero uno de ellos contiene agua caliente y el otro fría, el recipiente con agua caliente derretirá la nieve que hay debajo, mejorando así el contacto del nivel térmico con la pared del frigorífico. Un recipiente con agua fría no puede hacer esto. Si no hay tal revestimiento de nieve en el compartimento del frigorífico, el agua fría debería congelarse más rápido.

Arriba - abajo

Además, el fenómeno por el cual el agua se congela más rápido, ya sea fría o caliente, se explica a continuación. Siguiendo ciertas leyes, el agua fría comienza a congelarse a capas superiores, cuando está caliente hace lo contrario: comienza a congelarse de abajo hacia arriba. Resulta que el agua fría, al tener una capa fría encima con hielo ya formado en algunos lugares, empeora los procesos de convección y radiación térmica, lo que explica qué agua se congela más rápido: fría o caliente. Se adjuntan fotografías de experimentos de aficionados, y esto se ve claramente aquí.

El calor se apaga, se precipita hacia arriba y allí se encuentra con una capa muy fría. No hay un camino libre para la radiación de calor, por lo que el proceso de enfriamiento se vuelve difícil. El agua caliente no tiene tales obstáculos en su camino. ¿Cuál se congela más rápido: el frío o el calor? ¿Qué determina el resultado probable? Puede ampliar la respuesta diciendo que cualquier agua tiene ciertas sustancias disueltas.

Las impurezas en el agua como factor que influye en el resultado.

Si no haces trampa y usas agua con la misma composición, donde las concentraciones de ciertas sustancias son idénticas, entonces el agua fría debería congelarse más rápido. Pero si se produce una situación en la que se disuelve elementos químicos están disponibles solo en agua caliente y el agua fría no los tiene, entonces existe la posibilidad de que el agua caliente se congele antes. Esto se explica por el hecho de que las sustancias disueltas en el agua crean centros de cristalización y, con un pequeño número de estos centros, la transformación del agua a un estado sólido es difícil. Incluso es posible que el agua esté sobreenfriada, en el sentido de que a temperaturas bajo cero estará en estado líquido.

Pero todas estas versiones, aparentemente, no convenían del todo a los científicos y continuaron trabajando en este tema. En 2013, un equipo de investigadores de Singapur dijo que había resuelto un antiguo misterio.

Un grupo de científicos chinos afirma que el secreto de este efecto reside en la cantidad de energía que se almacena entre las moléculas de agua en sus enlaces, llamados enlaces de hidrógeno.

La respuesta de los científicos chinos.

Lo que sigue es información, para comprender cuál es necesario tener algunos conocimientos de química para poder comprender qué agua se congela más rápido: fría o caliente. Como se sabe, consta de dos átomos de H (hidrógeno) y un átomo de O (oxígeno), unidos por enlaces covalentes.

Pero también los átomos de hidrógeno de una molécula son atraídos por las moléculas vecinas, por su componente de oxígeno. Son estos enlaces los que se llaman enlaces de hidrógeno.

Vale la pena recordar que al mismo tiempo las moléculas de agua tienen un efecto repulsivo entre sí. Los científicos observaron que cuando el agua se calienta, la distancia entre sus moléculas aumenta, y esto se ve facilitado por las fuerzas repulsivas. Resulta que al ocupar la misma distancia entre las moléculas en estado frío, se podría decir, se estiran y parecen acciones más grandes energía. Es esta reserva de energía la que se libera cuando las moléculas de agua comienzan a acercarse entre sí, es decir, se produce el enfriamiento. Resulta que una mayor reserva de energía en el agua caliente y su mayor liberación cuando se enfría a temperaturas bajo cero se produce más rápido que en el agua fría, que tiene una reserva menor de dicha energía. Entonces, ¿qué agua se congela más rápido: la fría o la caliente? En la calle y en el laboratorio debería ocurrir la paradoja de Mpemba y el agua caliente debería convertirse más rápidamente en hielo.

Pero la pregunta sigue abierta.

Sólo hay una confirmación teórica de esta solución: todo esto está escrito en bellas fórmulas y parece plausible. Pero cuando los datos experimentales sobre qué agua se congela más rápidamente, ya sea caliente o fría, se expongan en un sentido práctico y se presenten sus resultados, entonces la cuestión de la paradoja de Mpemba podrá considerarse cerrada.