Contexte historiqueModifier

Différents effets de la chaleur sur le gel de l’eau ont été décrits par d’anciens scientifiques tels qu’Aristote: « Le fait que l’eau ait déjà été réchauffée contribue à sa congélation rapide: car ainsi il refroidit plus tôt. Ainsi, beaucoup de gens, quand ils veulent refroidir l’eau rapidement, commencent par la mettre au soleil. Ainsi les habitants de Pontus quand ils campent sur la glace pour pêcher (ils ont fait un trou dans la glace et ensuite le poisson) versent de l’eau tiède autour de leurs roseaux pour qu’elle gèle le plus vite, car ils utilisent la glace comme du plomb pour fixer les roseaux.  » L’explication d’Aristote impliquait l’antipéristasie, « l’augmentation supposée de l’intensité d’une qualité en raison d’être entouré par sa qualité contraire. »

Les premiers scientifiques modernes tels que Francis Bacon ont noté que « l’eau légèrement tiède gèle plus facilement que ce qui est tout à fait froid. « Dans le latin original, » aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida. « 

René Descartes a écrit dans son Discours sur la méthode: » On peut voir par expérience que l’eau qui a longtemps été maintenue sur un feu gèle plus vite que les autres, la raison étant que celles de ses particules qui sont le moins capables de s’arrêter de se courber s’évaporent pendant que l’eau est chauffée. « Ceci est lié à la théorie du vortex de Descartes ».

Le scientifique écossais Joseph Black a étudié un cas particulier de ce phénomène comparant de l’eau préalablement bouillie à de l’eau non bouillie; l’eau préalablement bouillie gèle plus rapidement. L’évaporation a été contrôlée. Il a discuté de l’influence de l’agitation sur les résultats de l’expérience, notant que l’agitation de l’eau non bouillie a conduit à sa congélation en même temps que l’eau préalablement bouillie, et a également noté que l’agitation de l’eau non bouillie très froide conduit à une congélation immédiate. Joseph Black a ensuite discuté de la description de Fahrenheit de la surfusion de l’eau (bien que le terme de surfusion n’ait pas été inventé à l’époque), arguant, en termes modernes, que l’eau précédemment bouillie ne pouvait pas être aussi facilement surfondue.

Mpemba « s observationEdit

L’effet est nommé d’après le Tanzanien Erasto Mpemba. Il l’a décrit en 1963 dans la Form 3 de l’école secondaire de Magamba, Tanganyika, en congelant un mélange de crème glacée qui était chaud dans les cours de cuisine et en remarquant qu’il gelait avant le mélange froid. Il est ensuite devenu étudiant à l’école secondaire Mkwawa (anciennement lycée) d’Iringa. Le directeur a invité le Dr Denis Osborne du Collège universitaire de Dar es Salaam à donner une conférence sur la physique. Après la conférence, Mpemba lui a posé la question: «Si vous prenez deux récipients similaires avec des volumes égaux d’eau, l’un à 35 ° C (95 ° F) et l’autre à 100 ° C (212 ° F), et mettez-les dans un congélateur, celui qui a commencé à 100 ° C (212 ° F) gèle en premier. Pourquoi? », pour être ridiculisé par ses camarades de classe et son professeur. Après la consternation initiale, Osborne a expérimenté sur la question sur son lieu de travail et a confirmé la découverte de Mpemba. Ils ont publié les résultats ensemble en 1969, alors que Mpemba étudiait au College of African Wildlife Management. Mpemba et Osborne décrivent avoir placé 70 ml (2,5 imp fl oz; 2,4 US fl oz) des échantillons d’eau dans des béchers de 100 ml (3,5 imp fl oz; 3,4 US fl oz) dans la glacière d’un réfrigérateur domestique sur une feuille de mousse de polystyrène. Ils ont montré que l’heure de début de la congélation était plus longue avec une température initiale de 25 ° C (77 ° F) et qu’elle était beaucoup moins à environ 90 ° C (194 ° F). Ils ont exclu la perte de volume de liquide par évaporation comme un facteur significatif et l’effet de l’air dissous . Dans leur configuration, la plupart des pertes de chaleur provenaient de la surface du liquide.

Travail expérimental moderneEdit

David Auerbach décrit un effet qu’il a observé dans des échantillons dans des béchers en verre placés dans un liquide bain de refroidissement. Dans tous les cas, l’eau a surfondu, atteignant une température o f typiquement -6 à -18 ° C (21 à 0 ° F) avant la congélation spontanée. Une variation aléatoire considérable a été observée dans le temps nécessaire pour que la congélation spontanée commence et, dans certains cas, cela a conduit à une eau qui a commencé à congeler (partiellement) plus chaude en premier.En 2016, Burridge et Linden ont défini le critère comme le temps pour atteindre 0 ° C (32 ° F), effectué des expériences et passé en revue les travaux publiés à ce jour. Ils ont noté que la grande différence initialement revendiquée n’avait pas été reproduite et que les études montrant un petit effet pouvaient être influencées par les variations de positionnement des thermomètres. Ils disent: « Nous concluons, un peu tristement, qu’il n’y a aucune preuve pour étayer des observations significatives de l’effet Mpemba. » Dans des expériences contrôlées, l’effet peut entièrement être expliqué par un sous-refroidissement et le temps de congélation a été déterminé par le conteneur utilisé. Un critique de Physics World écrit: «Même si l’effet Mpemba est réel – si l’eau chaude peut parfois geler plus rapidement que le froid – il n’est pas clair si l’explication serait triviale ou éclairante.