Contesto storico Modifica

Vari effetti del calore sul congelamento dell’acqua sono stati descritti da scienziati antichi come Aristotele: “Il fatto che l’acqua sia stata precedentemente riscaldata contribuisce al suo congelamento veloce: perché così si raffredda prima. Quindi molte persone, quando vogliono raffreddare l’acqua velocemente, iniziano a metterla al sole. Così gli abitanti del Ponto quando si accampano sul ghiaccio per pescare (fanno un buco nel il ghiaccio e poi il pesce) versa acqua calda attorno alle loro canne affinché si congeli più velocemente, poiché usano il ghiaccio come piombo per fissare le canne. ” La spiegazione di Aristotele riguardava l’antiperistasi, “il presunto aumento dell’intensità di una qualità come risultato dell’essere circondati dalla sua qualità contraria”.

I primi scienziati moderni come Francis Bacon notarono che “l’acqua leggermente tiepida si congela più facilmente di quello che è completamente freddo. “Nel latino originale,” aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida. “

René Descartes ha scritto nel suo Discorso sul metodo:” Si può vedere per esperienza quell’acqua che è stata tenuta sul fuoco per lungo tempo si congela più velocemente di altre, il motivo è che quelle delle sue particelle che sono meno in grado di smettere di piegarsi evaporano mentre l’acqua viene riscaldata. “Questo si riferisce alla teoria del vortice di Descartes”.

Lo scienziato scozzese Joseph Black ha studiato un caso speciale di questo fenomeno confrontando l’acqua precedentemente bollita con l’acqua non bollita; l’acqua precedentemente bollita si è congelata più rapidamente. L’evaporazione è stata controllata per. Ha discusso l’influenza dell’agitazione sui risultati dell’esperimento, osservando che mescolare l’acqua non bollita ha portato al congelamento contemporaneamente dell’acqua precedentemente bollita, e ha anche notato che mescolando l’acqua non bollita molto fredda ha portato al congelamento immediato. Joseph Black ha poi discusso la descrizione di Fahrenheit del superraffreddamento dell’acqua (sebbene il termine supercooling non fosse stato coniato), sostenendo, in termini moderni, che l’acqua precedentemente bollita non poteva essere facilmente super raffreddata.

L’osservazione di MpembaModifica

L’effetto prende il nome dal tanzaniano Erasto Mpemba. Lo descrisse nel 1963 nel Modulo 3 della Magamba Secondary School, Tanganica, quando si congelava una miscela di gelato calda durante le lezioni di cucina e notava che si congelava prima della miscela fredda. In seguito è diventato uno studente presso la Mkwawa Secondary (ex High) School di Iringa. Il preside ha invitato il dottor Denis Osborne del College universitario di Dar es Salaam a tenere una conferenza sulla fisica. Dopo la conferenza, Mpemba gli ha posto la domanda: “Se prendi due contenitori simili con uguale volume di acqua, uno a 35 ° C (95 ° F) e l’altro a 100 ° C (212 ° F), e li metti in un congelatore, quello che è partito a 100 ° C (212 ° F) si congela per primo. Perché? “, solo per essere ridicolizzato dai suoi compagni di classe e insegnante. Dopo la costernazione iniziale, Osborne ha sperimentato la questione sul posto di lavoro e ha confermato la scoperta di Mpemba. Hanno pubblicato i risultati insieme nel 1969, mentre Mpemba studiava presso il College of African Wildlife Management. fl oz; 2.4 US fl oz) campioni di acqua in bicchieri da 100 ml (3.5 imp fl oz; 3.4 US fl oz) nel contenitore del ghiaccio di un frigorifero domestico su un foglio di polistirolo espanso. Hanno mostrato che il tempo per l’inizio del congelamento era più lunga con una temperatura iniziale di 25 ° C (77 ° F) e molto inferiore a circa 90 ° C (194 ° F). Hanno escluso la perdita di volume del liquido per evaporazione come fattore significativo e l’effetto dell’aria disciolta . Nella loro configurazione si è riscontrato che la maggior parte della perdita di calore proveniva dalla superficie del liquido.

Lavoro sperimentale moderno Modifica

David Auerbach descrive un effetto che ha osservato in campioni in bicchieri di vetro posti in un liquido bagno di raffreddamento In tutti i casi l’acqua si è surriscaldata, raggiungendo una temperatura o f tipicamente da −6 a −18 ° C (da 21 a 0 ° F) prima del congelamento spontaneo. Notevoli variazioni casuali sono state osservate nel tempo necessario per l’inizio del congelamento spontaneo e in alcuni casi ciò ha portato l’acqua che ha iniziato prima il congelamento (parzialmente) più caldo.Nel 2016, Burridge e Linden hanno definito il criterio come il tempo per raggiungere 0 ° C (32 ° F), ha condotto esperimenti e ha rivisto il lavoro pubblicato fino ad oggi. Hanno notato che la grande differenza originariamente dichiarata non era stata replicata e che gli studi che mostravano un piccolo effetto potevano essere influenzati dalle variazioni nel posizionamento dei termometri. Dicono: “Concludiamo, un po ‘tristemente, che non ci sono prove a supporto di osservazioni significative dell’effetto Mpemba”. Negli esperimenti controllati l’effetto può essere interamente spiegato dal sottoraffreddamento e il tempo di congelamento è stato determinato dal contenitore utilizzato. Un recensore di Physics World scrive: “Anche se l’effetto Mpemba è reale – se l’acqua calda a volte può congelare più rapidamente di quella fredda – non è chiaro se la spiegazione sarebbe banale o illuminante.”Ha sottolineato che le indagini sul fenomeno devono controllare un gran numero di parametri iniziali (inclusi il tipo e la temperatura iniziale dell’acqua, il gas disciolto e altre impurità e le dimensioni, la forma e il materiale del contenitore e la temperatura del frigorifero) e la necessità di stabilire un metodo particolare per stabilire il tempo di congelamento, il che potrebbe influenzare la presenza o l’assenza dell’effetto Mpemba. La vasta gamma multidimensionale richiesta di esperimenti potrebbe spiegare perché l’effetto non è ancora compreso. New Scientist consiglia di iniziare l’esperimento con contenitori a 35 e 5 ° C (95 e 41 ° F) per massimizzare l’effetto. In uno studio correlato, è stato riscontrato che la temperatura del congelatore influisce anche sulla probabilità di osservare il fenomeno Mpemba e sulla temperatura del contenitore.