Historischer KontextEdit

Verschiedene Auswirkungen von Wärme auf das Gefrieren von Wasser wurden von alten Wissenschaftlern wie Aristoteles beschrieben: „Die Tatsache, dass das Wasser zuvor erwärmt wurde, trägt dazu bei bis es schnell gefriert: denn so kühlt es früher ab. Daher setzen viele Menschen, wenn sie Wasser schnell abkühlen wollen, es zunächst in die Sonne. Also die Bewohner von Pontus, wenn sie auf dem Eis lagern, um zu fischen (sie schneiden ein Loch hinein) das Eis und dann die Fische) gießen warmes Wasser um ihr Schilf, damit es schneller gefriert, denn sie verwenden das eisähnliche Blei, um das Schilf zu reparieren. “ Aristoteles ‚Erklärung bezog sich auf Antiperistase, „die angebliche Zunahme der Intensität einer Qualität als Folge der Umhüllung mit ihrer entgegengesetzten Qualität.“ Frühneuzeitliche Wissenschaftler wie Francis Bacon stellten fest, dass „leicht lauwarmes Wasser gefriert leichter als das, was absolut kalt ist. „Im ursprünglichen Latein“ aqua parum tepida facius conglacietur quam omnino frigida „.

René Descartes schrieb in seinem Diskurs über die Methode:“ Man kann aus Erfahrung sehen Das Wasser, das lange Zeit in Flammen stand, gefriert schneller als andere. Der Grund dafür ist, dass diejenigen seiner Partikel, die am wenigsten in der Lage sind, die Biegung zu stoppen, verdampfen, während das Wasser erhitzt wird. „Dies bezieht sich auf die Wirbeltheorie von Descartes“.

Der schottische Wissenschaftler Joseph Black untersuchte einen Sonderfall dieses Phänomens, indem er zuvor gekochtes mit ungekochtem Wasser verglich. Das zuvor gekochte Wasser gefror schneller. Die Verdunstung wurde kontrolliert. Er diskutierte den Einfluss des Rührens auf die Ergebnisse des Experiments und stellte fest, dass das Rühren des ungekochten Wassers gleichzeitig mit dem zuvor gekochten Wasser zum Gefrieren führte und dass das Rühren des sehr kalten ungekochten Wassers zum sofortigen Gefrieren führte. Joseph Black diskutierte dann Fahrenheit ’s Beschreibung der Unterkühlung von Wasser (obwohl der Begriff Unterkühlung damals noch nicht geprägt worden war) und argumentierte in modernen Begriffen, dass das zuvor gekochte Wasser nicht so leicht unterkühlt werden könne.

Mpembas BeobachtungEdit

Der Effekt ist nach dem tansanischen Erasto Mpemba benannt. Er beschrieb es 1963 in Form 3 der Magamba Secondary School, Tanganyika, als er Eiscreme einfrierte, die im Kochunterricht heiß war, und bemerkte, dass sie vor der kalten Mischung gefroren war. Später wurde er Schüler an der Mkwawa Secondary School (ehemals High School) in Iringa. Der Schulleiter lud Dr. Denis Osborne vom University College in Daressalam ein, einen Vortrag über Physik zu halten. Nach dem Vortrag stellte Mpemba ihm die Frage: „Wenn Sie zwei ähnliche Behälter mit gleichen Wassermengen nehmen, einen bei 35 ° C und einen bei 100 ° C, und sie hineinstellen Ein Gefrierschrank, der bei 100 ° C begann, friert zuerst ein. Warum? „, nur um von seinen Klassenkameraden und seinem Lehrer verspottet zu werden. Nach anfänglicher Bestürzung experimentierte Osborne an seinem Arbeitsplatz mit dem Thema und bestätigte Mpembas Ergebnisse. Sie veröffentlichten die Ergebnisse 1969 zusammen, während Mpemba am College of African Wildlife Management studierte. Mpemba und Osborne beschreiben die Platzierung von 70 ml (2,5 imp.) fl oz; 2,4 US fl oz) Wasserproben in 100 ml (3,5 imp fl oz; 3,4 US fl oz) Bechern in der Eisbox eines Haushaltskühlschranks auf einer Folie aus Polystyrolschaum. Sie zeigten, dass die Zeit bis zum Einfrieren begonnen hatte am längsten mit einer Anfangstemperatur von 25 ° C (77 ° F) und einer viel geringeren Temperatur von etwa 90 ° C (194 ° F). Sie schlossen den Verlust des Flüssigkeitsvolumens durch Verdunstung als signifikanten Faktor und die Wirkung von gelöster Luft aus In ihrem Aufbau wurde festgestellt, dass der größte Wärmeverlust von der Flüssigkeitsoberfläche herrührt.

Moderne experimentelle ArbeitEdit

David Auerbach beschreibt einen Effekt, den er in Proben in Glasbechern beobachtete, die in eine Flüssigkeit gegeben wurden Kühlbad. In allen Fällen wurde das Wasser unterkühlt und erreichte eine Temperatur von o f typischerweise –6 bis –18 ° C (21 bis 0 ° F) vor dem spontanen Einfrieren. Beträchtliche zufällige Abweichungen wurden in der Zeit beobachtet, die für den Beginn des spontanen Gefrierens erforderlich war, und in einigen Fällen führte dies dazu, dass das Wasser zuerst heißer (teilweise) gefroren war. 2016 definierten Burridge und Linden das Kriterium als die Zeit bis zum Erreichen von 0 ° C. (32 ° F), führten Experimente durch und überprüften die bisher veröffentlichten Arbeiten. Sie stellten fest, dass der ursprünglich behauptete große Unterschied nicht wiederholt worden war und dass Studien, die einen geringen Effekt zeigten, durch Variationen in der Positionierung von Thermometern beeinflusst werden konnten. Sie sagen: „Wir schließen etwas traurig, dass es keine Beweise gibt, die aussagekräftige Beobachtungen des Mpemba-Effekts stützen.“ In kontrollierten Experimenten kann der Effekt vollständig durch Unterkühlung erklärt werden, und die Zeit des Einfrierens wurde durch den verwendeten Behälter bestimmt. Ein Rezensent von Physics World schreibt: „Selbst wenn der Mpemba-Effekt real ist – wenn heißes Wasser manchmal schneller gefrieren kann als kalt -, ist nicht klar, ob die Erklärung trivial oder aufschlussreich wäre.“Er wies darauf hin, dass Untersuchungen des Phänomens eine große Anzahl von Anfangsparametern steuern müssen (einschließlich Art und Anfangstemperatur des Wassers, gelösten Gases und anderer Verunreinigungen sowie Größe, Form und Material des Behälters und Temperatur des Kühlschranks). und müssen sich auf eine bestimmte Methode festlegen, um die Zeit des Einfrierens zu bestimmen, die alle das Vorhandensein oder Fehlen des Mpemba-Effekts beeinflussen kann. Die erforderliche große mehrdimensionale Reihe von Experimenten könnte erklären, warum der Effekt noch nicht verstanden ist. New Scientist empfiehlt, zu beginnen Das Experiment mit Behältern bei 35 und 5 ° C (95 und 41 ° F) zur Maximierung des Effekts. In einer verwandten Studie wurde festgestellt, dass die Gefriertemperatur auch die Wahrscheinlichkeit der Beobachtung des Mpemba-Phänomens sowie die Behältertemperatur beeinflusst.