Historische contextEdit

Verschillende effecten van warmte op het bevriezen van water werden beschreven door oude wetenschappers zoals Aristoteles: “Het feit dat het water eerder is opgewarmd, draagt bij tot het snel bevriest: want het koelt dus eerder af. Daarom beginnen veel mensen, als ze water snel willen afkoelen, het in de zon te zetten. Dus de inwoners van Pontus, wanneer ze op het ijs kamperen om te vissen (ze snijden een gat in het ijs en dan de vissen) warm water rond hun riet gieten zodat het sneller kan bevriezen, want ze gebruiken het ijsachtige lood om het riet te fixeren. ” Aristoteles ‘verklaring hield verband met antiperistasis,’ de veronderstelde toename van de intensiteit van een kwaliteit als gevolg van het omgeven zijn door de tegengestelde kwaliteit ‘.

Vroegmoderne wetenschappers zoals Francis Bacon merkten op dat’ licht lauw water bevriest gemakkelijker dan dat wat volkomen koud is. “In het oorspronkelijke Latijn:” aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida. “

René Descartes schreef in zijn Verhandeling over de methode:” Men kan zien door ervaring dat water dat lange tijd op een vuur heeft gestaan, sneller bevriest dan andere, met als reden dat de deeltjes die het minst kunnen stoppen met buigen verdampen terwijl het water wordt verwarmd. “Dit heeft betrekking op Descartes” vortex-theorie.

De Schotse wetenschapper Joseph Black onderzocht een speciaal geval van dit fenomeen door eerder gekookt water te vergelijken met ongekookt water; het eerder gekookte water bevroor sneller. Verdamping werd gecontroleerd. Hij besprak de invloed van roeren op de resultaten van het experiment, waarbij hij opmerkte dat het roeren van het ongekookte water ertoe leidde dat het tegelijkertijd met het eerder gekookte water bevroor, en merkte ook op dat het roeren van het zeer koude, ongekookte water onmiddellijk tot bevriezing leidde. Joseph Black besprak vervolgens Fahrenheits beschrijving van onderkoeling van water (hoewel de term onderkoeling toen nog niet was bedacht), met het argument, in moderne termen, dat het eerder gekookte water niet zo gemakkelijk onderkoeld kon worden.

Mpemba’s observatieEdit

Het effect is genoemd naar de Tanzaniaanse Erasto Mpemba. Hij beschreef het in 1963 in Form 3 van Magamba Secondary School, Tanganyika, toen hij een ijsmix invroor die heet was in kooklessen en merkte dat het bevroor voordat het koude mengsel werd gemengd. Later werd hij student aan de Mkwawa Secondary (voorheen High) School in Iringa. De directeur nodigde Dr. Denis Osborne van het University College in Dar es Salaam uit om een lezing te geven over natuurkunde. Na de lezing stelde Mpemba hem de vraag: ‘Als je twee vergelijkbare containers met gelijke hoeveelheden water neemt, één op 35 ° C (95 ° F) en de andere op 100 ° C (212 ° F), en deze in een vriezer, degene die begon bij 100 ° C (212 ° F) bevriest het eerst. Waarom? “, om vervolgens belachelijk gemaakt te worden door zijn klasgenoten en leraar. Na aanvankelijke consternatie experimenteerde Osborne op zijn werkplek met het probleem en bevestigde de bevinding van Mpemba. Ze publiceerden de resultaten samen in 1969, terwijl Mpemba studeerde aan het College of African Wildlife Management. Mpemba en Osborne beschrijven het plaatsen van 70 ml (2,5 imp fl oz; 2,4 US fl oz) monsters van water in bekers van 100 ml (3,5 imp fl oz; 3,4 US fl oz) in de ijskast van een huishoudelijke koelkast op een stuk polystyreenschuim. Ze toonden aan dat het begin van het vriezen was het langst met een begintemperatuur van 25 ° C (77 ° F) en dat het veel lager was rond de 90 ° C (194 ° F). Ze sloten verlies van vloeistofvolume door verdamping uit als een belangrijke factor en het effect van opgeloste lucht In hun opstelling bleek het meeste warmteverlies afkomstig te zijn van het vloeistofoppervlak.

Modern experimenteel werkEdit

David Auerbach beschrijft een effect dat hij waarnam in monsters in glazen bekers die in een vloeistof werden geplaatst. koelbad In alle gevallen was het water onderkoeld en bereikte het een temperatuur van 0 f typisch -6 tot -18 ° C (21 tot 0 ° F) voor spontaan bevriezen. Er werd een aanzienlijke willekeurige variatie waargenomen in de tijd die nodig was om spontaan te bevriezen en in sommige gevallen resulteerde dit in het water dat het eerst warmer (gedeeltelijk) begon te vriezen. In 2016 definieerden Burridge en Linden het criterium als de tijd om 0 ° C te bereiken. (32 ° F), voerde experimenten uit en beoordeelde tot nu toe gepubliceerd werk. Ze merkten op dat het grote verschil dat oorspronkelijk werd geclaimd niet was gerepliceerd en dat studies die een klein effect lieten worden beïnvloed door variaties in de positionering van thermometers. Ze zeggen: “We concluderen, enigszins droevig, dat er geen bewijs is om zinvolle observaties van het Mpemba-effect te ondersteunen.” In gecontroleerde experimenten kan het effect volledig worden verklaard door onderkoeling en werd het tijdstip van bevriezing bepaald door welke container werd gebruikt. Een recensent van Physics World schrijft: “Zelfs als het Mpemba-effect echt is – als heet water soms sneller kan bevriezen dan koud – is het niet duidelijk of de verklaring triviaal of verhelderend zou zijn.“ Hij wees erop dat onderzoek naar het fenomeen een groot aantal initiële parameters moet regelen (inclusief type en begintemperatuur van het water, opgelost gas en andere onzuiverheden, en grootte, vorm en materiaal van de container, en temperatuur van de koelkast) en moeten genoegen nemen met een bepaalde methode om het tijdstip van bevriezing vast te stellen, die allemaal de aan- of afwezigheid van het Mpemba-effect kunnen beïnvloeden. De vereiste uitgebreide multidimensionale reeks experimenten zou kunnen verklaren waarom het effect nog niet wordt begrepen. New Scientist raadt aan om te beginnen het experiment met containers op 35 en 5 ° C (95 en 41 ° F) om het effect te maximaliseren. In een gerelateerd onderzoek werd gevonden dat de vriestemperatuur ook de waarschijnlijkheid van het waarnemen van het Mpemba-fenomeen en de containertemperatuur beïnvloedt.