Kontekst historycznyEdytuj

Starożytni naukowcy, tacy jak Arystoteles, opisali różne skutki ciepła na zamarzanie wody: „Fakt, że woda była wcześniej podgrzewana, przyczynia się do do jego szybkiego zamarznięcia: bo szybciej ostygnie. Dlatego wielu ludzi, chcąc szybko schłodzić wodę, zaczyna od umieszczenia jej na słońcu. Tak więc mieszkańcy Pontu, gdy obozują na lodzie, aby łowić ryby (wycinają dziurę w lód, a potem ryby) polewają trzcinę ciepłą wodą, aby szybciej zamarzła, ponieważ używają lodu jak ołowiu do mocowania trzcin ”. Wyjaśnienie Arystotelesa dotyczyło antyiperistasis, „przypuszczalnego wzrostu intensywności jakości w wyniku otoczenia przez jej przeciwną jakość”.

Wcześni nowożytni naukowcy, tacy jak Francis Bacon, zauważyli, że „lekko letnia woda zamarza łatwiej niż to, co jest zupełnie zimne. „W oryginalnej łacinie„ aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida ”.

René Descartes napisał w swoim Discourse on the Method:„ Można zobaczyć na podstawie doświadczenia że woda, która przez długi czas była w ogniu, zamarza szybciej niż inne, ponieważ te z jej cząstek, które są najmniej zdolne do zatrzymania zginania, odparowują podczas podgrzewania wody. „To odnosi się do teorii wirów Kartezjusza”.

Szkocki naukowiec Joseph Black zbadał szczególny przypadek tego zjawiska, porównując wodę gotowaną wcześniej z nieprzegotowaną; wcześniej przegotowana woda szybciej zamarzała. Parowanie było kontrolowane. Omówił wpływ mieszania na wyniki eksperymentu, zauważając, że mieszanie wody nieprzegotowanej prowadziło do jej zamarznięcia w tym samym czasie co woda przegotowana, a także zauważył, że mieszanie bardzo zimnej wody nieprzegotowanej prowadzi do natychmiastowego zamarznięcia. Następnie Joseph Black omówił opis przechłodzenia wody przez Fahrenheita (chociaż termin przechłodzenie nie został wówczas ukuty), argumentując, w nowoczesnych terminach, że wcześniej przegotowanej wody nie można tak łatwo przechłodzić.

Spostrzeżenie MpembyEdit

Efekt został nazwany na cześć tanzańskiego Erasto Mpemby. Opisał to w 1963 roku w Formularzu 3 Liceum Magamba w Tanganice, kiedy zamrażał mieszankę lodów, która była gorąca na lekcjach gotowania i zauważył, że zamarzła przed zimną mieszanką. Później został uczniem Liceum im. Mkwawy (dawniej Liceum) w Iringa. Dyrektor zaprosił dr Denisa Osborne’a z University College w Dar es Salaam do wygłoszenia wykładu z fizyki. Po wykładzie Mpemba zadał mu pytanie: „Jeśli weźmiesz dwa podobne pojemniki z równą objętością wody, jeden o temperaturze 35 ° C (95 ° F), a drugi o temperaturze 100 ° C (212 ° F), zamrażarka, ta, która zaczęła się w temperaturze 100 ° C (212 ° F), zamarza jako pierwsza. Dlaczego? ”, tylko po to, by zostać wyśmiewanym przez jego kolegów z klasy i nauczyciela. Po początkowej konsternacji, Osborne eksperymentował z tą kwestią w swoim miejscu pracy i potwierdził odkrycie Mpemby. Opublikowali wyniki razem w 1969 roku, kiedy Mpemba studiował w College of African Wildlife Management. Mpemba i Osborne opisują umieszczenie 70 ml (2,5 imp fl oz; 2,4 uncji amerykańskiej) próbki wody w zlewkach o pojemności 100 ml (3,5 imp fl oz; 3,4 uncji amerykańskich) w pojemniku na lód domowej lodówki na arkuszu styropianu. Pokazały one, że czas rozpoczęcia zamrażania wynosił najdłużej przy początkowej temperaturze 25 ° C (77 ° F) i znacznie niższej przy około 90 ° C (194 ° F). Wykluczyli utratę objętości cieczy przez parowanie jako istotny czynnik i wpływ rozpuszczonego powietrza . W ich konfiguracji większość strat ciepła pochodziła z powierzchni cieczy.

Współczesne prace eksperymentalneEdit

David Auerbach opisuje efekt, który zaobserwował w próbkach w szklanych zlewkach umieszczonych w cieczy kąpiel chłodząca We wszystkich przypadkach woda przechłodzona, osiągając temperaturę o f zazwyczaj od -6 do -18 ° C (21 do 0 ° F) przed samoistnym zamarznięciem. Zaobserwowano znaczną, losową zmienność czasu potrzebnego do rozpoczęcia samoistnego zamarzania, co w niektórych przypadkach prowadziło do tego, że woda, która jako pierwsza zaczynała cieplejsze (częściowo) zamarzać, zdefiniowała w 2016 r. Jako kryterium czas do osiągnięcia 0 ° C. (32 ° F), przeprowadził eksperymenty i dokonał przeglądu opublikowanych dotychczas prac. Zauważyli, że pierwotnie deklarowana duża różnica nie została powtórzona i że na badania wykazujące niewielki wpływ mogły mieć wpływ zmiany w położeniu termometrów. Mówią: „Trochę smutno dochodzimy do wniosku, że nie ma dowodów na poparcie sensownych obserwacji efektu Mpemby”. W kontrolowanych eksperymentach efekt można całkowicie wyjaśnić przechłodzeniem, a czas zamrażania był określany przez używany pojemnik. Recenzent Physics World pisze: „Nawet jeśli efekt Mpemby jest rzeczywisty – jeśli gorąca woda może czasem zamarzać szybciej niż zimna – nie jest jasne, czy wyjaśnienie byłoby trywialne czy pouczające.„Zwrócił uwagę, że badania tego zjawiska wymagają kontroli dużej liczby parametrów początkowych (w tym rodzaju i początkowej temperatury wody, rozpuszczonego gazu i innych zanieczyszczeń oraz wielkości, kształtu i materiału pojemnika, a także temperatury lodówki) i trzeba zdecydować się na konkretną metodę ustalania czasu zamrażania, z których wszystkie mogą wpływać na obecność lub brak efektu Mpemby. Wymagany szeroki wachlarz wielowymiarowych eksperymentów może wyjaśnić, dlaczego efekt nie został jeszcze poznany. New Scientist zaleca rozpoczęcie eksperyment z pojemnikami o temperaturze 35 i 5 ° C (95 i 41 ° F), aby zmaksymalizować efekt. W powiązanym badaniu stwierdzono, że temperatura zamrażarki wpływa również na prawdopodobieństwo zaobserwowania zjawiska Mpemba, a także na temperaturę pojemnika.