Hvilket vand fryser hurtigere, varmt eller koldt, er påvirket af mange faktorer, men selve spørgsmålet virker lidt mærkeligt. Det er underforstået, og det er kendt fra fysikken, at varmt vand stadig skal have tid til at køle ned til temperaturen af sammenligneligt koldt vand for at blive til is. Med koldt vand kan denne fase springes over, og følgelig vinder den med tiden.
Men svaret på spørgsmålet om, hvilket vand der fryser hurtigere - koldt eller varmt - på gaden i frost, kender enhver indbygger på de nordlige breddegrader. Rent videnskabeligt viser det sig, at koldt vand under alle omstændigheder simpelthen skal fryse hurtigere.
Det samme gjorde læreren i fysik, som blev kontaktet af skoledrengen Erasto Mpemba i 1963 med en anmodning om at forklare, hvorfor den kolde blanding af fremtidens is fryser længere end den samme, men varm.
Dette er ikke verdensfysik, men en slags Mpemba-fysik
På det tidspunkt grinede læreren kun af dette, men Deniss Osborn, en professor i fysik, som på et tidspunkt gik på den samme skole, hvor Erasto studerede, bekræftede eksperimentelt eksistensen af en sådan effekt, selvom der var ingen forklaring på dette da. I 1969 offentliggjorde et populærvidenskabeligt tidsskrift en fælles artikel af de to mænd, der beskrev denne ejendommelige effekt.
Siden da har spørgsmålet om, hvilket vand der fryser hurtigere - varmt eller koldt, sit eget navn - effekten, eller paradokset, Mpemba.
Spørgsmålet opstod for lang tid siden
Naturligvis har et sådant fænomen fundet sted før, og det blev nævnt i andre videnskabsmænds værker. Ikke kun en skoledreng var interesseret i dette spørgsmål, men Francis Bacon, Rene Descartes og endda Aristoteles tænkte over det på én gang.
Det er bare tilgangene til at løse dette paradoks, der først begyndte at se ud i slutningen af det tyvende århundrede.
Betingelser for, at et paradoks kan opstå
Som med is, er det ikke kun almindeligt vand, der fryser under forsøget. Visse forhold skal være til stede for at begynde at skændes, hvilket vand der fryser hurtigere - koldt eller varmt. Hvad påvirker denne proces?
Nu, i det 21. århundrede, er der blevet fremsat flere muligheder, der kan forklaredette paradoks. Hvilket vand der fryser hurtigere, varmt eller koldt, kan afhænge af, at varmt vand har en højere fordampningshastighed end koldt vand. Dens volumen falder således, og med et fald i volumen bliver frysetiden kortere, end hvis du tager en tilsvarende startvolumen koldt vand.
Fryseren har været optøet i lang tid
Hvilket vand fryser hurtigere, og hvorfor det gør det, kan blive påvirket af snebeklædningen, der kan være i fryseren i det køleskab, der blev brugt til eksperimentet. Hvis du tager to beholdere, der er identiske i volumen, men en af dem vil have varmt vand og den anden koldt vand, vil beholderen med varmt vand smelte sneen under den og derved forbedre kontakten mellem det termiske niveau og køleskabsvæggen. Det kan en koldtvandsbeholder ikke. Hvis der ikke er en sådan snebeklædning i køleskabet, burde koldt vand fryse hurtigere.
Top - bund
Det fænomen, hvor vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, forklares også som følger. Efter visse love begynder koldt vand at fryse fra de øverste lag, når varmt vand gør det omvendt - det begynder at fryse nedefra. Det viser sig, at koldt vand, der har et koldt lag på toppen med is, der allerede er dannet nogle steder, således forringer processerne med konvektion og termisk stråling, og derved forklarer, hvilket vand der fryser hurtigere - koldt eller varmt. Billeder fra amatøreksperimenter er vedhæftet, og det er tydeligt synligt her.
Varmen kommer ud, der tenderer opad, og der møder den et meget afkølet lag. Der er ingen fri vej for varmestråling, så afkølingsprocessen bliver vanskelig. Varmt vand har absolut ingen sådanne barrierer på sin vej. Som fryser hurtigere - koldt eller varmt, som det sandsynlige resultat afhænger af, kan du udvide svaret ved at sige, at ethvert vand har visse stoffer opløst i sig.
Urenheder i vandets sammensætning som en faktor, der påvirker resultatet
Hvis du ikke snyder og bruger vand med samme sammensætning, hvor koncentrationerne af visse stoffer er identiske, så burde koldt vand fryse hurtigere. Men hvis der opstår en situation, når opløste kemiske elementer kun er til stede i varmt vand, mens koldt vand ikke besidder dem, så har varmt vand mulighed for at fryse tidligere. Dette forklares med, at opløste stoffer i vand skaber krystallisationscentre, og med et lille antal af disse centre er omdannelsen af vand til en fast tilstand vanskelig. Selv underkøling af vand er mulig i den forstand, at det ved minusgrader vil være i flydende tilstand.
Men alle disse versioner passede tilsyneladende ikke fuldt ud til forskerne, og de fortsatte med at arbejde med dette spørgsmål. I 2013 sagde et team af forskere i Singapore, at de havde løst det ældgamle mysterium.
En gruppe kinesiske videnskabsmænd hævder, at hemmeligheden bag denne effekt ligger i mængden af energi, der er lagret mellem vandmolekyler i dets bindinger, kaldet hydrogenbindinger.
Ledetråd fra kinesiske videnskabsmænd
Følgende information følger, for at forstå hvilken du skal have en vis viden i kemi for at finde ud af, hvilket vand der fryser hurtigere - varmt eller koldt. Som du ved, består et vandmolekyle af to H (brint) atomer og et O (ilt) atom holdt sammen af kovalente bindinger.
Men brintatomer af et molekyle tiltrækkes også af nabomolekyler, af deres iltkomponent. Det er disse bindinger, der kaldes hydrogenbindinger.
Det er værd at huske på, at på samme tid virker vandmolekyler afvisende på hinanden. Forskere bemærkede, at når vand opvarmes, øges afstanden mellem dets molekyler, og dette lettes af frastødende kræfter. Det viser sig, at brintbindinger, der optager én afstand mellem molekyler i kold tilstand, kan siges at være strakt, og de har en større energiforsyning. Det er denne energireserve, der frigives, når vandmolekyler begynder at nærme sig hinanden, det vil sige, at der sker afkøling. Det viser sig, at en større forsyning af energi i varmt vand, og dens større frigivelse, når den afkøles til minusgrader, sker hurtigere end i koldt vand, som har en sådan forsyning.mindre energi. Så hvilket vand fryser hurtigere - koldt eller varmt? Mpemba-paradokset burde ske udenfor og i laboratoriet, og varmt vand skulle hurtigere blive til is.
Men stadig åben
Der er kun teoretisk bekræftelse af dette spor - alt dette er skrevet i smukke formler og virker plausibelt. Men når de eksperimentelle data, som vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, vil blive sat i praktisk betydning, og deres resultater vil blive præsenteret, så vil det være muligt at betragte spørgsmålet om Mpemba-paradokset for lukket.
