Wissenschaft

Ist es wahr, dass heißes Wasser schneller als kalt gefriert?

Ja, heißes Wasser kann schneller gefrieren als kaltes Wasser. Es kommt jedoch nicht immer vor, und die Wissenschaft hat auch nicht genau erklärt, warum dies geschehen kann.

Wichtige Erkenntnisse: Wassertemperatur und Gefrierrate

  • Manchmal gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser. Dies wird nach dem Schüler, der es beobachtet hat, als Mpemba-Effekt bezeichnet.
  • Zu den Faktoren, die dazu führen können, dass heißes Wasser schneller gefriert, gehören Verdunstungskühlung, geringere Wahrscheinlichkeit einer Unterkühlung, geringe Konzentration gelöster Gase und Konvektion.
  • Ob heißes oder kaltes Wasser schneller gefriert, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab.

Der Mpemba-Effekt

Obwohl Aristoteles, Bacon und Descartes beschrieben haben, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, wurde der Vorstellung größtenteils widerstanden, bis in den 1960er Jahren ein Schüler namens Mpemba bemerkte, dass heiße Eismischung, wenn sie in den Gefrierschrank gestellt wurde, vor Eis gefrieren würde Mischung, die vor dem Einlegen in den Gefrierschrank auf Raumtemperatur abgekühlt worden war. Mpemba wiederholte sein Experiment mit Wasser anstatt mit Eismischung und fand das gleiche Ergebnis: Das heiße Wasser gefror schneller als das kühlere Wasser. Als Mpemba seinen Physiklehrer bat, die Beobachtungen zu erklären, sagte der Lehrer zu Mpemba, dass seine Daten fehlerhaft sein müssen, da das Phänomen unmöglich war.

Mpemba stellte einem Physikprofessor, Dr. Osborne, dieselbe Frage. Dieser Professor antwortete, dass er es nicht wisse, aber er würde das Experiment testen. Dr. Osborne ließ einen Labortechniker den Mpemba-Test durchführen. Der Labortechniker berichtete, dass er Mpembas Ergebnis dupliziert hatte: „Aber wir werden das Experiment so lange wiederholen, bis wir das richtige Ergebnis erhalten.“ (Ähm … ja … das wäre ein Beispiel für schlechte Wissenschaft.) Nun, die Daten waren die Daten, und als das Experiment wiederholt wurde, lieferte es weiterhin das gleiche Ergebnis. 1969 veröffentlichten Osborne und Mpemba die Ergebnisse ihrer Forschung. Das Phänomen, bei dem heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser, wird manchmal als Mpemba-Effekt bezeichnet .

Warum heißes Wasser manchmal schneller gefriert als kaltes Wasser

Es gibt keine endgültige Erklärung dafür, warum heißes Wasser schneller gefrieren kann als kaltes Wasser. Je nach den Bedingungen kommen unterschiedliche Mechanismen ins Spiel. Die Hauptfaktoren scheinen zu sein:

  • Verdunstung : Es verdunstet mehr heißes Wasser als kaltes Wasser, wodurch die Menge des zu gefrierenden Wassers verringert wird. Massenmessungen lassen vermuten, dass dies ein wichtiger Faktor beim Abkühlen von Wasser in offenen Behältern ist, obwohl es nicht der Mechanismus ist, der erklärt, wie der Mpemba-Effekt in geschlossenen Behältern auftritt.
  • Unterkühlung : Heißes Wasser wirkt weniger unterkühlend als kaltes Wasser. Wenn es unterkühlt war, kann es eine Flüssigkeit bleiben, bis es gestört wird, sogar weit unter seiner normalen Gefriertemperatur. Wasser, das nicht unterkühlt ist, wird eher fest, wenn es den Gefrierpunkt von Wasser erreicht .
  • Konvektion : Wasser entwickelt beim Abkühlen Konvektionsströme. Die Wasserdichte nimmt normalerweise mit steigender Temperatur ab, sodass ein Behälter mit Kühlwasser normalerweise oben wärmer ist als unten. Wenn wir davon ausgehen, dass Wasser den größten Teil seiner Wärme über seine Oberfläche verliert (was je nach den Bedingungen zutreffen kann oder nicht), würde Wasser mit einem heißeren Oberteil seine Wärme verlieren und schneller gefrieren als Wasser mit einem kühleren Oberteil.
  • Gelöste Gase : Heißes Wasser kann gelöste Gase weniger gut aufnehmen als kaltes Wasser, was die Gefrierrate beeinträchtigen kann.
  • Auswirkung der Umgebung : Der Unterschied zwischen den Anfangstemperaturen von zwei Wasserbehältern kann sich auf die Umgebung auswirken und die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen. Ein Beispiel wäre warmes Wasser, das eine bereits vorhandene Frostschicht schmilzt und eine bessere Abkühlrate ermöglicht.

Testen Sie es selbst

Nimm jetzt nicht mein Wort dafür! Wenn Sie Zweifel haben, dass heißes Wasser manchmal schneller gefriert als kaltes Wasser, testen Sie es selbst. Beachten Sie, dass der Mpemba-Effekt nicht unter allen Versuchsbedingungen sichtbar ist. Daher müssen Sie möglicherweise mit der Größe der Wasserprobe und des Kühlwassers herumspielen (oder versuchen Sie, Eis in Ihrem Gefrierschrank zuzubereiten, wenn Sie dies akzeptieren Demonstration der Wirkung).

Quellen

  • Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). „Den Mpemba-Effekt in Frage stellen: Heißes Wasser kühlt nicht schneller ab als kalt“. Wissenschaftliche Berichte . 6: 37665. doi: 10.1038 / srep37665
  • Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). „Verschiedene Arten der Wasserstoffbindung in Wasser – Warum gefriert warmes Wasser schneller als kaltes Wasser?“ Zeitschrift für chemische Theorie und Berechnung . 13 (1): 55–76. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00735

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