A British Royal Society of Chemistry está oferecendo uma recompensa de £ 1.000 para quem puder explicar cientificamente por que, em alguns casos, a água quente congela mais rápido que a água fria.

“A ciência moderna ainda não consegue responder a essa pergunta aparentemente simples. Sorveteiros e bartenders usam esse efeito em seu trabalho diário, mas ninguém sabe realmente por que funciona. Esse problema é conhecido há milênios, filósofos como Aristóteles e Descartes pensaram sobre isso”, disse o presidente da Sociedade Real Britânica de Química, professor David Philips, citado em um comunicado da Sociedade.

Como um chef africano venceu um professor de física britânico

Esta não é uma piada de primeiro de abril, mas uma dura realidade física. A ciência de hoje, que opera facilmente em galáxias e buracos negros, construindo aceleradores gigantes para procurar quarks e bósons, não consegue explicar como a água elementar "funciona". O livro escolar afirma inequivocamente que leva mais tempo para resfriar um corpo quente do que resfriar um corpo frio. Mas para a água, essa lei nem sempre é observada. Aristóteles chamou a atenção para este paradoxo no século 4 aC. e. Aqui está o que o grego antigo escreveu no livro "Meteorologica I": "O fato de a água ser pré-aquecida contribui para o seu congelamento. Portanto, muitas pessoas, quando querem resfriar rapidamente a água quente, primeiro a colocam no sol ... ”Na Idade Média, Francis Bacon e René Descartes tentaram explicar esse fenômeno. Infelizmente, nem os grandes filósofos nem os numerosos cientistas que desenvolveram a física térmica clássica conseguiram isso e, portanto, um fato tão inconveniente foi "esquecido" por muito tempo.

E só em 1968 eles “lembraram” graças ao estudante Erasto Mpemba da Tanzânia, longe de qualquer ciência. Enquanto estudava em uma escola de culinária, em 1963, Mpembe, de 13 anos, recebeu a tarefa de fazer sorvete. De acordo com a tecnologia, era necessário ferver o leite, dissolver o açúcar nele, resfriá-lo à temperatura ambiente e depois colocá-lo na geladeira para congelar. Aparentemente, Mpemba não era um aluno diligente e hesitou. Temendo não chegar a tempo ao final da aula, colocou o leite ainda quente na geladeira. Para sua surpresa, congelou ainda mais cedo do que o leite de seus companheiros, preparado de acordo com todas as regras.

Quando Mpemba compartilhou sua descoberta com um professor de física, ele zombou dele na frente de toda a turma. Mpemba lembrou-se do insulto. Cinco anos depois, já estudante da Universidade de Dar es Salaam, assistiu a uma palestra do famoso físico Denis G. Osborn. Após a palestra, ele fez uma pergunta ao cientista: “Se você pegar dois recipientes idênticos com a mesma quantidade de água, um a 35°C (95°F) e outro a 100°C (212°F), e colocar no freezer, a água em um recipiente quente congelará mais rápido. Por que?" Você pode imaginar a reação de um professor britânico a uma pergunta de um jovem da Tanzânia esquecida por Deus. Ele zombou do aluno. No entanto, Mpemba estava pronto para tal resposta e desafiou o cientista a uma aposta. O argumento deles culminou em um teste experimental que provou que Mpemba estava certo e Osborne derrotado. Assim, o estudante-cozinheiro inscreveu seu nome na história da ciência, e doravante esse fenômeno é chamado de "efeito Mpemba". Descartá-lo, declará-lo como se "inexistente" não funciona. O fenômeno existe e, como escreveu o poeta, "não no dente com o pé".

As partículas de poeira e substâncias dissolvidas são as culpadas?

Ao longo dos anos, muitos tentaram desvendar o mistério da água congelada. Várias explicações para esse fenômeno foram propostas: evaporação, convecção, influência de solutos - mas nenhum desses fatores pode ser considerado definitivo. Vários cientistas dedicaram suas vidas inteiras ao efeito Mpemba. James Brownridge, membro do Departamento de Segurança contra Radiação da Universidade Estadual de Nova York, estuda o paradoxo em seu tempo livre há mais de uma década. Após realizar centenas de experimentos, o cientista afirma ter evidências da “culpa” da hipotermia. Brownridge explica que a 0°C, a água apenas superesfria e começa a congelar quando a temperatura cai abaixo. O ponto de congelamento é regulado por impurezas na água - elas alteram a taxa de formação de cristais de gelo. As impurezas, que são partículas de poeira, bactérias e sais dissolvidos, têm sua temperatura de nucleação característica, quando cristais de gelo se formam ao redor dos centros de cristalização. Quando há vários elementos na água ao mesmo tempo, o ponto de congelamento é determinado por aquele com a maior temperatura de nucleação.

Para o experimento, Brownridge pegou duas amostras de água na mesma temperatura e as colocou em um freezer. Ele descobriu que um dos espécimes sempre congela antes do outro - presumivelmente devido a uma combinação diferente de impurezas.

Brownridge afirma que a água quente esfria mais rápido devido à maior diferença de temperatura entre a água e o freezer - isso ajuda a atingir seu ponto de congelamento antes que a água fria atinja seu ponto de congelamento natural, que é pelo menos 5°C mais baixo.

No entanto, o raciocínio de Brownridge levanta muitas questões. Portanto, quem conseguir explicar o efeito Mpemba à sua maneira tem a chance de concorrer a mil libras esterlinas da British Royal Society of Chemistry.

Isso é verdade, embora pareça incrível, porque no processo de congelamento, a água pré-aquecida deve passar pela temperatura da água fria. Enquanto isso, este efeito é amplamente utilizado.Por exemplo, pistas de gelo e escorregas são preenchidos com água quente em vez de água fria no inverno. Especialistas aconselham os motoristas a despejar água fria em vez de quente no reservatório do lavador no inverno. O paradoxo é conhecido mundialmente como o "Efeito Mpemba".

Esse fenômeno foi mencionado em certa época por Aristóteles, Francis Bacon e René Descartes, mas somente em 1963 os professores de física prestaram atenção nele e tentaram investigá-lo. Tudo começou quando o estudante tanzaniano Erasto Mpemba notou que o leite adoçado que ele usava para fazer sorvete solidificava mais rápido se fosse pré-aquecido e sugeriu que a água quente congela mais rápido que a água fria. Voltou-se para o professor de física para esclarecimentos, mas ele apenas riu do aluno, dizendo o seguinte: "Isso não é física mundial, mas a física de Mpemba".

Felizmente, Dennis Osborn, professor de física da Universidade de Dar es Salaam, visitou a escola um dia. E Mpemba voltou-se para ele com a mesma pergunta. O professor foi menos cético, disse que não podia julgar o que nunca tinha visto e, ao voltar para casa, pediu à equipe que realizasse os experimentos apropriados. Parece que eles confirmaram as palavras do menino. De qualquer forma, em 1969, Osborne falou sobre trabalhar com Mpemba na revista "Eng. FísicaEducação". No mesmo ano, George Kell, do Canadian National Research Council, publicou um artigo descrevendo o fenômeno em inglês. americanoDiáriodoFísica».

Existem várias explicações possíveis para este paradoxo:

• A água quente evapora mais rápido, reduzindo assim seu volume, e um volume menor de água com a mesma temperatura congela mais rápido. Em recipientes herméticos, a água fria deve congelar mais rapidamente.
• A presença de forro de neve. O recipiente de água quente derrete a neve embaixo, melhorando assim o contato térmico com a superfície de resfriamento. A água fria não derrete a neve sob ela. Sem forro de neve, o recipiente de água fria deve congelar mais rápido.
• A água fria começa a congelar de cima, piorando os processos de radiação e convecção de calor e, portanto, a perda de calor, enquanto a água quente começa a congelar por baixo. Com agitação mecânica adicional da água nos recipientes, a água fria deve congelar mais rapidamente.
• A presença de centros de cristalização na água resfriada - substâncias dissolvidas nela. Com um pequeno número desses centros em água fria, a transformação da água em gelo é difícil, e até mesmo seu superresfriamento é possível quando permanece em estado líquido, com temperatura abaixo de zero.

Outra explicação foi recentemente publicada. O Dr. Jonathan Katz, da Universidade de Washington, investigou esse fenômeno e concluiu que as substâncias dissolvidas na água desempenham um papel importante e precipitam quando aquecidas.
Por solutos, Dr. Katz quer dizer os bicarbonatos de cálcio e magnésio encontrados na água dura. Quando a água é aquecida, essas substâncias precipitam, a água fica "mole". A água que nunca foi aquecida contém essas impurezas e é "dura". À medida que congela e se formam cristais de gelo, a concentração de impurezas na água aumenta 50 vezes. Isso diminui o ponto de congelamento da água.

Esta explicação não me parece convincente, porque. não devemos esquecer que o efeito foi encontrado em experimentos com sorvete, e não com água dura. Muito provavelmente, as causas do fenômeno são termofísicas e não químicas.

Até agora, nenhuma explicação inequívoca do paradoxo Mpemba foi recebida. Devo dizer que alguns cientistas não consideram esse paradoxo digno de atenção. No entanto, é muito interessante que um simples estudante tenha alcançado o reconhecimento do efeito físico e ganhou popularidade por causa de sua curiosidade e perseverança.

Adicionado em fevereiro de 2014

A nota foi escrita em 2011. Desde então, surgiram novos estudos sobre o efeito Mpemba e novas tentativas de explicá-lo. Assim, em 2012, a Royal Society of Chemistry da Grã-Bretanha anunciou uma competição internacional para desvendar o mistério científico “O Efeito Mpemba” com um prêmio de 1000 libras. O prazo foi fixado em 30 de julho de 2012. O vencedor foi Nikola Bregovik do laboratório da Universidade de Zagreb. Publicou seu trabalho, no qual analisou tentativas anteriores de explicar esse fenômeno e chegou à conclusão de que não eram convincentes. O modelo que ele propôs é baseado nas propriedades fundamentais da água. Os interessados ​​podem encontrar um emprego em http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

A pesquisa não terminou aí. Em 2013, físicos de Cingapura provaram teoricamente a causa do efeito Mepemba. O trabalho pode ser encontrado em http://arxiv.org/abs/1310.6514.

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Comentários:

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Por que a água quente evapora mais rápido? Os cientistas provaram praticamente que um copo de água quente congela mais rápido que a água fria. Os cientistas não podem explicar esse fenômeno porque não entendem a essência dos fenômenos: calor e frio! Calor e frio são sensações físicas causadas pela interação de partículas da Matéria, na forma de contra-compressão de ondas magnéticas que se deslocam do lado do espaço e do centro da Terra. Portanto, quanto maior a diferença de potencial dessa tensão magnética, mais rápida é a troca de energia pelo método de contrapenetração de uma onda na outra. Ou seja, por difusão! Em resposta ao meu artigo, um oponente escreve: 1) “..A água quente evapora MAIS RÁPIDO, como resultado, há menos dela, então ela congela mais rápido” Pergunta! Que energia faz a água evaporar mais rápido? 2) No meu artigo, estamos falando de um copo, e não de uma tina de madeira, que o oponente cita como contra-argumento. O que não está correto! Eu respondo à pergunta: “POR QUE MOTIVO A EVAPORAÇÃO DA ÁGUA NA NATUREZA?” Ondas magnéticas, que sempre se movem do centro da Terra para o espaço, superando a contrapressão das ondas de compressão magnética (que sempre se movem do espaço para o centro da Terra), ao mesmo tempo, pulverizam partículas de água, desde que se deslocam para o espaço , aumentam de volume. Ou seja, expanda! No caso de superar as ondas magnéticas de compressão, esses vapores de água são comprimidos (condensados) e sob a influência dessas forças de compressão magnética, a água retorna ao solo na forma de precipitação! Sinceramente! Alexey Mishnev. 6 de outubro de 2012.

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19

O que é temperatura. A temperatura é o grau de estresse eletromagnético das ondas magnéticas com a energia de compressão e expansão. No caso de um estado de equilíbrio dessas energias, a temperatura do corpo ou substância está em um estado estável. Se o estado de equilíbrio dessas energias é perturbado, em direção à energia de expansão, o corpo ou substância aumenta no volume do espaço. No caso de exceder a energia das ondas magnéticas na direção da compressão, o corpo ou substância diminui no volume do espaço. O grau de tensão eletromagnética é determinado pelo grau de expansão ou contração do corpo de referência. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, você está falando sobre um artigo que descreve seus pensamentos sobre o conceito de temperatura. Mas ninguém leu. Por favor me dê um link. Em geral, suas visões sobre física são muito peculiares. Nunca ouvi falar em "expansão eletromagnética do corpo de referência".

Yuri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Propõe-se a hipótese de que este seja o trabalho da ressonância intermolecular e da atração ponderomotriz entre as moléculas geradas por ela. Na água fria, as moléculas se movem e vibram aleatoriamente, com diferentes frequências. Quando a água é aquecida, com um aumento na frequência de oscilação, seu alcance se estreita (a diferença de frequência da água quente líquida até o ponto de vaporização diminui), as frequências de oscilação das moléculas se aproximam, resultando em uma ressonância entre as moléculas. Quando resfriado, essa ressonância é parcialmente preservada, não morre imediatamente. Tente pressionar uma das duas cordas da guitarra que estão em ressonância. Agora solte - a corda começará a vibrar novamente, a ressonância restaurará suas vibrações. Assim, na água congelada, as moléculas externas resfriadas tentam perder a amplitude e a frequência das vibrações, mas as moléculas “quentes” dentro do vaso “puxam” as vibrações para trás, agem como vibradores, e as externas agem como ressonadores. É entre os vibradores e os ressonadores que surge a atração ponderomotiva*. Quando a força ponderomotriz se torna maior que a força causada pela energia cinética das moléculas (que não apenas vibram, mas também se movem linearmente), ocorre a cristalização acelerada - o "Efeito Mpemba". A conexão ponderomotriz é muito instável, o efeito Mpemba depende fortemente de todos os fatores que a acompanham: o volume de água a ser congelada, a natureza de seu aquecimento, condições de congelamento, temperatura, convecção, condições de troca de calor, saturação de gás, vibração da unidade de refrigeração , ventilação, impurezas, evaporação, etc. Talvez até da iluminação... Portanto, o efeito tem muitas explicações e às vezes é difícil de reproduzir. Pela mesma razão de “ressonância”, a água fervida ferve mais rápido que a água não fervida - a ressonância por algum tempo após a fervura preserva a intensidade das vibrações das moléculas de água (a perda de energia durante o resfriamento se deve principalmente à perda de energia cinética do movimento linear das moléculas ). Com o aquecimento intenso, as moléculas do vibrador trocam de papéis com as moléculas do ressonador em comparação com o congelamento - a frequência dos vibradores é menor que a frequência dos ressonadores, o que significa que não há atração entre as moléculas, mas repulsão, o que acelera a transição para outra estado de agregação (par).

Vlad, 12.11.2012 03:42

Quebrou meu cérebro...

Anton, 04.02.2013 02:02

1. Essa atração ponderomotiva é realmente tão grande que afeta o processo de transferência de calor? 2. Isso significa que quando todos os corpos são aquecidos a uma certa temperatura, suas partículas estruturais entram em ressonância? 3. Por que essa ressonância desaparece com o resfriamento? 4. Este é o seu palpite? Se houver uma fonte, por favor indique. 5. De acordo com essa teoria, a forma do recipiente desempenhará um papel importante e, se for fino e plano, a diferença no tempo de congelamento não será grande, ou seja, Você pode conferir.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

A água fria já possui átomos de nitrogênio e as distâncias entre as moléculas de água são mais próximas do que na água quente. Ou seja, a conclusão: a água quente absorve átomos de nitrogênio mais rapidamente e ao mesmo tempo congela rapidamente do que a água fria - isso é comparável ao endurecimento do ferro, pois a água quente se transforma em gelo e o ferro quente endurece com o resfriamento rápido!

Vladimir, 13/03/2013 06:50

ou talvez isso: a densidade da água quente e do gelo é menor que a densidade da água fria, e portanto a água não precisa mudar sua densidade, perdendo algum tempo nisso e congela.

Alexey Mishnev, 21/03/2013 11h50

Antes de falar sobre ressonâncias, atração e vibrações de partículas, é necessário entender e responder à pergunta: Quais forças fazem as partículas vibrarem? Uma vez que, sem energia cinética, não pode haver compressão. Sem compressão, não pode haver expansão. Sem expansão, não pode haver energia cinética! Quando você começa a falar sobre a ressonância das cordas, você primeiro fez um esforço para fazer uma dessas cordas começar a vibrar! Ao falar de atração, você deve antes de tudo indicar a força que faz esses corpos se atrairem! Afirmo que todos os corpos são comprimidos pela energia eletromagnética da atmosfera e que comprime todos os corpos, substâncias e partículas elementares com uma força de 1,33 kg. não por cm2, mas por partícula elementar. Já que a pressão da atmosfera não pode ser seletiva! Não confunda com a quantidade de força!

Dodik, 31/05/2013 02:59

Parece-me que você esqueceu uma verdade - "A ciência começa onde as medições começam". Qual é a temperatura da água "quente"? Qual é a temperatura da água "fria"? O artigo não diz uma palavra sobre isso. A partir disso, podemos concluir - todo o artigo é besteira!

Grigory, 04/06/2013 12:17

Dodik, antes de chamar um artigo de absurdo, é preciso pensar para aprender, pelo menos um pouco. E não apenas medir.

Dmitry, 24/12/2013 10h57

As moléculas de água quente se movem mais rápido do que na água fria, por isso há um contato mais próximo com o meio ambiente, elas parecem absorver todo o frio, desacelerando rapidamente.

Ivan, 10.01.2014 05:53

É surpreendente que um artigo tão anônimo tenha aparecido neste site. O artigo é completamente não científico. Tanto o autor quanto os comentadores que disputam entre si partem em busca de uma explicação do fenômeno, sem se preocupar em saber se o fenômeno é observado e, em caso afirmativo, em que condições. Além disso, não há sequer um acordo sobre o que realmente observamos! Assim, o autor insiste na necessidade de explicar o efeito do congelamento rápido do sorvete quente, embora de todo o texto (e das palavras "o efeito foi descoberto em experimentos com sorvete") se deduz que ele mesmo não estabeleceu tal experimentos. Das variantes de "explicação" do fenômeno listadas no artigo, pode-se ver que são descritos experimentos completamente diferentes, montados em diferentes condições com diferentes soluções aquosas. Tanto a essência das explicações quanto o modo subjuntivo nelas sugerem que mesmo uma verificação elementar das idéias expressas não foi realizada. Alguém acidentalmente ouviu uma história curiosa e casualmente expressou sua conclusão especulativa. Desculpe, mas este não é um estudo científico físico, mas uma conversa em uma sala de fumantes.

Ivan, 01/10/2014 06:10

Em relação aos comentários no artigo sobre o enchimento dos rolos com reservatórios de água quente e lavadora fria. Tudo é simples do ponto de vista da física elementar. A pista de patinação está cheia de água quente apenas porque congela mais lentamente. A pista deve ser plana e lisa. Tente preenchê-lo com água fria - você terá solavancos e "influxos", porque. a água congelará _rapidamente_ sem ter tempo para se espalhar em uma camada uniforme. E o quente terá tempo para se espalhar em uma camada uniforme, e derreterá o gelo e a neve existentes. Com uma lavadora, também não é difícil: não adianta derramar água limpa no frio - congela no vidro (mesmo quente); e o líquido não congelante quente pode levar à rachadura do vidro frio, além de ter um ponto de congelamento aumentado no vidro devido à evaporação acelerada dos álcoois no caminho para o vidro (todo mundo ainda conhece o princípio da aguardente? - álcool evapora, a água permanece).

Ivan, 01/10/2014 06:34

Mas, na verdade, o fenômeno é tolo perguntar por que dois experimentos diferentes em condições diferentes procedem de maneira diferente. Se o experimento for configurado de forma limpa, você precisará tomar água quente e fria da mesma composição química - tomamos água fervente pré-resfriada da mesma chaleira. Despeje em recipientes idênticos (por exemplo, copos de paredes finas). Não colocamos na neve, mas na mesma base seca, por exemplo, uma mesa de madeira. E não em um microcongelador, mas em um termostato suficientemente volumoso - realizei um experimento há alguns anos no país, quando havia um clima estável e gelado lá fora, cerca de -25C. A água cristaliza a uma certa temperatura após a liberação do calor de cristalização. A hipótese se resume à afirmação de que a água quente esfria mais rápido (isso é verdade, de acordo com a física clássica, a taxa de transferência de calor é proporcional à diferença de temperatura), mas mantém uma taxa de resfriamento aumentada mesmo quando sua temperatura é igual à temperatura de água fria. A questão é: como a água que resfriou a uma temperatura externa de +20°C difere exatamente da mesma água que esfriou a uma temperatura de +20°C uma hora antes, mas em uma sala? A física clássica (a propósito, baseada não em conversas em uma sala de fumantes, mas em centenas de milhares e milhões de experimentos) diz: sim, nada, a dinâmica de resfriamento adicional será a mesma (apenas a água fervente atingirá o ponto +20 depois ). E o experimento mostra a mesma coisa: quando já existe uma crosta sólida de gelo em um copo de água inicialmente fria, a água quente nem pensou em congelar. P.S. Aos comentários de Yuri Kuznetsov. A presença de um determinado efeito pode ser considerada estabelecida quando as condições para sua ocorrência são descritas e ele é reproduzido de forma estável. E quando temos experimentos incompreensíveis com condições desconhecidas, é prematuro construir teorias de sua explicação e isso não dá nada do ponto de vista científico. P.P.S. Bem, é impossível ler os comentários de Alexei Mishnev sem lágrimas de emoção - uma pessoa vive em algum tipo de mundo fictício que não tem nada a ver com física e experimentos reais.

Grigory, 13/01/2014 10:58

Ivan, eu entendo que você refuta o efeito Mpemba? Não existe, como mostram seus experimentos? Por que é tão famoso na física e por que muitos tentam explicá-lo?

Ivan, 14/02/2014 01:51

Boa tarde, Gregório! O efeito de um experimento impuramente encenado existe. Mas, como você entende, esta não é uma razão para procurar novos padrões na física, mas uma razão para melhorar a habilidade do experimentador. Como já observei nos comentários, em todas as tentativas mencionadas de explicar o “efeito Mpemba”, os pesquisadores não conseguem nem articular claramente o que exatamente e em que condições estão medindo. E você quer dizer que eles são físicos experimentais? Não me faça rir. O efeito é conhecido não na física, mas em discussões pseudocientíficas em vários fóruns e blogs, dos quais o mar é agora. Como um efeito físico real (no sentido de consequência de algumas novas leis físicas, e não como consequência de uma interpretação incorreta ou apenas um mito), as pessoas que estão longe da física o percebem. Portanto, não há razão para falar como um único efeito físico sobre os resultados de diferentes experimentos montados em condições completamente diferentes.

Pavel, 18/02/2014 09:59

hmm, pessoal... artigo para "Speed ​​Info"... Sem ofensa... ;) Ivan está certo sobre tudo...

Gregório, 19/02/2014 12h50

Ivan, concordo que existem muitos sites pseudocientíficos publicando material sensacionalista não verificado agora.? Afinal, o efeito do Mpemba ainda está sendo estudado. Além disso, cientistas de universidades estão pesquisando. Por exemplo, em 2013, esse efeito foi estudado por um grupo da Universidade de Tecnologia de Cingapura. Veja o link http://arxiv.org/abs/1310.6514. Eles acreditam ter encontrado uma explicação para esse efeito. Não vou escrever em detalhes sobre a essência da descoberta, mas na opinião deles, o efeito está associado à diferença de energias armazenadas nas ligações de hidrogênio.

Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04

Para todos os interessados ​​em pesquisar o efeito Mpemba, complementei um pouco o material do artigo e disponibilizei links onde você pode conhecer os resultados mais recentes (ver texto). Obrigado pelos comentários.

Ildar, 24/02/2014 04:12 | não faz sentido listar tudo

Se esse efeito Mpemba realmente ocorre, então a explicação deve ser buscada, eu acho, na estrutura molecular da água. A água (como aprendi na literatura científica popular) existe não como moléculas individuais de H2O, mas como aglomerados de várias moléculas (até mesmo dezenas). Com o aumento da temperatura da água, a velocidade de movimento das moléculas aumenta, os aglomerados se quebram uns contra os outros e as ligações de valência das moléculas não têm tempo para montar grandes aglomerados. Leva um pouco mais de tempo para formar aglomerados do que para diminuir a velocidade das moléculas. E como os aglomerados são menores, a formação da rede cristalina é mais rápida. Em água fria, aparentemente, aglomerados grandes e bastante estáveis ​​impedem a formação de uma rede; leva algum tempo para sua destruição. Eu mesmo vi na TV um efeito curioso, quando a água fria parada quieta em uma jarra permanecia líquida por várias horas no frio. Mas assim que a jarra foi pega, isto é, ligeiramente movida de seu lugar, a água na jarra imediatamente cristalizou, tornou-se opaca e a jarra estourou. Pois bem, o padre que mostrou esse efeito explicava-o pelo fato de a água ser consagrada. A propósito, acontece que a água muda muito sua viscosidade dependendo da temperatura. Nós, como grandes criaturas, não percebemos isso, mas ao nível de pequenos (mm e menos) crustáceos, e ainda mais bactérias, a viscosidade da água é um fator muito significativo. Essa viscosidade, eu acho, também é dada pelo tamanho dos aglomerados de água.

CINZA, 15/03/2014 05:30

tudo ao redor que vemos são características superficiais (propriedades), então tomamos por energia apenas o que podemos medir ou provar a existência de alguma forma, caso contrário é um beco sem saída. Esse fenômeno, o efeito Mpemba, só pode ser explicado por uma teoria volumétrica simples que unirá todos os modelos físicos em uma única estrutura de interação. na verdade é simples

Nikita, 06/06/2014 04:27 | carro

mas como fazer com que a água fique fria e não fique quente quando você vai no carro!

alexey, 03.10.2014 01:09

E aqui está outra "descoberta", em movimento. A água em uma garrafa de plástico congela muito mais rápido com uma rolha aberta. Por uma questão de diversão, experimentei muitas vezes em geadas severas. O efeito é óbvio. Olá teóricos!

Eugênio, 27/12/2014 08:40

O princípio de um resfriador evaporativo. Pegamos duas garrafas hermeticamente fechadas com água fria e quente. Colocamos no frio. A água fria congela mais rápido. Agora pegamos as mesmas garrafas com água fria e quente, abrimos e colocamos no frio. A água quente congela mais rápido do que a água fria. Se tomarmos duas bacias com água fria e quente, a água quente congelará muito mais rápido. Isso se deve ao fato de aumentarmos o contato com a atmosfera. Quanto mais intensa a evaporação, mais rápida a queda de temperatura. Aqui é necessário mencionar o fator de umidade. Quanto menor a umidade, mais forte a evaporação e mais forte o resfriamento.

cinza TOMSK, 01/03/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - continuação O que você sabe sobre temperatura não é tudo. Há algo mais. Se você compor corretamente um modelo físico de temperatura, ele se tornará a chave para descrever processos de energia desde difusão, fusão e cristalização até escalas como aumento de temperatura com aumento de pressão, aumento de pressão com aumento de temperatura. Até mesmo o modelo físico da energia do Sol ficará claro a partir do exposto. estou no inverno. . no início da primavera de 20013, depois de analisar os modelos de temperatura, compilei um modelo geral de temperatura. Depois de alguns meses, lembrei-me do paradoxo da temperatura, e então percebi... que meu modelo de temperatura também descreve o paradoxo de Mpemba. Isso foi em maio-junho de 2013. Um ano atrasado, mas isso é o melhor. Meu modelo físico é um quadro congelado e pode ser rolado para frente e para trás e tem as habilidades motoras da atividade, a própria atividade em que tudo se move. Tenho 8 turmas de escola e 2 anos de faculdade com repetição do tópico. 20 anos se passaram. Portanto, não posso atribuir nenhum tipo de modelo físico de cientistas famosos, bem como fórmulas. Sinto muito.

André, 08.11.2015 08:52

Em geral, tenho uma ideia de por que a água quente congela mais rápido do que a água fria. E nas minhas explicações tudo é muito simples se você estiver interessado então me escreva um email: [e-mail protegido]

André, 08.11.2015 08:58

Desculpe, dei a caixa postal errada aqui está o e-mail correto: [e-mail protegido]

Victor, 23/12/2015 10h37

Parece-me que tudo é mais simples, a neve cai conosco, é gás evaporado, resfriado, então talvez na geada esfrie mais rápido quente porque evapora e cristaliza imediatamente longe de subir, e a água em estado gasoso esfria mais rápido que em líquido )

Bekzhan, 28/01/2016 09:18

Mesmo que alguém revelasse essas leis do mundo que estão associadas a esse efeito, ele não escreveria aqui. Do meu ponto de vista, não seria lógico revelar seus segredos aos internautas quando ele pode publicá-los em revistas científicas famosas e provar isso na frente do povo. Então, o que será escrito sobre esse efeito aqui, toda essa maioria não é lógica.)))

Alex, 22/02/2016 12:48

Olá Experimentadores Você está certo em dizer que a Ciência começa onde... não Medições, mas Cálculos. "Experiment" - um argumento eterno e indispensável para aqueles privados de imaginação e pensamento linear Ofendeu a todos, agora no caso de E \u003d mc2 - todos se lembram? A velocidade das moléculas que saem da água fria para a atmosfera determina a quantidade de energia que elas carregam da água (resfriamento - perda de energia) A velocidade das moléculas da água quente é muito maior e a energia transportada é elevada ao quadrado (a taxa de resfriamento da massa restante de água) Isso é tudo, se você sair da "experimentação" e se lembrar dos Fundamentos da Ciência

Vladimir, 25/04/2016 10h53 | Meteo

Naqueles dias em que o anticongelante era uma raridade, a água do sistema de refrigeração dos carros em uma garagem sem aquecimento de uma frota de carros era drenada após um dia de trabalho para não descongelar o bloco de cilindros ou o radiador - às vezes os dois juntos. A água quente foi derramada pela manhã. Em geadas severas, os motores arrancaram sem problemas. De alguma forma, devido à falta de água quente, a água foi derramada da torneira. A água imediatamente congelou. O experimento foi caro - exatamente o mesmo que custa comprar e substituir o bloco de cilindros e o radiador de um carro ZIL-131. Quem não acredita, que verifique. e Mpemba experimentou sorvete. No sorvete, a cristalização ocorre de forma diferente do que na água. Tente morder um pedaço de sorvete e um pedaço de gelo com os dentes. Provavelmente não congelou, mas engrossou como resultado do resfriamento. E a água fresca, seja quente ou fria, congela a 0*C. A água fria é rápida, mas a água quente precisa de tempo para esfriar.

Andarilho, 06.05.2016 12:54 | para Alex

"c" - velocidade da luz no vácuo E=mc^2 - fórmula que expressa a equivalência de massa e energia

Alberto, 27/07/2016 08:22

Primeiro, uma analogia com sólidos (não há processo de evaporação). Tubulações de água de cobre soldadas recentemente. O processo ocorre aquecendo o queimador de gás até a temperatura de fusão da solda. O tempo de aquecimento de uma junta com o acoplamento é de aproximadamente um minuto. Soldei uma junta com o acoplamento e depois de alguns minutos percebi que soldei errado. Demorou um pouco para rolar o tubo no acoplamento. Comecei a aquecer a junta novamente com um queimador e, surpreendentemente, levou de 3 a 4 minutos para aquecer a junta até o ponto de fusão. Como assim!? Afinal, o tubo ainda está quente e parece que é necessária muito menos energia para aquecê-lo até o ponto de fusão, mas tudo acabou sendo o oposto. É tudo sobre a condutividade térmica, que é muito maior para um tubo já aquecido e a fronteira entre os tubos aquecidos e frios conseguiu se afastar da junção em dois minutos. Agora sobre a água. Operaremos com os conceitos de embarcação quente e semi-aquecida. Em um recipiente quente, um estreito limite de temperatura é formado entre partículas quentes e altamente móveis e partículas frias de movimento lento, que se movem relativamente rápido da periferia para o centro, porque nesse limite, as partículas rápidas desistem rapidamente de sua energia (frio). ) por partículas do outro lado da fronteira. Como o volume das partículas frias externas é maior, as partículas rápidas, cedendo sua energia térmica, não podem aquecer significativamente as partículas frias externas. Portanto, o processo de resfriamento da água quente ocorre de forma relativamente rápida. A água semi-aquecida, por outro lado, tem uma condutividade térmica muito menor, e a largura da fronteira entre partículas semi-aquecidas e frias é muito maior. O deslocamento para o centro de uma fronteira tão ampla ocorre muito mais lentamente do que no caso de um vaso quente. Como resultado, um recipiente quente esfria mais rápido do que um quente. Acho que é necessário acompanhar a dinâmica do processo de resfriamento de água de diferentes temperaturas colocando vários sensores de temperatura do meio para a borda do vaso.

Máx, 19/11/2016 05:07

Foi verificado: em Yamal, na geada, um cano com água quente congela e tem que ser aquecido, mas não frio!

Artem, 09.12.2016 01:25

É difícil, mas acho que a água fria é mais densa que a água quente, até melhor que a água fervida, e aí há uma aceleração no resfriamento, ou seja, a água quente atinge a temperatura fria e a ultrapassa, e como a água quente congela por baixo e não por cima como está escrito acima, isso acelera muito o processo!

Alexandre Sergeev, 21.08.2017 10:52

Não existe esse efeito. Infelizmente. Em 2016, um artigo detalhado sobre o tema foi publicado na Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect A partir dele fica claro que se os experimentos forem realizados com cuidado (se as amostras de água quente e fria forem o mesmo em tudo, exceto na temperatura), o efeito não é observado.

Headlab, 22/08/2017 05:31

Victor, 27/10/2017 03:52

"É realmente." - se a escola não entendeu o que são a capacidade calorífica e a lei da conservação da energia. É fácil verificar - para isso você precisa: um desejo, uma cabeça, mãos, água, uma geladeira e um despertador. E as pistas de patinação, como escrevem os especialistas, são congeladas (cheias) com água fria e, com água morna, nivelam o gelo cortado. E no inverno você precisa derramar fluido anticongelante no reservatório do lavador, não água. A água congelará de qualquer maneira, e a água fria congelará mais rapidamente.

Irina, 23/01/2018 10:58

Cientistas de todo o mundo têm lutado com esse paradoxo desde a época de Aristóteles, e Viktor, Zavlab e Sergeev acabaram sendo os mais inteligentes.

Denis, 01/02/2018 08:51

Está tudo certo no artigo. Mas o motivo é um pouco diferente. No processo de ebulição, o ar dissolvido nele é evaporado da água, portanto, à medida que a água fervente esfria, sua densidade será menor que a da água bruta da mesma temperatura. Não há outras razões para diferentes condutividades térmicas, exceto para densidades diferentes.

Headlab, 01/03/2018 08:58 | laboratório chefe

Irina :), "cientistas de todo o mundo" não combatem esse "paradoxo", para cientistas reais esse "paradoxo" simplesmente não existe - isso é facilmente verificado em condições bem reproduzíveis. O "paradoxo" surgiu devido aos experimentos irreprodutíveis do menino africano Mpemba e foi inflado por "cientistas" semelhantes :)

A água é um dos líquidos mais incríveis do mundo, que possui propriedades incomuns. Por exemplo, o gelo - um estado sólido de líquido, tem uma gravidade específica menor que a própria água, o que possibilitou o surgimento e o desenvolvimento da vida na Terra de várias maneiras. Além disso, no mundo quase científico e, de fato, científico, há discussões sobre qual água congela mais rápido - quente ou fria. Quem provar o congelamento mais rápido de um líquido quente sob certas condições e fundamentar cientificamente sua decisão receberá um prêmio de £ 1.000 da British Royal Society of Chemists.

Fundo

O fato de que, sob várias condições, a água quente está à frente da água fria em termos de taxa de congelamento, foi observado na Idade Média. Francis Bacon e René Descartes se esforçaram muito para explicar esse fenômeno. No entanto, do ponto de vista da engenharia térmica clássica, esse paradoxo não pode ser explicado, e eles tentaram silenciá-lo timidamente. O ímpeto para a continuação da disputa foi uma história um tanto curiosa que aconteceu com o estudante tanzaniano Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) em 1963. Certa vez, durante uma aula de confecção de sobremesas em uma escola de culinária, um menino, distraído com outras coisas, não teve tempo de esfriar a mistura de sorvete a tempo e colocar uma solução de açúcar no leite quente no freezer. Para sua surpresa, o produto esfriou um pouco mais rápido do que seus colegas praticantes que observaram o regime de temperatura para fazer sorvete.

Tentando entender a essência do fenômeno, o menino recorreu a um professor de física, que, sem entrar em detalhes, ridicularizou seus experimentos culinários. No entanto, Erasto se distinguiu por uma perseverança invejável e continuou seus experimentos não mais com leite, mas com água. Ele garantiu que, em alguns casos, a água quente congelasse mais rápido do que a água fria.

Entrando na Universidade de Dar es Salaam, Erasto Mpembe assistiu a uma palestra do professor Dennis G. Osborne. Após a formatura, o estudante intrigou o cientista com o problema da taxa de congelamento da água dependendo de sua temperatura. D.G. Osborne ridicularizou a própria colocação da questão, afirmando com aprumo que qualquer perdedor sabe que a água fria congelará mais rápido. No entanto, a tenacidade natural do jovem se fez sentir. Ele fez uma aposta com o professor, oferecendo-se para fazer um teste experimental aqui, no laboratório. Erasto colocou dois recipientes de água no freezer, um a 95°F (35°C) e o outro a 212°F (100°C). Qual foi a surpresa do professor e dos "fãs" ao redor quando a água no segundo recipiente congelou mais rápido. Desde então, esse fenômeno tem sido chamado de "Paradoxo Mpemba".

No entanto, até à data não existe uma hipótese teórica coerente que explique o "Paradoxo Mpemba". Não está claro quais fatores externos, a composição química da água, a presença de gases dissolvidos e minerais nela, afetam a taxa de congelamento de líquidos em diferentes temperaturas. O paradoxo do "Efeito Mpemba" é que ele contraria uma das leis descobertas por I. Newton, que afirma que o tempo de resfriamento da água é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o líquido e o ambiente. E se todos os outros líquidos estiverem completamente sujeitos a essa lei, a água em alguns casos é uma exceção.

Por que a água quente congela mais rápido?t

Existem várias versões de por que a água quente congela mais rápido do que a água fria. Os principais são:

• a água quente evapora mais rapidamente, enquanto seu volume diminui e um volume menor de líquido esfria mais rápido - quando a água é resfriada de + 100 ° C a 0 ° C, as perdas de volume à pressão atmosférica atingem 15%;
• a intensidade da troca de calor entre o líquido e o ambiente é maior, maior a diferença de temperatura, de modo que a perda de calor da água fervente passa mais rápido;
• quando a água quente esfria, uma crosta de gelo se forma em sua superfície, o que impede que o líquido congele e evapore completamente;
• em alta temperatura da água, ocorre sua mistura por convecção, reduzindo o tempo de congelamento;
• os gases dissolvidos na água abaixam o ponto de congelamento, levando energia para a formação de cristais - não há gases dissolvidos na água quente.

Todas essas condições foram submetidas a repetidas verificações experimentais. Em particular, o cientista alemão David Auerbach descobriu que a temperatura de cristalização da água quente é ligeiramente superior à da água fria, o que permite congelar a primeira mais rapidamente. No entanto, mais tarde seus experimentos foram criticados e muitos cientistas estão convencidos de que o “Efeito Mpemba” sobre o qual a água congela mais rápido - quente ou fria, só pode ser reproduzido sob certas condições, que ninguém procurou e concretizou até agora.

Parece claro que a água fria congela mais rápido do que a água quente, pois em condições iguais a água quente leva mais tempo para esfriar e depois congelar. No entanto, milhares de anos de observações, bem como experimentos modernos, mostraram que o oposto também é verdadeiro: sob certas condições, a água quente congela mais rápido que a água fria. O canal de ciência Sciencium explica esse fenômeno:

Como explicado no vídeo acima, o fenômeno em que a água quente congela mais rápido que a água fria é conhecido como efeito Mpemba, em homenagem a Erasto Mpemba, um estudante da Tanzânia que fez sorvete como parte de um projeto escolar em 1963. Os alunos tiveram que ferver a mistura de creme de leite e açúcar, deixar esfriar e depois colocá-la no freezer.

Em vez disso, Erasto colocou sua mistura imediatamente, quente, sem esperar esfriar. Como resultado, após 1,5 horas, sua mistura já estava congelada, mas as misturas de outros alunos não estavam. Intrigado com o fenômeno, Mpemba começou a estudar o assunto com o professor de física Denis Osborne, e em 1969 eles publicaram um artigo dizendo que a água quente congela mais rápido que a água fria. Este foi o primeiro estudo revisado por pares desse tipo, mas o fenômeno em si é mencionado nos artigos de Aristóteles que remontam ao século IV aC. e. Francis Bacon e Descartes também notaram esse fenômeno em seus estudos.

O vídeo lista várias opções para explicar o que está acontecendo:

1. A geada é um dielétrico e, portanto, a água gelada armazena calor melhor do que um copo quente que derrete o gelo em contato com ela.
2. A água fria tem mais gases dissolvidos do que a água quente, e os pesquisadores especulam que isso pode desempenhar um papel na taxa de resfriamento, embora ainda não esteja claro como.
3. A água quente perde mais moléculas de água por evaporação, deixando menos para congelar
4. A água morna pode esfriar mais rápido devido ao aumento das correntes convectivas. Essas correntes ocorrem porque a água no copo esfria primeiro na superfície e nas laterais, fazendo com que a água fria afunde e a água quente suba. Em um vidro quente, as correntes convectivas são mais ativas, o que pode afetar a taxa de resfriamento.

No entanto, em 2016, foi realizado um estudo cuidadosamente controlado, que mostrou o contrário: a água quente congelou muito mais lentamente do que a água fria. Ao mesmo tempo, os cientistas notaram que mudar a localização de um termopar - um dispositivo que determina diferenças de temperatura - em apenas um centímetro leva ao aparecimento do efeito Mpemba. Um estudo de outro trabalho semelhante mostrou que em todos os casos em que esse efeito foi observado, houve um deslocamento do termopar em um centímetro.

21.11.2017 11.10.2018 Alexandre Firtsev

« Qual água congela mais rápido fria ou quente?”- tente fazer uma pergunta aos seus amigos, provavelmente a maioria deles responderá que a água fria congela mais rápido - e cometa um erro.

De fato, se você colocar simultaneamente dois recipientes da mesma forma e volume no freezer, um dos quais conterá água fria e o outro quente, a água quente congelará mais rapidamente.

Tal afirmação pode parecer absurda e irracional. Logicamente, a água quente deve primeiro esfriar até a temperatura fria, e a água fria já deve se transformar em gelo neste momento.

Então, por que a água quente ultrapassa a água fria a caminho do congelamento? Vamos tentar descobrir.

História de observações e pesquisas

As pessoas observam o efeito paradoxal desde os tempos antigos, mas ninguém deu muita importância a isso. Assim, inconsistências na taxa de congelamento de água fria e quente foram notadas em suas notas por Arestotel, assim como por René Descartes e Francis Bacon. Um fenômeno incomum muitas vezes se manifestava na vida cotidiana.

Por muito tempo, o fenômeno não foi estudado de forma alguma e não despertou muito interesse entre os cientistas.

O estudo do efeito incomum começou em 1963, quando um estudante curioso da Tanzânia, Erasto Mpemba, notou que o leite quente para sorvete congela mais rápido que o leite frio. Na esperança de obter uma explicação das razões do efeito incomum, o jovem perguntou ao professor de física da escola. No entanto, o professor apenas riu dele.

Mais tarde, Mpemba repetiu o experimento, mas em seu experimento ele não usou mais leite, mas água, e o efeito paradoxal se repetiu novamente.

Seis anos depois, em 1969, Mpemba fez essa pergunta ao professor de física Dennis Osborne, que veio à sua escola. O professor estava interessado na observação do jovem, como resultado, foi realizado um experimento que confirmou a presença do efeito, mas as razões para esse fenômeno não foram estabelecidas.

Desde então, o fenômeno passou a ser chamado de efeito Mpemba.

Ao longo da história das observações científicas, muitas hipóteses foram levantadas sobre as causas do fenômeno.

Assim, em 2012, a British Royal Society of Chemistry anunciaria um concurso de hipóteses para explicar o efeito Mpemba. Cientistas de todo o mundo participaram da competição, no total foram inscritos 22.000 trabalhos científicos. Apesar de um número tão impressionante de artigos, nenhum deles esclareceu o paradoxo de Mpemba.

A mais comum foi a versão segundo a qual a água quente congela mais rápido, pois simplesmente evapora mais rápido, seu volume diminui e, à medida que o volume diminui, sua taxa de resfriamento aumenta. A versão mais comum acabou sendo refutada, pois foi realizado um experimento no qual a evaporação foi excluída, mas o efeito foi confirmado.

Outros cientistas acreditavam que o motivo do efeito Mpemba é a evaporação dos gases dissolvidos na água. Na opinião deles, durante o processo de aquecimento, os gases dissolvidos na água evaporam, devido ao qual adquire uma densidade maior que a água fria. Como é sabido, um aumento na densidade leva a uma mudança nas propriedades físicas da água (um aumento na condutividade térmica) e, portanto, um aumento na taxa de resfriamento.

Além disso, foram apresentadas várias hipóteses que descrevem a taxa de circulação da água em função da temperatura. Em muitos estudos, procurou-se estabelecer a relação entre o material dos recipientes em que o líquido se encontrava. Muitas teorias pareciam muito plausíveis, mas não puderam ser confirmadas cientificamente devido à falta de dados iniciais, contradições em outros experimentos ou pelo fato de os fatores identificados simplesmente não serem comparáveis ​​com a taxa de resfriamento a água. Alguns cientistas em seus trabalhos questionaram a existência do efeito.

Em 2013, pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, afirmaram ter resolvido o mistério do efeito Mpemba. De acordo com seu estudo, a razão para o fenômeno está no fato de que a quantidade de energia armazenada nas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água fria e quente difere significativamente.

Métodos de simulação computacional mostraram os seguintes resultados: quanto maior a temperatura da água, maior a distância entre as moléculas devido ao fato de que as forças repulsivas aumentam. Consequentemente, as ligações de hidrogênio das moléculas são esticadas, armazenando mais energia. Quando resfriadas, as moléculas começam a se aproximar, liberando energia das ligações de hidrogênio. Neste caso, a liberação de energia é acompanhada por uma diminuição da temperatura.

Em outubro de 2017, físicos espanhóis, no decorrer de outro estudo, descobriram que é a remoção da matéria do equilíbrio (forte aquecimento antes do forte resfriamento) que desempenha um grande papel na formação do efeito. Eles determinaram as condições sob as quais a probabilidade do efeito é máxima. Além disso, cientistas da Espanha confirmaram a existência do efeito reverso Mpemba. Eles descobriram que, quando aquecida, uma amostra mais fria pode atingir uma temperatura alta mais rapidamente do que uma quente.

Apesar das informações exaustivas e dos inúmeros experimentos, os cientistas pretendem continuar estudando o efeito.

Efeito Mpemba na vida real

Você já se perguntou por que no inverno a pista de gelo fica cheia de água quente e não fria? Como você já entendeu, eles fazem isso porque uma pista de patinação cheia de água quente congela mais rápido do que se estivesse cheia de água fria. Pela mesma razão, slides em cidades de gelo de inverno são despejados com água quente.

Assim, o conhecimento sobre a existência do fenômeno permite que as pessoas economizem tempo na preparação de locais para esportes de inverno.

Além disso, o efeito Mpemba às vezes é usado na indústria - para reduzir o tempo de congelamento de produtos, substâncias e materiais que contêm água.