Koja se voda brže smrzava, topla ili hladna, utiče mnogo faktora, ali samo pitanje deluje malo čudno. Podrazumijeva se, a poznato je iz fizike, da toploj vodi još treba vremena da se ohladi na temperaturu uporedive hladne vode da bi se pretvorila u led. Sa hladnom vodom, ova faza se može preskočiti i, shodno tome, pobjeđuje na vrijeme.
Ali odgovor na pitanje koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća - na ulici u mrazu, zna svaki stanovnik sjevernih geografskih širina. Zapravo, naučno se ispostavilo da u svakom slučaju hladna voda jednostavno mora brže da se smrzne.
I profesor fizike kome se 1963. godine obratio školarac Erasto Mpemba sa molbom da objasni zašto se hladna mešavina budućeg sladoleda smrzava duže od iste, ali vruća.
Ovo nije svjetska fizika, već neka vrsta Mpemba fizike
U to vrijeme, učitelj se samo nasmijao na ovo, ali Deniss Osborn, profesor fizike, koji je svojevremeno išao u istu školu u kojoj je studirao Erasto, eksperimentalno je potvrdio postojanje takvog efekta, iako je postojao onda nema objašnjenja za ovo. Godine 1969. popularni naučni časopis objavio je zajednički članak dvojice muškaraca koji su opisali ovaj neobičan efekat.
Od tada, inače, pitanje koja se voda brže smrzava - topla ili hladna, ima svoje ime - efekat, odnosno paradoks, Mpemba.
Pitanje se postavilo davno
Naravno, takva pojava se dešavala i ranije, a spominjala se iu radovima drugih naučnika. Ovo pitanje nije zanimalo samo jednog školarca, već su o njemu svojevremeno razmišljali i Francis Bacon, Rene Descartes, pa čak i Aristotel.
To su samo pristupi rešavanju ovog paradoksa počeli da se gledaju tek krajem dvadesetog veka.
Uslovi da se dogodi paradoks
Kao i kod sladoleda, nije samo obična voda ta koja se smrzava tokom eksperimenta. Moraju postojati određeni uslovi da bi se počelo raspravljati koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća. Šta utiče na ovaj proces?
Sada, u 21. stoljeću, izneseno je nekoliko opcija koje mogu objasnitiovaj paradoks. Koja voda se brže smrzava, topla ili hladna, može zavisiti od činjenice da topla voda ima veću stopu isparavanja od hladne vode. Dakle, njegov volumen se smanjuje, a sa smanjenjem zapremine, vrijeme zamrzavanja postaje kraće nego ako uzmete sličnu početnu količinu hladne vode.
Zamrzivač je dugo odmrznut
Koja voda se brže smrzava i zašto se to smrzava, može uticati snježna obloga koja se može nalaziti u zamrzivaču frižidera koji se koristi za eksperiment. Ako uzmete dvije posude identične zapremine, ali će jedna imati toplu vodu, a druga hladnu vodu, posuda sa toplom vodom će otopiti snijeg ispod sebe, čime će se poboljšati kontakt termičke razine sa zidom hladnjaka. Posuda za hladnu vodu to ne može. Ako u odjeljku frižidera nema takve obloge sa snijegom, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
Vrh - dno
Također, fenomen da se voda brže smrzava - topla ili hladna, objašnjava se na sljedeći način. Po određenim zakonima, hladna voda počinje da se smrzava iz gornjih slojeva, kada topla voda radi obrnuto - počinje da se smrzava odozdo prema gore. Ispostavilo se da hladna voda, sa hladnim slojem na vrhu sa već formiranim ledom na nekim mestima, na taj način otežava procese konvekcije i toplotnog zračenja, čime se objašnjava koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća. Fotografije od amateraeksperimenti su priloženi, a to je jasno vidljivo ovdje.
Toplota izlazi, težeći prema gore, i tamo se susreće sa vrlo ohlađenim slojem. Nema slobodnog puta za toplotno zračenje, pa proces hlađenja postaje težak. Topla voda apsolutno nema takve barijere na svom putu. Koja se brže smrzava - hladna ili vruća, od čega zavisi vjerovatni ishod, odgovor možete proširiti rekavši da svaka voda ima određene tvari otopljene u njoj.
Nečistoće u sastavu vode kao faktor koji utiče na ishod
Ako ne varate i koristite vodu istog sastava, gdje su koncentracije određenih supstanci identične, onda bi hladna voda trebala brže da se smrzava. Ali ako se dogodi situacija kada su rastvoreni hemijski elementi prisutni samo u toploj vodi, dok ih hladna voda ne poseduje, tada topla voda ima priliku da se zamrzne ranije. To se objašnjava činjenicom da otopljene tvari u vodi stvaraju centre kristalizacije, a s malim brojem ovih centara otežana je transformacija vode u čvrsto stanje. Moguće je čak i prehlađenje vode, u smislu da će na temperaturama ispod nule biti u tečnom stanju.
Ali sve ove verzije, očigledno, nisu u potpunosti odgovarale naučnicima i oni su nastavili da rade na ovom pitanju. 2013. godine, tim istraživača u Singapuru rekao je da su riješili vjekovnu misteriju.
Grupa kineskih naučnika tvrdi da tajna ovog efekta leži u količini energije pohranjene između molekula vode u njenim vezama, koje se nazivaju vodonične veze.
Naznaka kineskih naučnika
Slijede sljedeće informacije, za čije razumijevanje morate imati neko znanje iz hemije da biste shvatili koja voda se brže smrzava - topla ili hladna. Kao što znate, molekul vode se sastoji od dva atoma H (vodika) i jednog O (kiseonika) atoma koji se drže zajedno kovalentnim vezama.
Ali atome vodonika jednog molekula privlače i susjedni molekuli, njihova komponenta kisika. Ove veze se nazivaju vodoničnim vezama.
Vrijedi zapamtiti da u isto vrijeme molekuli vode djeluju odbojno jedni na druge. Naučnici su primijetili da kada se voda zagrije, udaljenost između njenih molekula se povećava, a to je olakšano odbojnim silama. Ispostavilo se da se za vodonične veze, koje zauzimaju jednu udaljenost između molekula u hladnom stanju, može reći da su rastegnute i da imaju veću zalihu energije. Upravo ta rezerva energije se oslobađa kada se molekuli vode počnu približavati jedni drugima, odnosno dolazi do hlađenja. Pokazalo se da se veća zaliha energije u toploj vodi, i njeno veće oslobađanje kada se ohladi na temperaturu ispod nule, dešava brže nego u hladnoj vodi, koja ima takvu zalihu.manje energije. Dakle, koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća? Paradoks Mpemba bi se trebao dešavati napolju iu laboratoriji, a topla voda bi se trebala brže pretvoriti u led.
Ali još uvijek otvoren
Postoji samo teorijska potvrda ovog traga - sve je to napisano prekrasnim formulama i izgleda uvjerljivo. Ali kada se eksperimentalni podaci, koja voda brže smrzava - topla ili hladna, budu stavljeni u praktičan smisao i njihovi rezultati budu prezentovani, onda će se pitanje o Mpemba paradoksa moći smatrati zatvorenim.
