De nombreux chercheurs ont avancé et proposent leurs versions expliquant pourquoi eau chaude gèle plus vite que le froid. Cela semblerait paradoxal : après tout, pour geler, l'eau chaude doit d'abord être refroidie. Cependant, le fait demeure un fait et les scientifiques l'expliquent de différentes manières.

Versions majeures

Sur ce moment Il existe plusieurs versions qui expliquent ce fait :

1. L’eau chaude s’évaporant plus rapidement, son volume diminue. Et la congélation d'une plus petite quantité d'eau à la même température se produit plus rapidement.
2. Le compartiment congélateur du réfrigérateur est doté d'une doublure anti-neige. Un récipient contenant de l'eau chaude fait fondre la neige en dessous. Cela améliore le contact thermique avec le congélateur.
3. La congélation de l’eau froide, contrairement à l’eau chaude, commence par le haut. Dans le même temps, la convection et le rayonnement thermique et, par conséquent, les pertes de chaleur s'aggravent.
4. L'eau froide contient des centres de cristallisation - des substances qui y sont dissoutes. Si leur teneur dans l'eau est faible, le givrage est difficile, même si en même temps une surfusion est possible - lorsqu'à des températures inférieures à zéro, il a un état liquide.

Bien qu'en toute honnêteté, nous puissions dire que cet effet n'est pas toujours observé. Très souvent, l’eau froide gèle plus vite que l’eau chaude.

A quelle température l'eau gèle

Pourquoi l’eau gèle-t-elle ? Il contient une certaine quantité de particules minérales ou organiques. Il peut s'agir par exemple de très petites particules de sable, de poussière ou d'argile. À mesure que la température de l’air diminue, ces particules constituent le centre autour duquel se forment les cristaux de glace.

Le rôle de noyaux de cristallisation peut également être joué par des bulles d'air et des fissures dans le récipient contenant de l'eau. La vitesse du processus de transformation de l'eau en glace est largement influencée par le nombre de ces centres - s'il y en a beaucoup, le liquide gèle plus rapidement. Dans des conditions normales, avec une pression atmosphérique normale, l'eau passe du liquide à l'état solide à une température de 0 degré.

L'essence de l'effet Mpemba

L'effet Mpemba est un paradoxe dont l'essence est que dans certaines circonstances, l'eau chaude gèle plus rapidement que l'eau froide. Ce phénomène a été remarqué par Aristote et Descartes. Cependant, ce n’est qu’en 1963 qu’Erasto Mpemba, un écolier tanzanien, a découvert que la glace chaude mettait plus de temps à se congeler. un bref délais que le froid. Il a tiré cette conclusion alors qu’il effectuait un devoir de cuisine.

Il devait dissoudre le sucre dans le lait bouilli et, après l'avoir refroidi, le placer au réfrigérateur pour le congeler. Apparemment, Mpemba n’a pas été particulièrement diligent et a commencé tardivement à terminer la première partie de la tâche. Par conséquent, il n’a pas attendu que le lait refroidisse et l’a mis chaud au réfrigérateur. Il a été très surpris lorsqu'il a gelé encore plus vite que celui de ses camarades de classe, qui effectuaient le travail conformément à la technologie donnée.

Ce fait intéressa beaucoup le jeune homme et il commença des expériences avec de l'eau claire. En 1969, la revue Physics Education a publié les résultats des recherches menées par Mpemba et le professeur Dennis Osborne de l'Université de Dar Es Salaam. L’effet qu’ils ont décrit a reçu le nom de Mpemba. Cependant, même aujourd’hui, il n’existe aucune explication claire à ce phénomène. Tous les scientifiques conviennent que le rôle principal appartient aux différences dans les propriétés de l'eau réfrigérée et chaude, mais on ne sait pas exactement quoi.

Version Singapour

Des physiciens d'une des universités de Singapour se sont également intéressés à la question de savoir quelle eau gèle le plus rapidement : chaude ou froide ? Une équipe de chercheurs dirigée par Xi Zhang a expliqué ce paradoxe précisément par les propriétés de l'eau. Tout le monde connaît la composition de l'eau depuis l'école : un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène. L'oxygène éloigne dans une certaine mesure les électrons de l'hydrogène, la molécule est donc une certaine sorte d'« aimant ».

En conséquence, certaines molécules de l’eau sont légèrement attirées les unes par les autres et sont unies par une liaison hydrogène. Sa force est plusieurs fois inférieure à celle d'une liaison covalente. Des chercheurs singapouriens estiment que l'explication du paradoxe de Mpemba réside précisément dans les liaisons hydrogène. Si les molécules d’eau sont très étroitement rapprochées, une interaction aussi forte entre les molécules peut déformer la liaison covalente au milieu de la molécule elle-même.

Mais lorsque l’eau est chauffée, les molécules liées s’éloignent légèrement les unes des autres. En conséquence, la relaxation des liaisons covalentes se produit au milieu des molécules avec libération d'énergie excédentaire et transition vers un niveau d'énergie inférieur. Cela conduit au fait que l'eau chaude commence à refroidir rapidement. C’est du moins ce que montrent les calculs théoriques effectués par des scientifiques singapouriens.

Geler instantanément l'eau - 5 astuces incroyables : vidéo

Il semblerait que la bonne vieille formule H 2 O ne contienne aucun secret. Mais en fait, l'eau - source de vie et liquide le plus célèbre au monde - recèle de nombreux mystères que même les scientifiques sont parfois incapables de résoudre.

Voici les 5 plus faits intéressantsà propos de l'eau :

1. L’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide

Prenons deux récipients contenant de l'eau : versez de l'eau chaude dans l'un et de l'eau froide dans l'autre, et placez-les au congélateur. L’eau chaude gèlera plus rapidement que l’eau froide, même si logiquement elle aurait dû d’abord se transformer en glace eau froide: après tout, l'eau chaude doit d'abord refroidir à une température froide, puis se transformer en glace, tandis que l'eau froide n'a pas besoin de refroidir. Pourquoi cela arrive-t-il?

En 1963, Erasto B. Mpemba, un lycéen tanzanien, congelait un mélange de crème glacée et remarqua que le mélange chaud se solidifiait plus rapidement dans le congélateur que le froid. Lorsque le jeune homme a partagé sa découverte avec son professeur de physique, celui-ci s'est seulement moqué de lui. Heureusement, l'élève a persisté et a convaincu le professeur de faire une expérience, qui a confirmé sa découverte : dans certaines conditions, l'eau chaude gèle en fait plus vite que l'eau froide.

Or, ce phénomène de congélation de l’eau chaude plus rapide que l’eau froide est appelé « effet Mpemba ». C'est vrai, bien avant propriété unique l'eau a été notée par Aristote, Francis Bacon et René Descartes.

Les scientifiques ne comprennent pas encore pleinement la nature de ce phénomène, l'expliquant soit par la différence d'hypothermie, d'évaporation, de formation de glace, de convection, soit par l'effet des gaz liquéfiés sur l'eau chaude et froide.

Note de X.RU sur le thème « L'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide ».

Les questions de refroidissement étant plus proches de nous, spécialistes du froid, nous nous permettrons d'approfondir un peu l'essence de ce problème et de donner deux avis sur la nature d'un phénomène aussi mystérieux.

1. Un scientifique de l'Université de Washington a proposé une explication à un phénomène mystérieux connu depuis l'époque d'Aristote : pourquoi l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide.

Le phénomène, appelé effet Mpemba, est largement utilisé dans la pratique. Par exemple, les experts conseillent aux automobilistes de verser de l’eau froide et non chaude dans le réservoir du lave-glace en hiver. Mais que se cache-t-il derrière ce phénomène ? pendant longtemps est resté inconnu.

Le Dr Jonathan Katz de l'Université de Washington a étudié ce phénomène et est arrivé à la conclusion que les substances dissoutes dans l'eau, qui précipitent lorsqu'elles sont chauffées, jouent un rôle important, rapporte EurekAlert.

Sous dissolution substances dr. Katz fait référence aux bicarbonates de calcium et de magnésium, présents dans l'eau dure. Lorsque l'eau est chauffée, ces substances précipitent et forment du tartre sur les parois de la bouilloire. L’eau qui n’a jamais été chauffée contient ces impuretés. À mesure qu'elle gèle et que des cristaux de glace se forment, la concentration d'impuretés dans l'eau augmente 50 fois. De ce fait, le point de congélation de l'eau diminue. "Et maintenant, l'eau doit encore refroidir pour geler", explique le Dr Katz.

Il existe une deuxième raison qui empêche l’eau non chauffée de geler. L'abaissement du point de congélation de l'eau réduit la différence de température entre les phases solide et liquide. "Comme la vitesse à laquelle l'eau perd de la chaleur dépend de cette différence de température, l'eau qui n'a pas été chauffée se refroidit moins bien", commente le Dr Katz.

Selon le scientifique, sa théorie peut être testée expérimentalement, car L’effet Mpemba devient plus visible avec une eau plus dure.

2. L'oxygène plus l'hydrogène plus le froid créent de la glace. À première vue, cette substance transparente semble très simple. En réalité, la glace recèle de nombreux mystères. Ice, créé par l'Africain Erasto Mpemba, n'a pas pensé à la gloire. Les journées étaient chaudes. Il voulait glace aux fruits. Il prit la boîte de jus et la mit au congélateur. Il l'a fait plus d'une fois et a donc remarqué que le jus gèle particulièrement rapidement si vous le conservez au soleil pour la première fois - cela le réchauffe vraiment ! C’est étrange, pensa l’écolier tanzanien, qui a agi contrairement à la sagesse du monde. Est-il vraiment vrai que pour que le liquide se transforme plus rapidement en glace, il faut d'abord qu'il soit... chauffé ? Le jeune homme fut tellement surpris qu'il partagea sa supposition avec le professeur. Il a rapporté cette curiosité dans la presse.

Cette histoire s'est produite dans les années soixante du siècle dernier. Désormais, « l’effet Mpemba » est bien connu des scientifiques. Mais ce phénomène apparemment simple est resté longtemps un mystère. Pourquoi l’eau chaude gèle-t-elle plus vite que l’eau froide ?

Ce n'est qu'en 1996 que le physicien David Auerbach a trouvé une solution. Pour répondre à cette question, il a mené une expérience pendant une année entière : il a chauffé de l'eau dans un verre et l'a refroidie à nouveau. Alors qu’a-t-il découvert ? Lorsqu'elles sont chauffées, les bulles d'air dissoutes dans l'eau s'évaporent. L'eau dépourvue de gaz gèle plus facilement sur les parois de la cuve. "Bien sûr, l'eau à forte teneur en air gèle également", explique Auerbach, "mais pas à zéro degré Celsius, mais seulement entre moins quatre et six degrés." Bien sûr, il faudra attendre plus longtemps. Ainsi, l’eau chaude gèle avant l’eau froide, c’est un fait scientifique.

Il n’existe pratiquement aucune substance qui apparaît sous nos yeux avec la même facilité que la glace. Il se compose uniquement de molécules d'eau, c'est-à-dire de molécules élémentaires contenant deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Cependant, la glace est peut-être la substance la plus mystérieuse de l’Univers. Les scientifiques ne sont pas encore parvenus à expliquer certaines de ses propriétés.

2. Surfusion et congélation « instantanée »

Tout le monde sait que l’eau se transforme toujours en glace lorsqu’elle est refroidie à 0°C… sauf dans certains cas ! Un exemple en est la « surfusion », qui est la propriété de l’eau très pure de rester liquide même lorsqu’elle est refroidie en dessous de zéro. Ce phénomène est rendu possible grâce au fait que l'environnement ne contient pas de centres ou noyaux de cristallisation qui pourraient déclencher la formation de cristaux de glace. Ainsi, l’eau reste sous forme liquide même lorsqu’elle est refroidie en dessous de zéro degré Celsius. Le processus de cristallisation peut être déclenché, par exemple, par des bulles de gaz, des impuretés (contaminants) ou une surface inégale du récipient. Sans eux, l’eau restera à l’état liquide. Lorsque le processus de cristallisation démarre, vous pouvez voir l’eau surfondue se transformer instantanément en glace.

Regardez la vidéo (2 901 Ko, 60 sec) de Phil Medina (www.mrsciguy.com) et voyez par vous-même >>

Commentaire. L'eau surchauffée reste également liquide même lorsqu'elle est chauffée au-dessus de son point d'ébullition.

3. Eau "en verre"

Rapidement et sans réfléchir, nommez combien d’états différents l’eau a-t-elle ?

Si vous avez répondu trois (solide, liquide, gaz), alors vous vous êtes trompé. Les scientifiques identifient au moins 5 états différents de l’eau liquide et 14 états de la glace.

Vous vous souvenez de la conversation sur l'eau super glacée ? Ainsi, quoi que vous fassiez, à -38 °C, même l’eau la plus pure et la plus réfrigérée se transforme soudainement en glace. Que se passe-t-il en cas de nouveau déclin ?

température? À -120 °C, quelque chose d'étrange commence à arriver à l'eau : elle devient super visqueuse ou visqueuse, comme la mélasse, et à des températures inférieures à -135 °C, elle se transforme en eau « vitreuse » ou « vitreuse » - une substance solide dépourvue de structure cristalline. .

4. Propriétés quantiques de l'eau

Sur niveau moléculaire L'eau est encore plus surprenante. En 1995, une expérience de diffusion de neutrons menée par des scientifiques a donné un résultat inattendu : les physiciens ont découvert que les neutrons dirigés vers les molécules d'eau « voient » 25 % de protons d'hydrogène en moins que prévu.

Il s'est avéré qu'à une vitesse d'une attoseconde (10 à 18 secondes), un effet quantique inhabituel se produit et la formule chimique de l'eau, au lieu de la formule habituelle - H 2 O, devient H 1,5 O !

5. L’eau a-t-elle de la mémoire ?

L'homéopathie, une alternative à la médecine conventionnelle, prétend qu'une solution diluée médicament peut avoir un effet curatif sur le corps, même si le facteur de dilution est si élevé qu'il ne reste plus rien dans la solution à l'exception des molécules d'eau. Les partisans de l'homéopathie expliquent ce paradoxe par un concept appelé « mémoire de l'eau », selon lequel l'eau, au niveau moléculaire, a une « mémoire » de la substance une fois dissoute et conserve les propriétés de la solution de la concentration d'origine après pas un seul instant. la molécule de l’ingrédient y reste.

Un groupe international de scientifiques dirigé par le professeur Madeleine Ennis de l'Université Queen's de Belfast, qui critiquait les principes de l'homéopathie, a mené une expérience en 2002 pour réfuter une fois pour toutes ce concept. Le résultat a été inverse. ont pu prouver la réalité de l'effet « mémoire de l'eau ». Cependant, les expériences menées sous la supervision d'experts indépendants n'ont pas donné de résultats. Les controverses sur l'existence du phénomène « mémoire de l'eau » continuent.

L’eau possède de nombreuses autres propriétés inhabituelles dont nous n’avons pas parlé dans cet article.

Littérature.

1. 5 choses vraiment étranges sur l'eau / http://www.neatorama.com.
2. Le mystère de l'eau : la théorie de l'effet Aristote-Mpemba a été créée / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Secrets nature inanimée. La substance la plus mystérieuse de l'univers / http://www.bibliotekar.ru.

C’est vrai, même si cela semble incroyable, car pendant le processus de congélation, l’eau préchauffée doit dépasser la température de l’eau froide. Aujourd’hui, cet effet est largement utilisé : par exemple, les patinoires et les toboggans sont remplis d’eau chaude plutôt que froide en hiver. Les experts conseillent aux automobilistes de verser de l’eau froide et non chaude dans le réservoir du lave-glace en hiver. Le paradoxe est connu dans le monde sous le nom d’« effet Mpemba ».

Ce phénomène a été mentionné à une époque par Aristote, Francis Bacon et René Descartes, mais ce n'est qu'en 1963 que les professeurs de physique y ont prêté attention et ont tenté de l'étudier. Tout a commencé lorsque l'écolier tanzanien Erasto Mpemba a remarqué que le lait sucré qu'il utilisait pour faire de la glace gelait plus rapidement s'il était préchauffé et a émis l'hypothèse que l'eau chaude gelait plus vite que l'eau froide. Il s'est tourné vers le professeur de physique pour obtenir des éclaircissements, mais il s'est seulement moqué de l'élève en disant ce qui suit : « Ce n'est pas de la physique universelle, mais de la physique Mpemba. »

Heureusement, Dennis Osborne, professeur de physique à l'Université de Dar es Salaam, s'est rendu un jour à l'école. Et Mpemba se tourna vers lui avec la même question. Le professeur était moins sceptique, a déclaré qu'il ne pouvait pas juger quelque chose qu'il n'avait jamais vu et, de retour chez lui, il a demandé à son équipe de mener les expériences appropriées. Ils semblaient confirmer les paroles du garçon. En tout cas, en 1969, Osborne parlait de sa collaboration avec Mpemba dans le magazine anglais. La physiqueÉducation" La même année, George Kell du Conseil national de recherches du Canada publiait un article décrivant le phénomène en anglais. AméricainJournaldeLa physique».

Il y a plusieurs explications possibles à ce paradoxe :

• L'eau chaude s'évapore plus rapidement, réduisant ainsi son volume, et un plus petit volume d'eau à la même température gèle plus rapidement. L'eau froide devrait geler plus rapidement dans des récipients hermétiques.
• Disponibilité de doublure de neige. Un récipient contenant de l'eau chaude fait fondre la neige en dessous, améliorant ainsi le contact thermique avec la surface de refroidissement. L'eau froide ne fait pas fondre la neige en dessous. S'il n'y a pas de doublure de neige, le réservoir d'eau froide devrait geler plus rapidement.
• L'eau froide commence à geler par le haut, aggravant ainsi les processus de rayonnement thermique et de convection, et donc la perte de chaleur, tandis que l'eau chaude commence à geler par le bas. Avec un mélange mécanique supplémentaire de l'eau dans des récipients, l'eau froide devrait geler plus rapidement.
• La présence de centres de cristallisation dans l'eau refroidie - des substances qui y sont dissoutes. Avec un petit nombre de tels centres dans l'eau froide, la transformation de l'eau en glace est difficile et même une surfusion est possible, lorsqu'elle reste à l'état liquide, ayant une température inférieure à zéro.

Une autre explication a été récemment publiée. Le Dr Jonathan Katz de l'Université de Washington a étudié ce phénomène et a conclu que les substances dissoutes dans l'eau, qui précipitent lorsqu'elles sont chauffées, y jouent un rôle important.
Par solutés, le Dr Katz entend les bicarbonates de calcium et de magnésium, que l'on trouve dans l'eau dure. Lorsque l’eau est chauffée, ces substances précipitent et l’eau devient « douce ». L’eau qui n’a jamais été chauffée contient ces impuretés et est « dure ». À mesure qu'elle gèle et que des cristaux de glace se forment, la concentration d'impuretés dans l'eau augmente 50 fois. De ce fait, le point de congélation de l'eau diminue.

Cette explication ne me semble pas convaincante, car... Il ne faut pas oublier que l'effet a été découvert lors d'expériences avec de la crème glacée et non avec de l'eau dure. Très probablement, les causes du phénomène sont thermophysiques et non chimiques.

Jusqu'à présent, aucune explication univoque du paradoxe de Mpemba n'a été obtenue. Il faut dire que certains scientifiques ne jugent pas ce paradoxe digne d’attention. Cependant, il est très intéressant qu'un simple écolier ait réussi à reconnaître l'effet physique et ait gagné en popularité grâce à sa curiosité et sa persévérance.

Ajouté en février 2014

La note a été rédigée en 2011. Depuis, de nouvelles études sur l’effet Mpemba et de nouvelles tentatives pour l’expliquer sont apparues. Ainsi, en 2012, la Royal Society of Chemistry of Great Britain a annoncé compétition internationale résoudre mystère scientifique"L'effet Mpemba" avec un prix de 1 000 £. La date limite a été fixée au 30 juillet 2012. Le gagnant était Nikola Bregovic du laboratoire de l'Université de Zagreb. Il a publié son ouvrage dans lequel il analysait les tentatives précédentes pour expliquer ce phénomène et arrivait à la conclusion qu'elles n'étaient pas convaincantes. Le modèle qu'il propose est basé sur les propriétés fondamentales de l'eau. Les personnes intéressées peuvent trouver un emploi sur http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Les recherches ne se sont pas arrêtées là. En 2013, des physiciens de Singapour ont théoriquement prouvé la cause de l'effet Mepemba. Le travail peut être consulté sur http://arxiv.org/abs/1310.6514.

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Commentaires:

Alexeï Michnev. , 06.10.2012 04:14

Pourquoi l'eau chaude s'évapore-t-elle plus rapidement ? Les scientifiques ont pratiquement prouvé qu'un verre d'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide. Les scientifiques ne peuvent pas expliquer ce phénomène parce qu'ils ne comprennent pas l'essence du phénomène : la chaleur et le froid ! La chaleur et le froid sont une sensation physique qui provoque l'interaction de particules de matière, sous forme de contre-compression d'ondes magnétiques qui se déplacent depuis l'espace et depuis le centre de la terre. Par conséquent, plus la différence de potentiel de cette tension magnétique est grande, plus l'échange d'énergie se produit rapidement par la méthode de contre-pénétration d'une onde dans une autre. C'est-à-dire par la méthode de diffusion ! En réponse à mon article, un adversaire écrit : 1) « ..L'eau chaude s'évapore PLUS RAPIDEMENT, ce qui en fait moins, donc elle gèle plus vite » Question ! Quelle énergie fait que l’eau s’évapore plus rapidement ? 2) Mon article porte sur un verre, et non sur une auge en bois, que l'opposant cite comme contre-argument. Ce qui n’est pas exact ! Je réponds à la question : « POURQUOI L’EAU S’ÉVAPORE-T-ELLE DANS LA NATURE ? » Les ondes magnétiques, qui se déplacent toujours du centre de la terre vers l'espace, surmontant la contre-pression des ondes de compression magnétiques (qui se déplacent toujours de l'espace vers le centre de la terre), pulvérisent en même temps des particules d'eau lorsqu'elles se déplacent dans l'espace. , ils augmentent de volume. Autrement dit, ils s'agrandissent ! Si les ondes de compression magnétiques sont vaincues, ces vapeurs d'eau sont comprimées (condensées) et sous l'influence de ces forces de compression magnétiques, l'eau retourne vers la terre sous forme de précipitations ! Sincèrement! Alexeï Michnev. 6 octobre 2012.

Alexeï Michnev. , 06.10.2012 04:19

Qu'est-ce que la température ? La température est le degré de tension électromagnétique des ondes magnétiques avec énergie de compression et d'expansion. Dans le cas d'un état d'équilibre de ces énergies, la température du corps ou de la substance est dans un état stable. Lorsque l'état d'équilibre de ces énergies est perturbé, vers l'énergie d'expansion, le corps ou la substance augmente dans le volume de l'espace. Si l'énergie des ondes magnétiques dépasse dans le sens de la compression, le corps ou la substance diminue dans le volume de l'espace. Le degré de tension électromagnétique est déterminé par le degré d'expansion ou de compression du corps de référence. Alexeï Michnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, vous parlez d'un article qui expose vos réflexions sur le concept de température. Mais personne ne l'a lu. Merci de me donner un lien. En général, vos opinions sur la physique sont tout à fait uniques. Je n'ai jamais entendu parler de « l'expansion électromagnétique d'un corps de référence ».

Youri Kouznetsov, 04.12.2012 12:32

Une hypothèse est proposée selon laquelle cela est dû à la résonance intermoléculaire et à l'attraction pondéromotrice entre molécules qu'elle génère. Dans l’eau froide, les molécules se déplacent et vibrent de manière chaotique, à différentes fréquences. Lorsque l'eau est chauffée, avec une augmentation de la fréquence des vibrations, leur plage se rétrécit (la différence de fréquences entre l'eau chaude liquide et le point de vaporisation diminue), les fréquences de vibration des molécules se rapprochent, ce qui entraîne une résonance se produit entre les molécules. Lors du refroidissement, cette résonance est partiellement préservée et ne s'efface pas immédiatement. Essayez d'appuyer sur l'une des deux cordes de guitare en résonance. Maintenant lâchez prise, la corde recommencera à vibrer, la résonance restituera ses vibrations. De même, dans l'eau gelée, les molécules externes refroidies tentent de perdre l'amplitude et la fréquence des vibrations, mais les molécules « chaudes » à l'intérieur du récipient « retirent » les vibrations, agissant comme des vibrateurs, et les molécules externes comme des résonateurs. Une attraction pondéromotrice* naît entre vibrateurs et résonateurs. Lorsque la force pondéromotrice devient supérieure à la force provoquée par l'énergie cinétique des molécules (qui non seulement vibrent, mais se déplacent également de manière linéaire), une cristallisation accélérée se produit - « l'effet Mpemba ». La liaison pondéromotrice est très instable, l'effet Mpemba dépend fortement de tous les facteurs liés : le volume d'eau à congeler, la nature de son échauffement, les conditions de gel, la température, la convection, les conditions d'échange thermique, la saturation des gaz, la vibration du groupe frigorifique , ventilation, impuretés, évaporation, etc. Peut-être même à cause de l'éclairage... L'effet a donc de nombreuses explications et est parfois difficile à reproduire. Pour la même raison « résonnante » eau bouillante bout plus vite que l'eau non bouillie - la résonance maintient l'intensité des vibrations des molécules d'eau pendant un certain temps après l'ébullition (la perte d'énergie lors du refroidissement est principalement due à la perte d'énergie cinétique du mouvement linéaire des molécules). Lors d'un chauffage intense, les molécules vibratrices changent de rôle avec les molécules résonatrices par rapport au gel - la fréquence des vibrateurs est inférieure à la fréquence des résonateurs, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'attraction, mais une répulsion entre les molécules, ce qui accélère la transition vers un autre état. d'agrégation (paire).

Vlad, 11/12/2012 03:42

M'a cassé le cerveau...

Anton, 04/02/2013 02:02

1. Cette attraction pondéromotrice est-elle vraiment si grande qu'elle affecte le processus de transfert de chaleur ? 2. Cela signifie-t-il que lorsque tous les corps sont chauffés à une certaine température, leurs particules structurelles entrent en résonance ? 3. Pourquoi cette résonance disparaît-elle une fois refroidie ? 4. Est-ce votre supposition ? S'il existe une source, veuillez l'indiquer. 5. Selon cette théorie, la forme du récipient jouera un rôle important, et s'il est fin et plat, la différence de temps de congélation ne sera pas grande, c'est-à-dire vous pouvez vérifier cela.

Gudrat, 11/03/2013 10:12 | MÉTAK

Dans l’eau froide, il y a déjà des atomes d’azote et les distances entre les molécules d’eau sont plus étroites que dans l’eau chaude. C'est-à-dire la conclusion : l'eau chaude absorbe les atomes d'azote plus rapidement et en même temps elle gèle plus rapidement que l'eau froide - c'est comparable au durcissement du fer, puisque l'eau chaude se transforme en glace et le fer chaud durcit avec un refroidissement rapide !

Vladimir, 13/03/2013 06:50

ou peut-être ceci : la densité de l'eau chaude et de la glace est inférieure à la densité de l'eau froide, et donc l'eau n'a pas besoin de changer de densité, elle perd du temps et gèle.

Alexeï Michnev, 21/03/2013 11:50

Avant de parler de résonances, d’attractions et de vibrations des particules, nous devons comprendre et répondre à la question : Quelles forces font vibrer les particules ? Car sans énergie cinétique, il ne peut y avoir de compression. Sans compression, il ne peut y avoir d’expansion. Sans expansion, il ne peut y avoir d’énergie cinétique ! Quand on commence à parler de résonance des cordes, on fait d'abord un effort pour qu'une de ces cordes se mette à vibrer ! Lorsqu’on parle d’attraction, il faut tout d’abord indiquer la force qui fait que ces corps s’attirent ! J'affirme que tous les corps sont comprimés par l'énergie électromagnétique de l'atmosphère et qui comprime tous les corps, substances et particules élémentaires avec une force de 1,33 kg. non pas par cm2, mais par particule élémentaire. Puisque la pression atmosphérique ne peut pas être sélective ! A ne pas confondre avec la quantité de force !

Dodik, 31/05/2013 02:59

Il me semble que vous avez oublié une vérité : « La science commence là où commencent les mesures ». Quelle est la température de l’eau « chaude » ? Quelle est la température de l’eau « froide » ? L'article ne dit pas un mot à ce sujet. De là, nous pouvons conclure : tout l'article est une connerie !

Grigori, 04/06/2013 12:17

Dodik, avant de qualifier un article d'absurdité, vous devez penser au moins un peu à l'apprentissage. Et pas seulement mesurer.

Dmitri, 24/12/2013 10:57

Les molécules d'eau chaude se déplacent plus rapidement que dans l'eau froide, de ce fait, il y a un contact plus étroit avec l'environnement, elles semblent absorber tout le froid, ralentissant rapidement.

Ivan, 10/01/2014 05:53

Il est surprenant qu'un article aussi anonyme apparaisse sur ce site. L’article n’est absolument pas scientifique. L'auteur et les commentateurs rivalisent de recherche pour expliquer le phénomène, sans se soucier de savoir si le phénomène est effectivement observé et, le cas échéant, dans quelles conditions. De plus, il n’y a même pas d’accord sur ce que nous observons réellement ! Ainsi, l'auteur insiste sur la nécessité d'expliquer l'effet de la congélation rapide de la glace chaude, bien que de l'ensemble du texte (et des mots « l'effet a été découvert lors d'expériences avec de la glace ») il s'ensuit qu'il n'a pas lui-même mené une telle expériences. D'après les options énumérées dans l'article pour « expliquer » le phénomène, il est clair qu'elles décrivent des expériences complètement différentes menées dans conditions différentes avec différentes solutions aqueuses. Tant l'essence des explications que le mode subjonctif qu'elles contiennent suggèrent que même une vérification élémentaire des idées exprimées n'a pas été effectuée. Quelqu'un a accidentellement entendu une histoire amusante et a exprimé avec désinvolture sa conclusion spéculative. Désolé, mais ce n'est pas physique. Recherche scientifique, et la conversation a lieu dans le fumoir.

Ivan, 10/01/2014 06:10

Concernant les commentaires de l'article sur le remplissage des rouleaux avec de l'eau chaude et des réservoirs de lave-glace avec de l'eau froide. Tout est ici simple du point de vue de la physique élémentaire. La patinoire est remplie d'eau chaude précisément parce qu'elle gèle plus lentement. La patinoire doit être plane et lisse. Essayez de le remplir d'eau froide - vous aurez des bosses et des « gonflements », parce que... L'eau gèlera _rapidement_ sans avoir le temps de s'étaler en une couche uniforme. Et le chaud aura le temps de s'étendre en une couche uniforme et fera fondre les tubercules de glace et de neige existants. Ce n’est pas difficile non plus avec la laveuse : versez eau propre le gel ne sert à rien - il gèle sur le verre (même chaud) ; et le liquide antigel chaud peut entraîner la fissuration du verre froid, et le verre aura température élevée congélation due à l'évaporation accélérée des alcools sur le chemin du verre (est-ce que tout le monde connaît le principe de fonctionnement d'un alambic moonshine ? - l'alcool s'évapore, l'eau reste).

Ivan, 10/01/2014 06:34

Mais au fond, il est stupide de se demander pourquoi deux expériences différentes, dans des conditions différentes, se déroulent différemment. Si l'expérience est effectuée purement, vous devez alors prendre de l'eau chaude et froide de la même composition chimique - nous prenons de l'eau bouillante pré-refroidie dans la même bouilloire. Verser dans des récipients identiques (par exemple des verres à paroi fine). Nous ne le plaçons pas sur la neige, mais sur un support tout aussi plat et sec, par exemple une table en bois. Et pas dans un micro-congélateur, mais dans un thermostat assez volumineux - j'ai mené une expérience il y a quelques années à la datcha, alors que le temps dehors était stable et glacial, environ -25°C. L'eau cristallise à une certaine température après avoir libéré la chaleur de cristallisation. L'hypothèse se résume à l'affirmation selon laquelle l'eau chaude refroidit plus rapidement (c'est vrai, conformément à la physique classique, le taux de transfert de chaleur est proportionnel à la différence de température), mais conserve une vitesse de refroidissement accrue même lorsque sa température devient égale à la température de l'eau froide. La question est : en quoi l'eau qui s'est refroidie à une température de +20 °C à l'extérieur diffère-t-elle exactement de la même eau qui s'est refroidie à une température de +20 °C une heure auparavant, mais dans une pièce ? La physique classique (d'ailleurs, basée non pas sur des bavardages dans le fumoir, mais sur des centaines de milliers et des millions d'expériences) dit : rien, la dynamique ultérieure du refroidissement sera la même (seule l'eau bouillante atteindra le point +20 plus tard). Et l’expérience montre la même chose : alors qu’un verre d’eau initialement froide présentait déjà une forte croûte de glace, l’eau chaude n’a même pas pensé à geler. P.S. Aux commentaires de Yuri Kuznetsov. La présence d'un certain effet peut être considérée comme établie lorsque les conditions de son apparition sont décrites et qu'il est systématiquement reproduit. Et quand on a des expériences inconnues avec des conditions inconnues, il est prématuré de construire des théories pour les expliquer et cela ne donne rien d’un point de vue scientifique. P.P.S. Eh bien, il est impossible de lire les commentaires d'Alexei Mishnev sans larmes de tendresse - une personne vit dans une sorte de monde fictif qui n'a rien à voir avec la physique et les expériences réelles.

Grégory, 13/01/2014 10:58

Ivan, je comprends que tu réfutes l'effet Mpemba ? Cela n’existe pas, comme le montrent vos expériences ? Pourquoi est-il si célèbre en physique, et pourquoi nombreux sont ceux qui tentent de l'expliquer ?

Ivan, 14/02/2014 01:51

Bonjour Grégory ! L’effet d’une expérience impure existe. Mais, comme vous le comprenez, ce n'est pas une raison pour rechercher de nouvelles lois en physique, mais une raison pour améliorer les compétences d'un expérimentateur. Comme je l'ai déjà noté dans les commentaires, dans toutes les tentatives mentionnées pour expliquer « l'effet Mpemba », les chercheurs ne peuvent même pas formuler clairement ce qu'ils mesurent exactement et dans quelles conditions. Et vous voulez dire que ce sont des physiciens expérimentaux ? Ne me fais pas rire. L'effet n'est pas connu en physique, mais dans les discussions pseudo-scientifiques sur divers forums et blogs, qui sont désormais nombreux. Il est perçu comme un effet physique réel (au sens comme conséquence de certaines nouvelles lois physiques, et non comme conséquence d'une interprétation incorrecte ou simplement d'un mythe) par des personnes éloignées de la physique. Il n’y a donc aucune raison de considérer les résultats de différentes expériences menées dans des conditions complètement différentes comme un seul effet physique.

Pavel, 18/02/2014 09:59

hmm, les gars... article pour "Speed ​​​​Info"... Ne vous offensez pas... ;) Ivan a raison sur tout...

Grigori, 19/02/2014 12:50

Ivan, je suis d'accord qu'il existe désormais de nombreux sites pseudo-scientifiques publiant du matériel sensationnel non vérifié.? Après tout, l’effet Mpemba est toujours à l’étude. De plus, des scientifiques universitaires mènent des recherches. Par exemple, en 2013, cet effet a été étudié par un groupe de l’Université de Technologie de Singapour. Regardez le lien http://arxiv.org/abs/1310.6514. Ils pensent avoir trouvé une explication à cet effet. Je n'écrirai pas en détail sur l'essence de la découverte, mais à leur avis, l'effet est associé à la différence des énergies stockées dans les liaisons hydrogène.

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

Pour tous ceux qui s'intéressent à la recherche sur l'effet Mpemba, j'ai légèrement complété le contenu de l'article et fourni des liens où vous pourrez vous familiariser avec les derniers résultats (voir texte). Merci pour vos commentaires.

Ildar, 24/02/2014 04:12 | ça ne sert à rien de tout énumérer

Si cet effet Mpemba a réellement lieu, alors l'explication doit être recherchée, je pense, dans la structure moléculaire de l'eau. L'eau (comme je l'ai appris de la littérature scientifique populaire) n'existe pas sous forme de molécules H2O individuelles, mais sous forme d'agrégats de plusieurs molécules (voire des dizaines). À mesure que la température de l’eau augmente, la vitesse de déplacement des molécules augmente, les amas se brisent les uns contre les autres et les liaisons de valence des molécules n’ont pas le temps d’assembler de gros amas. La formation d’amas prend un peu plus de temps que la réduction de la vitesse du mouvement moléculaire. Et comme les amas sont plus petits, la formation du réseau cristallin se produit plus rapidement. Dans l'eau froide, apparemment, de gros amas assez stables empêchent la formation d'un réseau ; il faut un certain temps pour les détruire. J'ai moi-même vu à la télévision un effet curieux lorsque l'eau froide, calmement contenue dans un bocal, restait liquide pendant plusieurs heures au froid. Mais dès que la jarre était soulevée, c'est-à-dire légèrement déplacée de sa place, l'eau de la jarre se cristallisait immédiatement, devenait opaque et la jarre éclatait. Eh bien, le prêtre qui a montré cet effet l'a expliqué par le fait que l'eau était bénie. À propos, il s'avère que la viscosité de l'eau change considérablement en fonction de la température. Ceci est imperceptible pour nous, en tant que grandes créatures, mais au niveau des petits crustacés (mm ou moins), et plus encore des bactéries, la viscosité de l'eau est un facteur très important. Cette viscosité, je pense, est également déterminée par la taille des amas d'eau.

GRIS, 15/03/2014 05:30

tout ce que nous voyons autour de nous sont des caractéristiques (propriétés) superficielles, nous acceptons donc comme énergie uniquement ce que nous pouvons mesurer ou prouver son existence de quelque manière que ce soit, sinon c'est une impasse. Ce phénomène, l’effet Mpemba, ne peut être expliqué que par une simple théorie volumétrique qui réunirait tous les modèles physiques en une seule structure d’interaction. c'est en fait simple

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

Mais comment pouvez-vous vous assurer que l’eau reste froide plutôt que chaude lorsque vous conduisez en voiture ?

Alexeï, 03.10.2014 01:09

Voici une autre "découverte" en route. Eau dans bouteille en plastique Se congèle beaucoup plus rapidement avec le bouchon ouvert. Pour m'amuser, j'ai fait l'expérience plusieurs fois sur fortes gelées. L'effet est évident. Bonjour les théoriciens !

Evgeny, 27/12/2014 08:40

Le principe d'un refroidisseur par évaporation. Nous prenons deux bouteilles hermétiquement fermées avec de l'eau froide et chaude. Nous l'avons mis au froid. L'eau froide gèle plus rapidement. Maintenant, nous prenons les mêmes bouteilles d'eau froide et chaude, les ouvrons et les mettons au froid. L'eau chaude gèlera plus vite que l'eau froide. Si nous prenons deux bassines avec de l'eau froide et chaude, l'eau chaude gèlera beaucoup plus rapidement. Cela est dû au fait que nous augmentons nos contacts avec l’atmosphère. Plus l’évaporation est intense, plus la température baisse rapidement. Ici, il faut mentionner le facteur d'humidité. Plus l’humidité est faible, plus l’évaporation et le refroidissement sont forts.

gris TOMSK, 01/03/2015 10:55

GRAY, 15/03/2014 05:30 - suite Ce que vous savez sur la température ne fait pas tout. Il y a autre chose là-bas. Si vous construisez correctement un modèle physique de température, il deviendra la clé pour décrire les processus énergétiques depuis la diffusion, la fusion et la cristallisation à des échelles telles qu'une augmentation de la température avec une augmentation de la pression, une augmentation de la pression avec une augmentation de la température. Même le modèle physique de l’énergie solaire deviendra clair à partir de ce qui précède. Je suis en hiver. . au début du printemps 20013, en examinant les modèles de température, j'ai compilé un modèle de température général. Quelques mois plus tard, je me suis souvenu du paradoxe de la température, puis j'ai réalisé... que mon modèle de température décrivait également le paradoxe de Mpemba. C'était en mai-juin 2013. J'ai un an de retard, mais c'est pour le mieux. Mon modèle physique est un arrêt sur image et il peut être rembobiné vers l'avant et vers l'arrière et il contient une activité motrice, la même activité dans laquelle tout bouge. J'ai 8 ans d'école et 2 ans de collège avec une répétition du sujet. 20 ans se sont écoulés. Je ne peux donc attribuer aucun type de modèle physique à des scientifiques célèbres, ni attribuer de formules. Désolé.

Andreï, 08.11.2015 08:52

En général, j'ai une idée de la raison pour laquelle l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide. Et dans mes explications tout est très simple, si vous êtes intéressé, écrivez-moi par mail : [email protégé]

Andreï, 08.11.2015 08:58

Je suis désolé, j'ai donné une mauvaise adresse e-mail, voici la bonne adresse e-mail : [email protégé]

Victor, 23/12/2015 10:37

Il me semble que tout est plus simple, la neige tombe ici, c'est du gaz évaporé, refroidi, donc peut-être que par temps froid le chaud se refroidit plus vite car il s'évapore et cristallise immédiatement sans monter loin, et l'eau à l'état gazeux se refroidit plus vite qu'à l'état liquide)

Bekjan, 28/01/2016 09:18

Même si quelqu'un avait révélé ces lois du monde associées à ces effets, il n'aurait pas écrit ici. De mon point de vue, il ne serait pas logique d'en révéler les secrets aux internautes alors qu'il peut les publier dans des journaux scientifiques célèbres. journaux et le prouver lui-même personnellement devant le peuple. Donc, ce qui sera écrit ici à propos de cet effet, n'est en grande partie pas logique.)))

Alex, 22/02/2016 12:48

Bonjour les expérimentateurs Vous avez raison lorsque vous dites que la science commence là où... non pas les mesures, mais les calculs. "L'expérience" est un argument éternel et indispensable pour ceux qui sont privés d'imagination et de pensée linéaire. Elle a offensé tout le monde, maintenant dans le cas de E= mc2 - est-ce que tout le monde s'en souvient ? La vitesse des molécules sortant de l'eau froide dans l'atmosphère détermine la quantité d'énergie qu'elles emportent de l'eau (le refroidissement est une perte d'énergie). La vitesse des molécules de l'eau chaude est beaucoup plus élevée et l'énergie emportée est au carré ( le taux de refroidissement de la masse d'eau restante) C'est tout, si vous vous éloignez de " l'expérimentation" et rappelez-vous les principes fondamentaux de la science

Vladimir, 25/04/2016 10:53 | Météo

À une époque où l'antigel était rare, l'eau du système de refroidissement des voitures dans un garage non chauffé était évacuée après une journée de travail afin de ne pas dégivrer le bloc-cylindres ou le radiateur - parfois les deux ensemble. Le matin, de l'eau chaude était versée. En cas de gel sévère, les moteurs ont démarré sans problème. D'une manière ou d'une autre, en raison du manque d'eau chaude, de l'eau était versée du robinet. L'eau a immédiatement gelé. L'expérience a coûté cher - exactement autant que coûte l'achat et le remplacement du bloc-cylindres et du radiateur d'une voiture ZIL-131. Celui qui n’y croit pas, qu’il le vérifie. et Mpemba ont expérimenté la crème glacée. Dans la crème glacée, la cristallisation se produit différemment que dans l’eau. Essayez de mordre un morceau de glace et un morceau de glace avec vos dents. Très probablement, il n'a pas gelé, mais s'est épaissi à la suite du refroidissement. Et l’eau douce, qu’elle soit chaude ou froide, gèle à 0°C. L'eau froide est rapide, mais l'eau chaude met du temps à refroidir.

Vagabond, 06/05/2016 12:54 | à Alex

"c" - la vitesse de la lumière dans le vide E=mc^2 - une formule exprimant l'équivalence de la masse et de l'énergie

Albert, 27/07/2016 08:22

D’abord l’analogie avec solides(il n'y a pas de processus d'évaporation). J'ai récemment soudé du cuivre Tuyaux d'eau. Le processus se déroule en chauffant un brûleur à gaz jusqu'à la température de fusion de la soudure. Le temps de chauffage pour un joint avec un raccord est d'environ une minute. J'ai soudé un joint au couplage et après quelques minutes, j'ai réalisé que je l'avais mal soudé. Il a fallu faire tourner un peu le tuyau dans le raccord. J'ai recommencé à chauffer le joint avec un brûleur et, à ma grande surprise, il a fallu 3 à 4 minutes pour chauffer le joint jusqu'à la température de fusion. Comment ça!? Après tout, le tuyau est encore chaud et il semblerait qu'il faille beaucoup moins d'énergie pour le chauffer jusqu'à la température de fusion, mais tout s'est avéré être le contraire. Tout est question de conductivité thermique, qui est nettement plus élevée dans un tuyau déjà chauffé et la limite entre le tuyau chauffé et le tuyau froid a réussi à s'éloigner du joint en deux minutes. Parlons maintenant de l'eau. Nous fonctionnerons avec les concepts de cuve chaude et semi-chauffée. Dans un récipient chaud, une limite de température étroite se forme entre les particules chaudes et très mobiles et les particules froides à déplacement lent, qui se déplacent relativement rapidement de la périphérie vers le centre, car à cette limite, les particules rapides abandonnent rapidement leur énergie (refroidies). par des particules de l’autre côté de la frontière. Étant donné que le volume des particules froides externes est plus grand, les particules rapides, cédant leur énergie thermique, ne peuvent pas réchauffer de manière significative les particules froides externes. Par conséquent, le processus de refroidissement de l'eau chaude se produit relativement rapidement. L'eau semi-chauffée a une conductivité thermique beaucoup plus faible et la largeur de la frontière entre les particules semi-chauffées et froides est beaucoup plus large. Le déplacement vers le centre d’une frontière aussi large se produit beaucoup plus lentement que dans le cas d’un récipient chaud. En conséquence, le récipient chaud refroidit plus rapidement que le récipient chaud. Je pense que nous devons suivre la dynamique du processus de refroidissement de l'eau à différentes températures en plaçant plusieurs capteurs de température du milieu au bord du récipient.

Max, 19/11/2016 05:07

C’est vérifié : à Yamal, quand il fait froid, le tuyau d’eau chaude gèle et il faut le réchauffer, mais pas le froid !

Artem, 09.12.2016 01:25

C'est difficile, mais je pense que l'eau froide est plus dense que l'eau chaude, encore meilleure que l'eau bouillie, et là il y a une accélération du refroidissement, etc. l'eau chaude atteint la température froide et la dépasse, et si l'on prend en compte le fait que l'eau chaude gèle par le bas et non par le haut, comme écrit ci-dessus, cela accélère beaucoup le processus !

Alexandre Sergueïev, 21.08.2017 10:52

Il n'y a pas un tel effet. Hélas. En 2016, un article détaillé sur le sujet a été publié dans Nature : https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Il en ressort clairement qu'avec des expériences minutieuses (si les échantillons d'eau chaude et froide sont les mêmes dans tout sauf température), l'effet n'est pas observé.

Zavlab, 22/08/2017 05:31

Victor , 27/10/2017 03:52

"Ça l'est vraiment." - si à l'école vous n'avez pas compris ce qu'est la capacité thermique et la loi de conservation de l'énergie. C'est facile à vérifier - pour cela, vous avez besoin de : du désir, de la tête, des mains, de l'eau, d'un réfrigérateur et d'un réveil. Et les patinoires, comme l'écrivent les experts, sont gelées (remplies) d'eau froide, et la glace taillée est nivelée avec de l'eau tiède. Et en hiver, vous devez verser du liquide antigel dans le réservoir de la laveuse, pas de l'eau. Dans tous les cas, l’eau gèlera et l’eau froide gèlera plus rapidement.

Irina, 23/01/2018 10:58

Les scientifiques du monde entier sont aux prises avec ce paradoxe depuis l'époque d'Aristote, et Victor, Zavlab et Sergeev se sont révélés être les plus intelligents.

Denis, 01/02/2018 08:51

Tout est écrit correctement dans l'article. Mais la raison est quelque peu différente. Pendant le processus d'ébullition, l'air qui y est dissous s'évapore de l'eau ; par conséquent, à mesure que l'eau bouillante refroidit, sa densité finira par devenir inférieure à celle de l'eau brute à la même température. Il n’y a pas d’autres raisons pour une conductivité thermique différente que des densités différentes.

Zavlab, 01/03/2018 08:58 | Chef de laboratoire

Irina :), les « scientifiques du monde entier » ne luttent pas contre ce « paradoxe » ; pour les vrais scientifiques, ce « paradoxe » n'existe tout simplement pas - il est facilement vérifié dans des conditions bien reproductibles. Le "paradoxe" est apparu à cause des expériences irréproductibles du garçon africain Mpemba et a été gonflé par des "scientifiques" similaires :)

L'eau est l'un des liquides les plus étonnants au monde, doté de propriétés inhabituelles. Par exemple, la glace, un état solide du liquide, a une densité inférieure à celle de l’eau elle-même, ce qui a rendu largement possible l’émergence et le développement de la vie sur Terre. De plus, dans le monde pseudo-scientifique et scientifique, il y a des discussions sur l'eau qui gèle le plus rapidement - chaude ou froide. Quiconque peut prouver que le liquide chaud gèle plus rapidement dans certaines conditions et justifier scientifiquement sa solution recevra une récompense de 1 000 £ de la British Royal Society of Chemists.

Arrière-plan

Le fait que dans certaines conditions, l'eau chaude gèle plus rapidement que l'eau froide a été remarqué au Moyen Âge. Francis Bacon et René Descartes ont consacré beaucoup d'efforts à expliquer ce phénomène. Cependant, du point de vue de l'ingénierie thermique classique, ce paradoxe ne peut pas être expliqué, et ils ont essayé de le taire timidement. L’impulsion pour la poursuite du débat a été une histoire quelque peu curieuse arrivée à l’écolier tanzanien Erasto Mpemba en 1963. Un jour, lors d'un cours de préparation de desserts dans une école de cuisine, le garçon, distrait par d'autres choses, n'a pas eu le temps de refroidir le mélange de glace à temps et a mis une solution chaude de sucre dans le lait au congélateur. À sa grande surprise, le produit a refroidi un peu plus rapidement que celui de ses camarades étudiants qui ont observé le régime de température pour la préparation de la glace.

Essayant de comprendre l'essence du phénomène, le garçon s'est tourné vers un professeur de physique qui, sans entrer dans les détails, a ridiculisé ses expériences culinaires. Cependant, Erasto se distinguait par une ténacité enviable et poursuivit ses expériences non pas sur le lait, mais sur l'eau. Il est devenu convaincu que dans certains cas, l'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide.

Entré à l'Université de Dar es Salaam, Erasto Mpembe a assisté à une conférence du professeur Dennis G. Osborne. Après son achèvement, l'étudiant a intrigué le scientifique avec le problème du taux de congélation de l'eau en fonction de sa température. D.G. Osborne a ridiculisé la question même, déclarant avec aplomb que tout étudiant pauvre sait que l'eau froide gèle plus rapidement. Cependant, la ténacité naturelle du jeune homme s’est fait sentir. Il a fait un pari avec le professeur en lui proposant de réaliser un test expérimental ici même, en laboratoire. Erasto a placé deux récipients d'eau au congélateur, l'un à 95°F (35°C) et l'autre à 212°F (100°C). Imaginez la surprise du professeur et des « fans » environnants lorsque l'eau du deuxième récipient a gelé plus rapidement. Depuis, ce phénomène est appelé le « paradoxe de Mpemba ».

Cependant, à ce jour, il n’existe aucune hypothèse théorique cohérente expliquant le « paradoxe de Mpemba ». On ne sait pas lequel facteurs externes, la composition chimique de l'eau, la présence de gaz dissous et de minéraux influencent la vitesse de congélation des liquides situés à différentes températures. Le paradoxe de « l'effet Mpemba » est qu'il contredit l'une des lois découvertes par I. Newton, selon laquelle le temps de refroidissement de l'eau est directement proportionnel à la différence de température entre le liquide et l'eau. environnement. Et si tous les autres liquides obéissent pleinement à cette loi, l'eau constitue dans certains cas une exception.

Pourquoi l’eau chaude gèle-t-elle plus vite ?T

Il existe plusieurs versions expliquant pourquoi l'eau chaude gèle plus rapidement que l'eau froide. Les principaux sont :

• l'eau chaude s'évapore plus rapidement, tandis que son volume diminue et qu'un plus petit volume de liquide refroidit plus rapidement - lorsque l'eau refroidit de + 100°C à 0°C, des pertes volumétriques pression atmosphérique atteindre 15 % ;
• plus la différence de température est grande, plus la différence de température est grande, plus l'intensité de l'échange thermique entre le liquide et l'environnement est élevée, de sorte que la perte de chaleur de l'eau bouillante se produit plus rapidement ;
• lorsque l'eau chaude refroidit, une croûte de glace se forme à sa surface, empêchant le liquide de geler complètement et de s'évaporer ;
• à haute température l'eau est mélangée par convection, réduisant ainsi le temps de congélation ;
• Les gaz dissous dans l'eau abaissent le point de congélation, éliminant ainsi l'énergie nécessaire à la formation des cristaux - il n'y a pas de gaz dissous dans l'eau chaude.

Toutes ces conditions ont été testées expérimentalement à plusieurs reprises. Le scientifique allemand David Auerbach a notamment découvert que la température de cristallisation de l’eau chaude est légèrement supérieure à celle de l’eau froide, ce qui permet à la première de geler plus rapidement. Cependant, plus tard, ses expériences ont été critiquées et de nombreux scientifiques sont convaincus que «l'effet Mpemba», qui détermine quelle eau gèle le plus rapidement - chaude ou froide, ne peut être reproduit que dans certaines conditions, que personne n'a recherchées et précisées jusqu'à présent.

Effet Mpemba(Paradoxe de Mpemba) - un paradoxe selon lequel l'eau chaude, dans certaines conditions, gèle plus rapidement que l'eau froide, même si elle doit dépasser la température de l'eau froide en cours de congélation. Ce paradoxe est un fait expérimental qui contredit les idées habituelles selon lesquelles, dans les mêmes conditions, un corps plus chauffé met plus de temps à se refroidir jusqu'à une certaine température qu'un corps moins chauffé à se refroidir à la même température.

Ce phénomène a été remarqué à une époque par Aristote, Francis Bacon et René Descartes, mais ce n'est qu'en 1963 que l'écolier tanzanien Erasto Mpemba a découvert qu'un mélange de glace chaud gèle plus vite qu'un mélange froid.

En tant qu'élève à l'école secondaire Magambi en Tanzanie, Erasto Mpemba a fait Travaux pratiques en cuisine. Il devait faire de la glace maison : faire bouillir le lait, y dissoudre le sucre, le refroidir à température ambiante, puis le mettre au réfrigérateur pour le congeler. Apparemment, Mpemba n’était pas un élève particulièrement assidu et a tardé à terminer la première partie de la tâche. Craignant de ne pas pouvoir arriver à la fin du cours, il a mis le lait encore chaud au réfrigérateur. À sa grande surprise, il a gelé encore plus tôt que le lait de ses camarades, préparé selon la technologie donnée.

Après cela, Mpemba expérimenta non seulement avec le lait, mais aussi avec l'eau claire. En tout cas, déjà étudiant à l'école secondaire de Mkwava, il a demandé au professeur Dennis Osborne du Collège universitaire de Dar Es Salaam (invité par le directeur de l'école pour donner une conférence de physique aux étudiants) spécifiquement sur l'eau : « Si vous prenez deux récipients identiques avec des volumes d'eau égaux pour que dans l'un l'eau ait une température de 35°C et dans l'autre - 100°C, et mettez-les au congélateur, puis dans le second l'eau gèlera plus rapidement. Pourquoi?" Osborne s'est intéressé à cette question et bientôt, en 1969, lui et Mpemba ont publié les résultats de leurs expériences dans la revue Physics Education. Depuis lors, l'effet qu'ils ont découvert est appelé Effet Mpemba.

Jusqu’à présent, personne ne sait exactement comment expliquer cet effet étrange. Les scientifiques n’ont pas une seule version, bien qu’il en existe plusieurs. Tout dépend de la différence entre les propriétés de l'eau chaude et de l'eau froide, mais on ne sait pas encore quelles propriétés jouent un rôle dans ce cas : la différence de surfusion, d'évaporation, de formation de glace, de convection ou l'effet des gaz liquéfiés sur l'eau à températures différentes.

Le paradoxe de l'effet Mpemba est que le temps pendant lequel un corps se refroidit jusqu'à la température ambiante devrait être proportionnel à la différence de température entre ce corps et l'environnement. Cette loi a été établie par Newton et a depuis été maintes fois confirmée dans la pratique. Dans cet effet, l'eau à une température de 100°C refroidit à une température de 0°C plus rapidement que la même quantité d'eau à une température de 35°C.

Cependant, cela n'implique pas encore de paradoxe, puisque l'effet Mpemba peut être expliqué dans le cadre de la physique connue. Voici quelques explications sur l’effet Mpemba :

Évaporation

L'eau chaude s'évapore plus rapidement du récipient, réduisant ainsi son volume, et un plus petit volume d'eau à la même température gèle plus rapidement. L'eau chauffée à 100 C perd 16 % de sa masse lorsqu'elle est refroidie à 0 C.

L'effet d'évaporation est un double effet. Premièrement, la masse d’eau nécessaire au refroidissement diminue. Et deuxièmement, la température diminue du fait que la chaleur d'évaporation de la transition de la phase eau à la phase vapeur diminue.

Différence de température

Du fait que la différence de température entre l'eau chaude et l'air froid est plus grande, l'échange thermique dans ce cas est plus intense et l'eau chaude refroidit plus rapidement.

Hypothermie

Lorsque l’eau refroidit en dessous de 0°C, elle ne gèle pas toujours. Dans certaines conditions, il peut subir une surfusion, continuant à rester liquide à des températures inférieures à zéro. Dans certains cas, l'eau peut rester liquide même à une température de –20 C.

La raison de cet effet est que pour que les premiers cristaux de glace commencent à se former, des centres de formation de cristaux sont nécessaires. S'ils ne sont pas présents dans l'eau liquide, la surfusion se poursuivra jusqu'à ce que la température baisse suffisamment pour que les cristaux se forment spontanément. Lorsqu’ils commencent à se former dans le liquide surfondu, ils commencent à croître plus rapidement, formant de la neige fondante, qui gèlera pour former de la glace.

L'eau chaude est la plus sensible à l'hypothermie car son chauffage élimine les gaz dissous et les bulles, qui à leur tour peuvent servir de centres de formation de cristaux de glace.

Pourquoi l’hypothermie fait-elle geler l’eau chaude plus rapidement ? Dans le cas d’eau froide non surfondue, voici ce qui se produit. Dans ce cas, une fine couche de glace se formera à la surface du navire. Cette couche de glace agira comme un isolant entre l’eau et l’air froid et empêchera une évaporation supplémentaire. Dans ce cas, le taux de formation de cristaux de glace sera inférieur. Dans le cas de l’eau chaude soumise à une surfusion, l’eau surfondue n’a pas de couche superficielle protectrice de glace. Par conséquent, il perd de la chaleur beaucoup plus rapidement grâce au toit ouvert.

Lorsque le processus de surfusion se termine et que l'eau gèle, beaucoup plus de chaleur est perdue et donc plus de glace se forme.

De nombreux chercheurs sur cet effet considèrent l'hypothermie comme le principal facteur dans le cas de l'effet Mpemba.

Convection

L'eau froide commence à geler par le haut, aggravant ainsi les processus de rayonnement thermique et de convection, et donc la perte de chaleur, tandis que l'eau chaude commence à geler par le bas.

Cet effet s'explique par une anomalie de densité de l'eau. L'eau a une densité maximale à 4 °C. Si vous refroidissez l'eau à 4 °C et la mettez à une température plus basse, la couche superficielle d'eau gèlera plus rapidement. Parce que cette eau est moins dense que l’eau à une température de 4 C, elle restera en surface, formant une fine couche froide. Dans ces conditions, une fine couche de glace se formera à la surface de l’eau en peu de temps, mais cette couche de glace servira d’isolant, protégeant les couches d’eau inférieures, qui resteront à une température de 4 C. Par conséquent, le processus de refroidissement ultérieur sera plus lent.

Dans le cas de l’eau chaude, la situation est complètement différente. La couche d’eau superficielle se refroidira plus rapidement en raison de l’évaporation et d’une plus grande différence de température. De plus, les couches d'eau froide sont plus denses que les couches d'eau chaude, de sorte que la couche d'eau froide descendra, soulevant la couche. eau chaudeà la surface. Cette circulation d'eau assure une baisse rapide de la température.

Mais pourquoi ce processus n’atteint-il pas un point d’équilibre ? Pour expliquer l'effet Mpemba de ce point de vue de la convection, il faudrait supposer que les couches d'eau froide et chaude sont séparées et que le processus de convection lui-même se poursuit après température moyenne l'eau descendra en dessous de 4°C.

Cependant, il n’existe aucune preuve expérimentale pour étayer cette hypothèse selon laquelle les couches d’eau froide et chaude sont séparées par le processus de convection.

Gaz dissous dans l'eau

L'eau contient toujours des gaz dissous - de l'oxygène et du dioxyde de carbone. Ces gaz ont la capacité d’abaisser le point de congélation de l’eau. Lorsque l’eau est chauffée, ces gaz sont libérés de l’eau car leur solubilité dans l’eau est plus faible à haute température. Par conséquent, lorsque l’eau chaude refroidit, elle contient toujours moins de gaz dissous que l’eau froide non chauffée. Par conséquent, le point de congélation de l’eau chauffée est plus élevé et elle gèle plus rapidement. Ce facteur est parfois considéré comme le principal facteur expliquant l’effet Mpemba, bien qu’il n’existe aucune donnée expérimentale confirmant ce fait.

Conductivité thermique

Ce mécanisme peut jouer un rôle important lorsque l'eau est placée dans le compartiment réfrigérateur-congélateur dans de petits récipients. Dans ces conditions, il a été observé qu'un récipient d'eau chaude faisait fondre la glace présente dans le congélateur en dessous, améliorant ainsi le contact thermique avec la paroi du congélateur et la conductivité thermique. En conséquence, la chaleur est évacuée plus rapidement d’un récipient d’eau chaude que d’un récipient d’eau froide. À son tour, un récipient contenant de l’eau froide ne fait pas fondre la neige en dessous.

Toutes ces conditions (ainsi que d'autres) ont été étudiées dans de nombreuses expériences, mais une réponse claire à la question - laquelle d'entre elles permet de reproduire à cent pour cent l'effet Mpemba - n'a jamais été obtenue.

Par exemple, en 1995, le physicien allemand David Auerbach a étudié l'effet de l'eau en surfusion sur cet effet. Il a découvert que l'eau chaude, atteignant un état de surfusion, gèle à une température plus élevée que l'eau froide, et donc plus rapidement que cette dernière. Mais l'eau froide atteint un état de surfusion plus rapidement que l'eau chaude, compensant ainsi le décalage précédent.

De plus, les résultats d'Auerbach contredisaient les données précédentes selon lesquelles l'eau chaude était capable d'obtenir une surfusion plus importante grâce au nombre réduit de centres de cristallisation. Lorsque l'eau est chauffée, les gaz qui y sont dissous en sont éliminés et lorsqu'elle est bouillie, certains sels qui y sont dissous précipitent.

Pour l'instant, une seule chose peut être affirmée : la reproduction de cet effet dépend largement des conditions dans lesquelles l'expérience est réalisée. Précisément parce qu’il n’est pas toujours reproduit.

O.V. Mosin

Littérairesources:

"L'eau chaude gèle plus vite que l'eau froide. Pourquoi fait-elle cela?", Jearl Walker dans The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, non. 3, pages 246-257 ; Septembre 1977.

"La congélation de l'eau chaude et froide", G.S. Kell dans American Journal of Physics, Vol. 37, non. 5, pages 564-565 ; Mai 1969.

"La surfusion et l'effet Mpemba", David Auerbach, dans American Journal of Physics, Vol. 63, non. 10, pages 882-885 ; Octobre 1995.

"L'effet Mpemba : les temps de congélation de l'eau chaude et froide", Charles A. Knight, dans American Journal of Physics, Vol. 64, non. 5, p. 524 ; Mai 1996.