Если вы когда-нибудь сталкивались с тем, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная, то вы, возможно, испытали на себе эффект Мпембы. Это явление было открыто еще в древние времена Аристотелем и было долгое время считалось ошибочным. Однако сегодня мы знаем, что это действительно происходит и имеет научное объяснение.
Эффект Мпембы может быть вызван несколькими факторами. Один из них – это тепловой поток. Когда горячая вода охлаждается, она отдает свое тепло окружающей среде. Это приводит к тому, что вода охлаждается быстрее, чем холодная вода. Когда горячая вода достигает точки замерзания, она уже потеряла большую часть своего тепла, что позволяет ей замерзнуть быстрее.
Другой фактор, который может вызвать эффект Мпембы, – это наличие газов в воде. Когда вода нагревается, газы выделяются и образуют пузырьки. Когда вода охлаждается, пузырьки начинают сжиматься и уменьшаться в размере. Это приводит к тому, что вода становится более плотной и замерзает быстрее.
Также эффект Мпембы может быть вызван наличием минералов в воде. Некоторые минералы могут изменять точку замерзания воды, что может привести к тому, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная.Высказывались разные версии, одна из которых звучала следующим образом: часть горячей воды сначала просто испаряется, а потом, когда осталось меньшее её количество, вода застывает быстрее. Эта версия, в силу своей простоты, стала самой популярной, но учёных удовлетворяла не полностью
Новое объяснение предложили недавно ученые из Китая и США, статью которых опубликовал Journal of Chemical Theory and Computation.
Авторы смоделировали поведение короткоживущих кластеров молекул воды, объединенных водородными связями, при разных температурах. Водородные связи намного (примерно в 18-20 раз) слабее обычных ковалентных химических взаимодействий, однако сила их зависит от геометрии взаимного расположения молекул, между которыми эти связи образуются.
По мере нагревания водородные связи ослабевают и, как показало моделирование, молекулы воды в кластерах меняют положение, занимая такие позиции, из которых им проще переходить к кристаллической структуре льда. В холодной воде все происходит так же, только энергии на разрыв водородных связей требуется больше – и замерзание, соответственно, должно проходить медленнее.
Важно отметить, что эффект Мпембы не является универсальным и может проявляться только в определенных условиях. Например, если горячая вода охлаждается в закрытом сосуде, то она может замерзнуть медленнее, чем холодная вода.
Эффект Мпембы – это интересное явление, которое имеет научное объяснение. Оно может быть вызван тепловым потоком, наличием газов и минералов в воде. Однако необходимо отметить, что это явление не является универсальным и может проявляться только в определенных условиях.