ТВ Экстра | TV Extra — Телеканал о непознанном

Mpemba Effect

Это изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - i.pngЭтот парадокс известен еще со времен Аристотеля, но название ему дали только в 1969 году. В природе много удивительных вещей. Многие из них на вид простые, но объяснить их с точки зрения науки не так-то просто. После Аристотеля над тайной замерзания горячей воды бились Френсис Бэкон и Рене Декарт, затем ученые как-то охладели к этой теме.

В 1963 году 13 летний танганьикский школьник по имени  Эрасто Мпемба опаздывал с выполнением практической работы по поварскому делу, нужно было самому изготовить мороженое.  Мпемба вынужден был поставить еще горячее молоко в морозильную камеру. Каково же было его удивление, когда его горячая смесь замерзла быстрее, чем у его товарищей, которые остудили заготовку перед тем, как ставить ее в холодильник. Эрасто заинтересовался этим необычным явлением и проверил его на обычной воде. Результаты оказались аналогичными: кипяток замерз быстрее воды комнатной температуры. Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы».

Через несколько лет Мпемба задал похожий вопрос физику Дэнису Осборну из университетского колледжа в Дар-Эс-Саламе. Он предложил ему провести опыт — поставить в морозилку два одинаковых контейнера с водой. В одном контейнере вода должна была иметь температуру 35 градусов, а в другом — 100 градусов. Эрасто уверял физика, что контейнер с кипятком замерзнет быстрее.

Осборн проверил слова Мпембы и на собственном опыте убедился, что горячая вода, действительно, замерзает быстрее. И вот уже весь научный мир начал ломать голову над этим чудом. Позже Дэнис в соавторстве с Эрасто опубликовал на эту тему научное исследование. Эффект ускоренного замерзания горячей воды по сравнению с холодной получил название «Эффект Мпембы».

Это изображение имеет пустой атрибут alt; его имя файла - 1_18.jpegИз-за сложности эффекта Мпембы физики до сих пор не понимают, за счет чего он возникает. Понятно, что всё дело в разнице свойств горячей и холодной воды. Различные исследовательские группы списывали этот эффект на испарение, переохлаждение, конвекцию, растворенные в жидкости примеси, на водородные связи между молекулами воды. Более того, некоторые ученые считают, что эффект Мпембы недостаточно строго сформулирован, чтобы можно было заявлять о его существовании. Да, да, не все ученые согласны даже с существованием самого явления. 

Проведенные расчеты показывают, что такой эффект все же возможен, и его можно объяснить с помощью нескольких термодинамических явлений. Во-первых, горячая вода испаряется быстрее холодной, значит ее объем уменьшается и может охлаждаться быстрее. Во-вторых, когда молекулы воды испаряются с поверхности горячей жидкости, они забирают с собой тепловую энергию. Этого не происходит в случае холодного стакана, поэтому кипяток, от которого исходит пар, будет остывать быстрее.

Физики утверждают, что явление может существовать в широком классе разнообразных систем. Также было доказано существование «обратного эффекта Мпембы», то есть более быстрое нагревание изначально более холодного тела.

Тем не менее, вопрос о существовании эффекта Мпембы остается открытым. Что заставляет горячую воду замерзать быстрее?  Однозначного ответа на загадку Мпембы до сих пор нет.