Такие ролики набирают популярность каждую зиму во многих странах мира. Что же такое эффект Мпембы – расскажет 24 Канал.

К теме Каким был самый большой температурный антирекорд в Украине

Кто такой Мпемба и в чем заключается его эффект?

Тот факт, что горячая вода замерзает быстрее холодной, известен уже много веков. Первым об этом начал говорить Аристотель, который в 340 году до нашей эры заявил, что предварительно нагретая вода остывает быстрее. Впоследствии это явление обсуждали в средневековье, когда европейские физики пытались разработать теорию теплообмена. Но до XX века оно было известно лишь как народная легенда, говорится в статье Калифорнийского университета "Может ли горячая вода замерзнуть быстрее холодной?"

Так продолжалось до 1969 года, пока ученик из Танзании Эрасто Мпемба не рассказал миру, как он готовил мороженое и с каким феноменом столкнулся. По его словам, в 1963 году, когда учился в 3 классе, он готовил мороженое в школе, смешивая молоко, которое только что закипело, с сахаром. Ему следовало дождаться, пока молоко остынет, прежде чем ставить его в холодильник. Но Эрасто спешил освободить место и поставил молоко, не охладив его.

К своему удивлению, школьник обнаружил, что его горячее молоко замерзло и превратилось в мороженое раньше, чем у других учеников. Он попросил объяснения у своего учителя физики, но тот ответил, что, видимо, это ошибка, поскольку такое невозможно.

Эрасто тогда поверил своему учителю. Но позже в том же году он встретил друга, который делал и продавал мороженое в городе Танга. Друг рассказал, что во время приготовления мороженого он ставит горячие жидкости в холодильник, чтобы они быстрее замерзли. Впоследствии школьник выяснил, что другие продавцы мороженого в Танге придерживаются той же практики.

Позже, уже учась в старшей школе, Мпемба изучил закон охлаждения Ньютона, который описывает, как должны охлаждаться нагретые тела. Он снова спросил учителя, почему горячее молоко замерзает быстрее холодного, когда ставишь его в морозильник. На это учитель ответил, что тот, видимо, запутался. Когда Мпемба продолжил спорить, учитель сказал: "Все, что я могу сказать, это то, что это физика Мпембы, а не универсальная физика". Но когда Мпемба позже провел эксперимент с горячей и холодной водой в биологической лаборатории своей школы, он снова обнаружил, что горячая вода замерзает быстрее.

Спустя годы насмешек и осуждений Мпемба получил возможность задать свой вопрос настоящему профессору физики, и получил несколько более теплый ответ.

Признаюсь, я думал, что он ошибается. Но, к счастью, я вспомнил о необходимости поощрять студентов к развитию критического мышления и умения задавать вопросы. Ни один вопрос не должен высмеиваться"
– вспоминал Денис Озборн, профессор физики из танзанийского Университета Дар-эс-Салама.

Открытость Озборна к экспериментам пошла на пользу Мпембе. Ученый поручил одному из своих лаборантов повторить эксперимент, и они подтвердили, что горячая вода действительно замерзает быстрее. Фактически, была обнаружена довольно резкая зависимость: самая горячая вода, имеющая температуру около 90°C, замерзала всего за 30 минут, тогда как вода с начальной температурой 70°C замерзала почти час. Самая холодная из протестированных имела температуру 20 °C, и она замерзала целых 100 минут.

Эффект Мпембы на практике: смотрите видео

В итоге в 1969 Мпемба и Озборн описали свои результаты в научной работе, и о них узнал весь мир.

Почему возникает эффект Мпембы?

Ученые до сих пор пытаются выяснить, как и почему возникает этот эффект. И пока ни один не дал однозначного ответа.

Сегодня существует несколько теорий на этот счет

  • Испарение – при высоких температурах испаряется больше воды, чем при низких. Это происходит потому, что испарение требует больше энергии.
  • Растворенные газы – горячая вода может содержать меньше растворенных газов, чем холодная, и большое количество газа испаряется во время кипения. Поэтому в более теплой воде может быть меньше растворенных газов. Это каким-то образом может менять свойства воды, возможно, облегчая образование конвекционных потоков.
  • Конвекция – во время того, как вода охлаждается, в ней образуются конвекционные потоки и неравномерное распределение температуры. Плотность воды уменьшается с повышением температуры, поэтому ее поверхность будет теплее дна: это явление называется "горячей вершиной". Если вода теряет тепло преимущественно через поверхность, то вода с горячей вершиной будет терять тепло быстрее, чем можно было бы ожидать, исходя из ее средней температуры.
  • Окружающая среда – еще одно отличие в охлаждении двух емкостей связано не с самой водой, а с окружающей средой. Изначально более теплая вода может изменить окружающую среду и это влияет на процесс ее охлаждения.

Как возникает эффект Мпембы: смотрите видео

В чем опасность от выливания кипятка на холодном воздухе?

Надо быть очень осторожным с экспериментами с эффектом Мпембы, ведь прежде всего вода должна быть достаточной температуры – 100 градусов или близкой к этому. Также на улице должен быть мороз – порой и -11 градусов недостаточно.

Если все сделать неправильно – вместо эффектного облака пара, вы можете получить ожоги. Часто бывает, что кипяток выливается людям прямо в лицо.

Смотрите видео неудачного эксперимента с эффектом Мпембы

Имеет ли снег свой запах?

Люди чувствуют запах, который появляется во время дождя. Также существует запах озона, по которому можно почувствовать приближение грозы. Некоторые ученые считают, что со снегом происходит нечто подобное.

По словам профессора Йогана Лундстрема, снежинки во время падения действуют как своеобразные "пылесосы" – активно собирают на свою поверхность летучие соединения из окружающей среды. Поэтому снег в городе пахнет заметно иначе, чем в отдаленной арктической глуши.

А есть и альтернативное объяснение: возможно, мы чувствуем не столько запах самого снега, сколько отсутствие запахов вообще.

Подробнее о том, имеет ли на самом деле снег свой запах, – в материале 24 Канала.