Is het waar dat warm water sneller dan koud bevriest?

Ja, warm water kan sneller bevriezen dan koud water. Het gebeurt echter niet altijd en de wetenschap heeft het ook niet precies uitgelegd waarom het kan gebeuren.

Belangrijkste punten: watertemperatuur en vriessnelheid

Hoewel Aristoteles, Bacon en Descartes allemaal beschreven dat warm water sneller bevriest dan koud water, werd het idee meestal weerstaan ​​tot de jaren zestig toen een middelbare scholier genaamd Mpemba merkte op dat hete ijsmix, wanneer deze in de vriezer werd geplaatst, zou bevriezen voordat de ijsmix die was afgekoeld tot kamertemperatuur voordat ze in de vriezer worden geplaatst. Mpemba herhaalde zijn experiment met water in plaats van ijsmengsel en vond hetzelfde resultaat: het hete water bevroor sneller dan het koelere water. Toen Mpemba zijn natuurkundeleraar vroeg om de observaties uit te leggen, vertelde de leraar Mpemba dat zijn gegevens onjuist moesten zijn, omdat het fenomeen onmogelijk was.

Mpemba stelde dezelfde vraag aan een gasthoogleraar natuurkunde, Dr. Osborne. Deze professor antwoordde dat hij het niet wist, maar hij zou het experiment testen. Dr. Osborne liet een laboratoriumtechnicus de test van Mpemba uitvoeren. De laborant meldde dat hij het resultaat van Mpemba had gedupliceerd: 'Maar we blijven het experiment herhalen totdat we het juiste resultaat hebben behaald.' (Um... Ja... dat zou een voorbeeld zijn van slechte wetenschap.) Nou, de gegevens waren de gegevens, dus toen het experiment werd herhaald, bleef het hetzelfde resultaat opleveren. In 1969 publiceerden Osborne en Mpemba de resultaten van hun onderzoek. Nu wordt het fenomeen waarbij warm water sneller kan bevriezen dan koud water ook wel het Mpemba-effect.

Er is geen definitieve verklaring waarom warm water sneller kan bevriezen dan koud water. Afhankelijk van de omstandigheden spelen verschillende mechanismen een rol. De belangrijkste factoren lijken te zijn:

• Verdamping: Er verdampt meer warm water dan koud water, waardoor er minder water hoeft te worden ingevroren. Massa metingen doen ons geloven dat dit een belangrijke factor is bij het koelen van water in open containers, hoewel het niet het mechanisme is dat verklaart hoe het Mpemba-effect in gesloten containers optreedt.
• Onderkoeling: Warm water heeft de neiging om minder te ervaren onderkoeling effect dan koud water. Wanneer het supercool was, kan het een vloeistof blijven totdat het wordt verstoord, zelfs ver onder de normale vriestemperatuur. Water dat niet onderkoeld is, heeft meer kans om vast te worden wanneer het de vriespunt van water.
• Convectie: Water ontwikkelt convectiestromen terwijl het afkoelt. Waterdichtheid neemt gewoonlijk af naarmate de temperatuur stijgt, dus een bak met koelwater is meestal warmer aan de bovenkant dan aan de onderkant. Als we aannemen dat water het grootste deel van zijn warmte over het oppervlak verliest (wat al dan niet waar kan zijn, afhankelijk van de temperatuur) omstandigheden), dan zou water met een warmere bovenkant zijn warmte verliezen en sneller bevriezen dan water met een koelere bovenkant.
• Opgeloste gassen: Heet water heeft minder capaciteit om opgeloste gassen vast te houden dan koud water, wat de snelheid van bevriezen kan beïnvloeden.
• Effect van de omgeving: Het verschil tussen de begintemperaturen van twee watercontainers kan een effect hebben op de omgeving die de koelsnelheid kan beïnvloeden. Een voorbeeld is warm water dat een reeds bestaande laag vorst smelt, waardoor een betere afkoeling mogelijk is.

Neem dit niet van mij aan! Als je twijfelt of warm water soms sneller vriest dan koud water, test het dan zelf. Houd er rekening mee dat het Mpemba-effect niet voor alle experimentele omstandigheden zichtbaar is, dus het kan zijn dat u moet spelen met de grootte van het watermonster en het koelwater (of probeer ijs te maken in je vriezer, als je dat accepteert als een demonstratie van het effect).

• Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). "Het Mpemba-effect in twijfel trekken: warm water koelt niet sneller dan koud". Wetenschappelijke rapporten. 6: 37665. doi:10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Verschillende manieren van waterstofbruggen in water - Waarom bevriest warm water sneller dan koud water?". Journal of Chemical Theory and Computation. 13 (1): 55–76. doi:10.1021 / acs.jctc.6b00735