Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Почему вода горячая
Новая теория объясняет, почему горячая вода замерзает быстрее холодной
В 1963 году танзанийский студент по имени Эрасто Мпемба заметил что-то странное, когда делал мороженое. Когда он заморозил горячую смесь, она охладилась быстрее, чем холодная смесь его одноклассника. Это явление позже было описано в исследовательской работе Мпемба в 1969 году и стало известным как эффект Мпемба. Но и по сей день никто точно не знает, как это работает.
Новое решение старой проблемы
В настоящее время ученые из Южного методистского университета в Техасе и Нанкинского университета в Китае опубликовали новую статью в журнале «Химическая теория и вычисления», в которой попытались дать ответ на этот вопрос. Они предполагают, что причиной этого явления может быть связь между атомами водорода и кислорода в соседних молекулах воды.
"Водородные связи изменяются при нагревании воды", — говорит Дитер Кремер из Южного методистского университета, который является одним из исследователей. Он добавил, что при более высоких температурах больше водородных связей оказываются сильными, потому что более слабые разбиваются. Это приводит к тому, что группы молекул образуют фрагменты, которые могли бы переориентироваться в кристаллическую структуру льда. Для более холодной воды эти связи должны быть сначала разорваны, прежде чем произойдет процесс образования фрагментов.
Спорная идея
Тем не менее идея о том, что горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная, остается спорной. Недавняя статья, опубликованная в «Научных докладах» в ноябре 2016 года, гласит, что не существовало «никаких доказательств, подтверждающих значимые наблюдения эффекта Мпемба». Авторы этой статьи добавили, они «не радовались такому выводу, а совсем наоборот», так как эффект пытались доказать люди всех возрастов и профессий.
Предложенные теории
Одной из основных проблем является то, что эффект трудно воспроизвести, хотя это не остановило ученых от попыток выдвинуть теории относительно того, как он мог бы работать. Одна из них говорит о том, что горячая вода может испаряться, а это снижает массу и количество жидкости, которая должна быть замороженной. Другая теория говорит, что вода при более низких температурах начинает замерзать от верхней части, в то время как теплая замерзает со дна, хотя это спорное утверждение.
Тем не менее эта тема продолжает интересовать многих ученых. Forbes отмечает, что в 2012 году Королевское сообщество химии даже провело конкурс, чтобы найти лучшее объяснение этого эффекта. Его победитель предположил, что главную роль здесь играет «переохлаждение». Но почему именно это происходит, даже если эффект Мпемба действительно существует, до сих пор непонятно. Возможно, это последнее исследование сможет предложить новое объяснение, но в настоящий момент проблема еще далека от своего решения.
fb.ru
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной?
Мнение учёных на этот счёт расходится. С точки зрения физики, если взять две ёмкости наполненные водой разной температуры, то та температура которой ниже, замёрзнет быстрее. Всем известно, что для перехода воды из жидкого состояние в твёрдое нужны определённые условия. В данном случае низкая температура. Физический процесс изменения агрегатного состояния жидкости происходит при температуре 0*С. Другими словами, чтобы из воды получить лёд, нужно чтобы жидкость остыла до нулевой точки отметки термометра. Так почему горячая вода замерзает быстрее холодной?
Если взять два стакана, в одном из которых будет горячая вода, а в другом – холодная и поместить обе ёмкости в холодильник, то по логике вещей быстрей замёрзнет холодная. Ведь её температура наиболее близка к 0*С, чем у горячей. Жидкости с более высокой температурой необходимо время для остывания. Время, затрачиваемое на спад температуры у горячей воды больше временного промежутка, необходимого для замерзания холодной. Простые вещи, которые легко понять и объяснить.
Но не всё так предсказуемо. Дело обстоит с точностью наоборот. Если в морозильную камеру поместить два стакана с жидкостями разной температуры, то быстрее замёрзнет та, температура которой выше.
Данное явление вызвало переполох среди учёных физиков. Этот парадокс не раз упоминал Аристотель, но найти объяснение чуду так и не мог. Кроме того, загадку физического явления пытались найти Бэкон и Декарт. Спустя годы феномен всё же заинтересовал физиков и они взялись за исследование факта.
Предыстория: возникновение вопроса почему горячая вода замерзает быстрее холодной?
Давным-давно школьник Эрасто Мпемба, во время приготовления мороженого заметил, что молоко с сахаром замерзает быстрее если его предварительно нагреть. С вопросом, ответ на который ученик не смог найти самостоятельно, Эрасто обратился к школьному учителю. В ответ, мальчик получил высмеивание со стороны педагога. Ответ учителя был таков: «Это какая-то физика Мпебы, а не всемирная, которая объясняет все явления».
Через некоторое время школу посетил профессор физики Деннис Осборн, работавший при университете Дар-эс-Салама. Любознательный юноша поспешил с аналогичным вопросом обратиться к Деннису. Как ни странно, профессор не усмехнулся, а лишь сказал, что не может дать объяснение тому, чего не видел собственными глазами. По возвращении в университет Осборн, вместе с коллегами провели соответствующий эксперимент. Судя по-всему, опыт удался, так как в 1969 году учёный вместе со школьником рассказали о своей работе известному издательству.
Научное обоснование
В то же время, известный канадский учёный Джордж Келл опубликовал статью с результатами своих исследований.
Он привёл некоторые варианты объяснения данного феномена, почему горячая вода замерзает быстрее холодной:
- Испарение горячей воды происходит быстрее, чем холодной. В результате этого уменьшается объём жидкости с более высокой температурой. В результате, замёрзнет быстрее та, объём которой меньше.
- Наличие под дном стакана снега создаёт подкладку. Под ёмкостью с горячей водой она тает, тем самым улучшается тепловой контакт с поверхностью.
- Присутствие кристаллизационных центов в охлаждаемой жидкости. Если присутствие центров кристаллизации в воде минимально,то процесс превращения жидкости в лёд затруднён.
- Процесс замерзания прохладной воды начинается сверху, тем самым уменьшая конвекцию. Горячая же вода начинает остывать снизу, теплоизлучение и конвекция протекают естественным образом.
Несколько лет назад было оглашено ещё одно предположение загадочного факта. В воде, не подвергающейся нагреванию, содержатся органические примеси, то есть растворённые в воде вещества: кальция бикарбонат и магния бикарбонат. Эти соединения содержатся в жёсткой воде. При нагревании эти вещества частично растворяются и выпадают в осадок, смягчая воду. В процессе замерзания и кристаллизации количество примесей значительно возрастает, понижая точку замерзания жидкости.
До сегодняшнего дня так и нашлось точного объяснения загадке науки, почему горячая вода замерзает быстрее холодной. Учёные не оставляют без внимания факт чуда и продолжают работать над феноменом. Открытие нового физического явления сделало простого школьника известным на весь мир. Это доказывает, что благодаря упорству и любознательности можно добиться больших высот.
detskoerazvitie.info
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Vovet.ru
О том, что горячая вода замерзает быстрее холодной, известно еще со времен Аристотеля, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Именно эти великие ученые впервые заметили такие необычные свойства воды. Это свойство, когда горячая вода замерзает быстрее холодной воды называют "эффектом Млемба". Почему так называют?
- в 1963 году Эрасто Б. Мпемба, будучи еще учеником средней школы в Танзании, приготавливая смесь для мороженого, заметил, что холодная смесь мороженого застывает в холодильнике медленнее, чем горячая. Парень, придя в школу, поделился своими открытиями с преподавателем физики, но тот только рассмеялся, не поверив ему. Парень настоял на своем и попросил преподавателя провести эксперимент и, проведя несколько опытов, он доказал свою правоту. А ведь по закону жанра первой замерзнуть должна была холодная вода, потому что горячей нужно сначала остыть, а потом только замерзнуть.
Ученые так и не могут объяснить внятно, как это получается.
Есть множество предположений, но единого мнения нет, ученые утверждают, что это может быть разницей в конвенции, воздействием разжиженных газов на холодную и горячую воду, образованием льда, разницей в переохлаждении.
Ученые из Вашингтонского университета заявляют, что такой эффект воды происходит из-за растворенных веществ в воде.
Как считает д-р Катц из Вашингтонского университета, растворенные вещества в воде - это бикарбонаты магния и кальция. Считается, что вода, которая не нагревалась, содержит эти примеси, а в теплой воде эти примеси осели. Если вода не нагревалась, по мере замерзания количество примесей в воде увеличивается. И воде с примесями приходится еще и остывать.
Вторая версия, что кислород + водород + холод = лед. Физик Дэвид Ауэрбах в своем эксперименте подогревал и охлаждал воду и это дало понять следующее: при нагревании пузырьки воздуха, растворенные в воде, улетучиваются. И вода без газов легче замерзает на стенке сосуда. Вода по его словам с высоким содержанием воздуха замерзнет, но произойдет это не при нуле градусов, а при минус 4-6 градусах по Цельсию. Поэтому специалисты рекомендуют заливать жидкость в бачок омывателя холодную, а не горячую воду.
Читайте так же полезные ответы:
vovet.ru
Почему вода замерзает
Почему вода замерзает? Вода – удивительное чудо природы. Она необходима для всего живого на земле. Именно в воде, как утверждают ученые, зародилась жизнь. Удивительно, что вода способна пребывать в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. При этом она может переходить из одного состояния в другое. Подавляющая часть воды на планете имеет состояние жидкости. Твердое состояние воды – лед.
Почему вода замерзает на холоде
На свойство воды переходить в различные состояния влияет ее состав. Молекулы воды слабо связаны между собой; они всегда движутся и группируются, но при этом не могут образовать определенную структуру. Вода принимает форму того сосуда, в который ее помещают, но самостоятельно она не может удерживать какую-то определенную модель. Например, нальем воду в кастрюлю, и жидкость примет ее форму, но вне посуды удержать не сможет.
При нагревании молекулы воды начинают перемещаться по отношению друг к другу еще быстрее и хаотичнее, теряя связь между собой в большей мере. При этом вода становится паром.
При влиянии на воду низких температур движение молекул затормаживается, связь между ними укрепляется, и тогда они могут построить структуру – кристаллы шестигранной формы. Состояние преобразования влаги в лед называется кристаллизацией, затвердеванием.
В таком крепком состоянии вода может долгое время сохранять различную приобретенную ею форму. Замерзать вода начинает при температуре 0 градусов по Цельсию. Таким образом, переход воды из жидкого состояния в твердое, в лед, обусловлен физическими свойствами воды, ее составом.
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной
Говоря о «превращении» воды в лед, наблюдаются любопытные явления. Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная, как бы маловероятно сия данность не выглядела. Об этом факте было известно давно, но долгое время не удавалось раскрыть тайну загадочного свойства воды. Лишь в двадцатом веке ученые всего мира попытались объяснить причину более быстрого замерзания горячей воды по сравнению с холодной.
В 1963 году мальчик по имени Мпемба из Танзании заметил, когда готовил мороженое, что вкусный деликатес застывает быстрее, если сделан из теплого, а не холодного молока. Над ним начали насмехаться, когда он поделился своими наблюдениями с учителем и друзьями. Лишь один человек – профессор Деннис Осборн, с которым Мпемба познакомился уже взрослым, обратил внимание на этот факт.
Выдвигалось много гипотез по поводу быстрого замерзания горячей воды, нежели холодной, но все они остались предположениями. «Странное» поведение воды называют «Эффект Мпембы». Исследования проводятся до сих пор. Ученые многих стран пытаются доказать «Эффект Мпембы», но пока что безрезультатно.
Многие исследователи считают этот факт, не заслуживающим внимания, так как мороженое имеет другие свойства в отличие от жесткой воды. Физики из Сингапура в 2013 году теоретически доказали загадку эффекта Мпембы, а подтверждений лабораторных исследований непонятного явления не существует до сих пор.
Вода замерзает сверху, а не снизу
Почти всем известно, что на водоемах при низких температурах сначала образуется тонкая ледяная корочка, которая становится толще и крепче при усилении морозов. И если бы не это удивительное свойство воды, то вряд ли, кто-нибудь смог бы покататься на коньках, так как лед просто опускался бы на дно водоема.
Вода, как и большая часть аналогичных веществ, при охлаждении сжимается и уменьшается в объеме, но до температуры не ниже 3 градусов по Цельсию. При более низких температурах вода, наоборот, расширяется, увеличивается ее плотность. Лед легче воды, и это удерживает его сверху.
Почему дистиллированная вода не замерзает
Дистиллированную воду называют чистой, она « освобождена» от всяких примесей, кислорода. Примеси являются теми фрагментами, к которым крепятся молекулы воды. При переходе из жидкого состояния в лед, примеси, присутствующие в воде, сжимаются, Дистиллированная вода из-за отсутствия других веществ расширяется, дистанция между молекулами увеличивается.
Образовавшийся лед будет плавать на поверхности, так как легче воды. И все же дистиллированная вода может замерзать, но температура ее замерзания гораздо ниже, чем обычной воды. При этом было замечено, что стоит ударить, например, по бутылке с дистиллированной водой или встряхнуть, и вода тут же начнет замерзать. Объясняется это сцеплением молекул при ударе.
Температура замерзания минеральной воды
Минеральная вода насыщена солями, химическими веществами, полезными для человека. Температура замерзания минеральной воды ниже, чем у обычной. При ударе по сосуду с водой или встряхивании процесс замерзания ускорится так же, как и в случае с дистиллированной водой. Молекулы воды будут сцепляться друг с другом и структурироваться в кристаллы, соответственно, вода будет замерзать.
Замерзает ли соленая вода
Есть люди, считающие, что соленая вода не замерзает. Это утверждение не совсем верно. Соленая вода тоже имеет свойство замерзать, но температура ее замерзания значительно ниже нулевой отметки. Объяснение этому заключается в молекулярном составе воды.
Соль, а точнее, ее маленькие кристаллы не позволяют молекулам воды соединиться. Замерзание соленой воды зависит от концентрации соли, содержащейся в ней. Чем больше соли в воде, тем ниже температура замерзания. Почему же антарктические льды и айсберги являются запасами пресной воды? По версии ученых, это фрагменты материка, отколовшиеся миллионы лет тому назад. Их образованию способствовало не то место, где они находятся.
Морская вода тоже замерзает при очень низких температурах. Кристаллы льда, образовавшиеся на поверхности воды, выталкивают кристаллы соли, поэтому, чем глубже, соляной раствор становится насыщеннее. Если взять лед с водной поверхности моря и растопить его, то растаявшая вода будет почти пресной.
Замерзает ли крещенская вода
Крещенскую воду называют «святой». Бытует мнение, что в Крещенскую ночь и в дальнейшие три дня вода во всех водоемах становится «святой», обладающей магическими свойствами исцеления. Она действительно может храниться долгое время, не изменяя своих вкусовых качеств, но замерзает. В этом может убедиться каждый желающий. Поместите на мороз 2 бутылочки, заполненные простой водой, и набранной в Крещенскую ночь. Вода одинаково замерзнет в обеих бутылках.
Замерзает ли вода в колодце
Люди предпочитают пить воду из колодца, считая ее более полезной и пригодной для организма. Замерзает ли вода в колодце зимой? Ответ на этот вопрос очевиден. Если колодец достаточно глубокий, уровень воды не поднимается выше точки промерзания земли, соответственно, что вода в колодце не замерзнет. Если колодец мелкий, то верхний слой воды может покрыться ледяной коркой или значительным пластом льда.
Вода – поразительное вещество, способное переходить из одного состояния в другое, благодаря своему химическому составу. Температура замерзания воды различна. Вода – единственное, вероятно, исключительное вещество, способное расширяться при низких температурах.
Замороженная вода
О значении и пользе воды для жизни известно всем. Оказывается, что оттаявшая после замерзания вода обладает целебными свойствами на организм человека. Она меняет свою структуру после процессов замораживания и оттаивания. Долголетию горцев многие приписывают употребление ими талой воды из источников, протекающих в горах.
pochemu24.ru
Почему вода в гейзере горячая.
Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник — это уже само по себе удивительно. Вот отверстие в земле, наполненное горячей водой. Откуда появляется эта вода? Почему она горячая? И что заставляет ее выстреливать фонтаном в воздух, образуя гейзер?
У всех гейзеров отверстие, которое называется трубкой, ведет с поверхности земли в подземные резервуары, которые служат хранилищами воды. Источником основного количества воды являются дожди и снега.
В недрах Земли горные породы очень горячие. Скорее всего, это неостывшая лава, которая называется магмой. Газы от этих раскаленных пород, в основном пар, поднимаются по трещинам в скальных породах и достигают подземных резервуаров. Здесь они нагревают воду до температуры кипения, а то и выше.
Так получается горячий источник. А что делает его гейзером? Трубка или проход, идущий от воды до горячих пород вниз (туда, откуда исходит тепло), имеет изогнутую, неправильную форму, что мешает пару просто подниматься на поверхность. Если бы пар и вода свободно выходили снизу, то получился бы просто постоянно кипящий источник.
Гейзер извергается, потому что вода в каменных ловушках подземной водоносной системы нагревается до кипения и сразу превращается в пар.
Пару требуется большее пространство, чем той воде, из которой он образовался, и поэтому он выталкивает находящийся над ним водяной столб. По мере того, как пар перемещается наверх, давление внизу снижается, и в пар превращается еще большее количество воды. Вместо того, чтобы спокойно вытекать на поверхность, вода мощно вырывается наружу из-за выталкивающего ее пара—и мы видим гейзер!
Для того, чтобы оставить комментарий необходимо зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим логином и паролем
www.filipoc.ru
Почему вода в гейзере горячая?. Кто есть кто в мире природы
Почему вода в гейзере горячая?
Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник – это уже само по себе удивительно. Вот отверстие в земле, наполненное горячей водой. Откуда появляется эта вода? Почему она горячая? И что заставляет ее выстреливать фонтаном в воздух, образуя гейзер?
У всех гейзеров отверстие, которое называется трубкой, ведет с поверхности земли в подземные резервуары, которые служат хранилищами воды. Источником основного количества воды являются дожди и снега.
В недрах Земли горные породы очень горячие. Скорее всего, это неостывшая лава, которая называется магмой. Газы от этих раскаленных пород, в основном пар, поднимаются по трещинам в скальных породах и достигают подземных резервуаров. Здесь они нагревают воду до температуры кипения, а то и выше.
Так получается горячий источник. А что делает его гейзером? Трубка или проход, идущий от воды до горячих пород вниз (туда, откуда исходит тепло), имеет изогнутую, неправильную форму, что мешает пару просто подниматься на поверхность. Если бы пар и вода свободно выходили снизу, то получился бы просто постоянно кипящий источник.
Гейзер извергается, потому что вода в каменных ловушках и изгибах подземной водоносной системы нагревается до кипения и сразу превращается в пар.
Пару требуется большее пространство, чем той воде, из которой он образовался, и поэтому он выталкивает находящийся над ним водяной столб. По мере того, как пар перемещается наверх, давление внизу снижается, и в пар превращается еще большее количество воды. Вместо того, чтобы спокойно вытекать на поверхность, вода мощно вырывается наружу из-за выталкивающего ее пара – и мы видим гейзер!
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
info.wikireading.ru
Почему вода в гейзере горячая?. Все обо всем. Том 2
Почему вода в гейзере горячая?
Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник — это уже само по себе удивительно. Вот отверстие в земле, наполненное горячей водой. Откуда появляется эта вода? Почему она горячая? И что заставляет ее выстреливать фонтаном в воздух, образуя гейзер? У всех гейзеров отверстие, которое называется трубкой, ведет с поверхности земли в подземные резервуары, которые служат хранилищами воды. Источником основного количества воды являются дожди и снега.
В недрах Земли горные породы очень горячие. Скорее всего, это не остывшая лава, которая называется магмой. Газы от этих раскаленных пород, в основном пар, поднимаются по трещинам в скальных породах и достигают подземных резервуаров. Здесь они нагревают воду до температуры кипения, а то и выше. Так получается горячий источник.
А что делает его гейзером? Трубка или проход, идущий от воды до горячих пород вниз (туда, откуда исходит тепло), имеет изогнутую, неправильную форму, что мешает пару просто подниматься на поверхность. Если бы пар и вода свободно выходили снизу, то получился бы просто постоянно кипящий источник. Гейзер извергается, потому что вода в каменных ловушках подземной водоносной системы нагревается до кипения и сразу превращается в пар. Пару требуется большее пространство, чем той воде, из которой он образовался, и поэтому он выталкивает находящийся над ним водяной столб. По мере того, как пар перемещается наверх, давление внизу снижается, и в пар превращается еще большее количество воды. Вместо того, чтобы спокойно вытекать на поверхность, вода мощно вырывается наружу из-за выталкивающего ее пара — и мывидим гейзер!
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
info.wikireading.ru
.jpg)
