Это действительно так, хотя звучит невероятно, т.к в процессе замерзанияпредварительно нагретая вода должна пройти температуру холодной воды. Между тем, этот эффектшироко используется.Например, катки и горки зимой заливают горячей, а не холодной водой. Специалисты советуют автомобилистам заливать зимой в бачок омывателя холодную, а не горячую воду. Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы».

Этот феномен упоминали в своё время Аристотель, Френсис Бэкон и Рене Декарт, однако лишь в 1963 году на него обратили внимание профессора физики и попытались исследовать. Все началось с того, что танзанийский школьник Эрасто Мпемба заметил, что подслащенное молоко, которое он использовал для приготовления мороженного, застывает быстрее, если оно было предварительно нагрето и выдвинул предположение, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы».

К счастью, однажды в школе побывал Деннис Осборн, профессор физики из университета Дар-эс-Салама. И Мпемба обратился к нему с тем же вопросом. Профессор был настроен менее скептически, сказал, что он не может судить о том, чего никогда не видел, и по возвращении домой попросил сотрудников провести соответствующие эксперименты. Похоже, они подтвердили слова мальчика. Во всяком случае, в 1969 году Осборн рассказал о работе с Мпембой в журнале «англ. Physics Education ». В том же году Джордж Келл из канадского Национального исследовательского совета опубликовал статью с описанием явления в «англ. American Journal of Physics ».

Есть несколько вариантов объяснения этого парадокса:

Горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.
Наличие снеговой подкладки. Контейнер с горячей водой протаивает под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт с охлаждающей поверхностью. Холодная вода не протаивает под собой снег. При отсутствии снеговой подкладки контейнер с холодной водой должен замерзать быстрее.
Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу. При дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.
Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде — растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров в холодной воде превращение воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру.

Недавно было опубликовано еще одно объяснение. Д-р Джонатан Катц (Jonathan Katz) из Вашингтонского университета исследовал это явление и пришел к выводу, что важную роль в нем играют растворенные в воде вещества, которые при нагревании осаждаются.
Под растворенными веществами д-р Катц подразумевает бикарбонаты кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде. Когда воду нагревают, эти вещества осаждаются, вода становится «мягкой». Вода, которая никогда не нагревалась, содержит эти примеси, она «жесткая». По мере ее замерзания и образования кристаллов льда концентрация примесей в воде увеличивается в 50 раз. Из-за этого понижается точка замерзания воды.

Мне это объяснение не кажется убедительным, т.к. не надо забывать, что эффект был обнаружен в опытах с мороженным, а не с жесткой водой. Скорее всего причины явления теплофизические, а не химические.

Пока однозначного объяснения парадокса Мпембы не получено. Надо сказать, что некоторые ученые не считают этот парадокс заслуживающим внимания. Однако это очень интересно, что простой школьник добился признания физического эффекта и получил популярность из-за своей любознательности и настойчивости.

Добавлено в феврале 2014 г.

Заметка была написана в 2011 г. С тех пор появились новые исследования эффекта Мпембы и новые попытки его объяснения. Так, в 2012 г. Королевское химическое общество Великобритании объявило международный конкурс на разгадку научной тайны “Эффект Мпембы” с призовым фондом 1000 фунтов. Дедлайн был установлен 30 июля 2012 года. Победителем стал Никола Бреговик из лаборатории университета Загреба. Он опубликовал свой труд, в котором анализировал предыдущие попытки объяснения этого явления и пришел к выводу, что они не убедительны. Предложенная им модель основана на фундаментальных свойствах воды. Желающие могут найти работу по ссылке http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Исследования на этом не завершились. В 2013 г. физики из Сингапура теоретически доказали причину эффекта Мепембы. Работу можно найти по ссылке http://arxiv.org/abs/1310.6514 .

Похожие по тематике статьи на сайте:

Другие статьи раздела

Почему горячая вода испаряется быстрее? Учеными, практически доказано, что стакан горячей воды замерзает быстрее, чем холодной. Ученые это явление объяснить не могут по той причине, что они не понимают сущности явлений: теплоты и холода! Теплота и холод, это физическое ощущение, которое вызывает взаимодействие частиц Материи, в виде встречного сжатия магнитных волн, которые движутся со стороны пространства и от центра земли. Поэтому, чем больше разность потенциалов, этого магнитного напряжения, тем быстрее осуществляется энергообмен методом встречного проникновения одних волн в другие. То есть, методом диффузии! В ответ на мою статью, один оппонент пишет:1) « ..Горячая вода БЫСТРЕЕ испаряется, в результате чего ее остается меньше, поэтому она быстрее замерзает» Вопрос! Какая энергия заставляет воду быстрее испаряться? 2) В моей статье ведется разговор о стакане, а не о деревянном корыте, которое в качестве контраргумента приводит оппонент. Что не корректно! Отвечаю на вопрос: «ПО КАКОЙ ПРИЧИНЕ ВОДА В ПРИРОДЕ ИСПАРЯЕТСЯ?» Магнитные волны, которые всегда движутся от центра земли в пространство, преодолевая встречное давление магнитных волн сжатия, (которые всегда движутся из пространства к центру земли)при этом, распыляют частицы воды, так как двигаясь в пространство, они увеличиваются в объеме. То есть, расширяются! В случае преодоления магнитных волн сжатия, эти пары воды сжимаются(конденсируются) и под действием этих магнитных сил сжатия, вода в виде осадков возвращается на землю! С уважени6м! Алексей Мишнев. 6 октября 2012 года.

Алексей Мишнев. , 06.10.2012 04:19

Что такое температура. Температура- это степень электромагнитного напряжения магнитных волн с энергией сжатия и расширения. В случае равновесного состояния этих энергий, температура тела или вещества находится в стабильном состоянии. При нарушении равновесного состояния этих энергий, в сторону энергии расширения, тело или вещество увеличивается в объеме пространства. В случае превышения энергии магнитных волн в сторону сжатия, тело или вещество уменьшается в объеме пространства. Степень электромагнитного напряжения определяется по степени расширения или сжатия эталонного тела. Алексей Мишнев.

Моисеева Наталия , 23.10.2012 11:36 | ВНИИМ

Алексей, Вы говорите о какой-то статье, в которой изложены Ваши соображения о понятии температуры. Но ее никто не читал. Дайте, пожалуйста, ссылку. Вообще, Ваши взгляды на физику очень своеобразные. Никогда не слышала об "электромагнитном расширении эталонного тела".

Юрий Кузнецов , 04.12.2012 12:32

Предлагается гипотеза, что это работает межмолекулярный резонанс и порождаемое им пондеромоторное притяжение между молекулами. В холодной воде молекулы двигаются и колеблются хаотически, с разной частотой. При нагреве воды, с повышением частоты колебаний, их диапазон сужается (уменьшается разница частот от жидкой горячей воды до точки парообразования), частоты колебаний молекул приближаются друг к другу, вследствие чего между молекулами возникает резонанс. При охлаждении этот резонанс частично сохраняется, угасает не сразу. Попробуйте прижать одну из двух струн гитары, находящихся в резонансе. Теперь отпустите - струна опять начнет вибрировать, резонанс восстановит ее колебания. Так и в замораживаемой воде наружные охлаждаемые молекулы пытаются потерять амплитуду и частоту колебаний, но «теплые» молекулы внутри сосуда «вытаскивают» колебания назад, выступают в роли вибраторов, а наружные - резонаторов. Между вибраторами и резонаторами и возникает пондеромоторное притяжение*. Когда пондеромоторная сила становится больше силы, вызванной кинетической энергией молекул (которые не только вибрируют, но и двигаются линейно), происходит ускоренная кристаллизация - «Эффект Мпемба». Пондеромоторная связь очень зыбкая, Мпемба-эффект сильно зависит от всех сопутствующих факторов: объема замораживаемой воды, характера ее разогрева, условий замораживания, температуры, конвекции, условий теплообмена, насыщения газом, вибрации холодильного агрегата, вентиляции, примесей, испарения и пр. Возможно, даже от освещения… Поэтому эффект имеет массу объяснений и его, порой, трудно воспроизвести. По той же «резонансной» причине кипяченая вода закипает быстрее некипяченой - резонанс некоторое время после кипячения сохраняет интенсивность колебаний молекул воды (потеря энергии при охлаждении в основном приходится на потерю кинетическую энергии линейного движения молекул). При интенсивном нагреве молекулы-вибраторы меняются ролями с молекулами-резонаторами в сравнении с замораживанием - частота вибраторов меньше частоты резонаторов, а это означает, что между молекулами возникает не притяжение, а отталкивание, что и ускоряет переход в другое агрегатное состояние (пара).

Влад , 11.12.2012 03:42

Сломал мозг...

Антон , 04.02.2013 02:02

1.Неужели это пондеромоторное притяжение на столько велико, что влияет на процесс теплообмена? 2. Значит ли это, что при нагреве всех тел до определенной температуры их структурные частицы вступают в резонас? 3. вследствии чего при охлаждении этот резонанс исчезает? 4. Это Ваше предположение? Если есть источник, укажите. 5. По этой теории форма сосуда будет играть важную роль, и если он будет тонким и плоским, то разница во времени замерзания будет не велика, т.е. можно это проверить.

Гудрат , 11.03.2013 10:12 | METAK

В холодной воде уже есть атомы азота и расстояния между молекулами воды ближе чем в горячей воде. То есть, вывод: Горячая вода вбирает в себя атомы азота быстрее и при этом он быстро замерзает чем холодная вода, - это сравнимо с закалкой железа, так как горячая вода превращается в лёд и горячее железо твердеет при быстром охлаждении!

Владимир , 13.03.2013 06:50

а может так: плотность горячей воды и льда меньше плотности холодной воды, и поэтому воде не надо изменять свою плотность, теряя на этом какое-то время и она замерзает.

Алексей Мишнев , 21.03.2013 11:50

Прежде, чем рассуждать о резонансах, притяжениях и колебаниях частиц, надо понять и ответить на вопрос: Какие силы заставляют колебаться частицы? Так как, без кинетической энергии, не может быть сжатия. Без сжатия, не может быть расширения. Без расширения, не может быть кинетической энергии! Когда,начинаете рассуждать о резонансе струн,Вы сперва приложили усилие, что бы одна из этих струн начала колебаться! Рассуждая о притяжении, Вы в первую очередь должны указать силу, которая заставляет эти тела притягиваться! Мной утверждается, что все тела сжимаются электромагнитной энергией атмосферы и которая сжимает все тела, вещества и элементарные частицы с силой 1,33 кг. не на см2, а на элементарную частицу.Так как, давление атмосферы, не может быть избирательным!Не путать, с количеством силы!

Додик , 31.05.2013 02:59

Мне кажется, что вы забыли одну истину - "Наука начинается там, где начинаются измерения". Какова температура "горячей" воды? Какова температура "холодной" воды? В статье об этом ни слова не говориться. Отсюда можно сделать вывод - вся статья это чушь собачья!

Григорий , 04.06.2013 12:17

Додик, прежде, чем статью чушью называть, надо думать научиться, хоть немного. А не только измерять.

Дмитрий , 24.12.2013 10:57

Молекулы горячей воды двигаются быстрее чем в холоде, из-за этого происходит более плотный контакт с окружающей средой, они как бы впитавают весь холод быстро замедляясь.

Иван , 10.01.2014 05:53

Удивляет появление подобной анонимной статьи на этом сайте. Статья совершенно ненаучная. Как автор, так и комментаторы наперебой пускаются в поиски объяснения феномена, не удосужившись выяснить, а наблюдается ли феномен вообще и если наблюдается, то при каких условиях. Более того, нет даже договорённости о том, что собственно наблюдаем! Так автор настаивает на необходимости объяснения эффекта быстрого замерзания именно горячего мороженого, хотя из всего текста (и слов "эффект был обнаружен в опытах с мороженным") следует, что сам он подобных опытов не ставил. Из перечисленных в статье вариантов "объяснения" явления видно, что описываются совершенно разные эксперименты, поставленные в разных условиях с разными водными растворами. Как суть объяснений, так и сослагательное наклонение в них наводят на мысль, что не проводилась даже элементарная проверка высказанных идей. Кто-то случайно услышал курьёзную историю и походя высказал своё умозрительное заключение. Извините, но это не физическое научное исследование, а разговор в курилке.

Иван , 10.01.2014 06:10

По поводу замечаний в статье о заливке катков горячей водой и бачков омывателя стёкол холодной. Тут всё просто с точки зрения элементарной физики. Каток заливают горячей водой как раз потому, что замерзает она медленнее. Каток должен быть ровным и гладким. Попробуйте залить его холодной водой - получите бугры и "наплывы", т.к. вода будет _быстро_ замерзать не успевая растечься равномерным слоем. А горячая и успеет ровным слоем растечься, и уже имеющиеся ледяные и снежные бугорки растопит. С омывателем тоже не сложно: заливать чистую воду в мороз нет смысла - на стекле она замерзает (даже горячая); а горячая незамерзающая жидкость может привести к растрескиванию холодного стекла, плюс на стекле будет иметь повышенную температуру замерзания из-за ускоренного испарения спиртов ещё на пути к стеклу (с принципом работы самогонного аппарата все знакомы? - спирт испаряется, вода остаётся).

Иван , 10.01.2014 06:34

А по сути явления, глупо спрашивать, почему два разных эксперимента в разных условиях протекают по-разному. Если эксперимент ставить чисто, то нужно брать горячую и холодную воду одинакового химического состава - берём предварительно охлаждённый кипяток из того же чайника. Наливаем в одинаковые сосуды (например, тонкостеные стаканы). Ставим не на снег, а на одинаковое ровное сухое основание, например, деревянный стол. И не в микроморозилку, а в достаточно объёмный термостат - я проводил опыт пару лет назад на даче, когда на улице была стабильная морозная погода около -25С. Вода кристаллизуется при определённой температуре после отдачи теплоты кристаллизации. Гипотеза сводится к утверждению, что горячая вода остывает быстрее (это так, в соответсвии с классической физикой скорость теплообмена пропорциональна разности температур), но сохраняет повышенную скорость остывания даже когда её температура сравняется с температурой холодной воды. Спрашивается, чем вода, остывшая до температуры +20С на улице отличается от точно такой же воды, которая остыла до температуры +20С за час до этого, но в комнате? Классическая физика (кстати, основанная не на болтовне в курилке, а на сотнях тысяч и миллионах экспериментов) говорит: да ничем, дальнейшая динамика остывания будет одинаковой (только точки +20 кипяток достигнет позже). И эксперимент показывает то же: когда в стакане с первоначально холодной водой уже прочная корка льда, горячая вода даже и не думала замерзать. P.S. К комментариям Юрия Кузнецова. Наличие определённого эффекта можно считать установленным, когда описаны условия его возникновения и он стабильно воспроизводится. А когда имеем непонятно какие эксперименты с неизвестно какими условиями, строить теории их объяснения преждевременно и это ничего не даёт с научной точки зрения. P.P.S. Ну а комменты Алексея Мишнева читать без слёз умиления невозможно - человек живёт в каком-то выдуманном мире, не имеющем отношения к физике и реальным экспериментам.

Григорий , 13.01.2014 10:58

Иван, к я понимаю, Вы опровергаете эффект Мпембы? Его не существует, как показывают Ваши эксперименты? Почему же он так известен в физике, и многие пытаются его объяснить?

Иван , 14.02.2014 01:51

Добрый день, Григорий! Эффект нечисто поставленного эксперимента существует. Но, как понимаете, это не повод искать новые закономерности в физике, а повод совершенствовать мастерство экспериментатора. Как я уже отмечал в комментариях, во всех упомянутых попытках объяснить "эффект Мпембы" исследователи даже не могут чётко сформулировать, что же именно и при каких условиях они измеряют. И Вы хотите сказать, что это физики-экспериментаторы? Не смешите. Эффект известен не в физике, а в околонаучных обсуждениях на разных форумах и блогах, коих сейчас море. Как реальный физический эффект (в смысле как следствие каких-то новых физических законов, а не как следствие неверной интерпретации или просто миф) его воспринимают люди, далёкие от физики. Так что нет причин говорить как о едином физическом эффекте о результатах разных экспериментов, поставленных в совершенно разных условиях.

Павел , 18.02.2014 09:59

мда, ребят... статья для "Спид Инфо" ... Без обид... ;) Иван во всем прав...

Григорий , 19.02.2014 12:50

Иван, я согласен, что сайтов околонаучной тематики, публикующих непроверенный сенсационный материал сейчас много.? Ведь эффект Мпембы до сих пор исследуют. Причем исследуют ученые из университетов. Например, в 2013 г. этот эффект исследовала группа из Технологического университета в Сингапуре. Посмотрите по ссылке http://arxiv.org/abs/1310.6514. Они считают, нашли объяснение этому эффекту. Не буду подробно писать о сути открытия, но по их мнению эффект связан с разницей энергий, запасенных в водородных связях.

Моисеева Н.П. , 19.02.2014 03:04

Для всех, интересующихся исследованиями эффекта Мпембы, я немного дополнила материал статьи и привела ссылки, по которым можно ознакомиться с новейшими результатами (см. текст). Спасибо за комментарии.

Ильдар , 24.02.2014 04:12 | нет смысла все перечислять

Если этот эффект Мпембы действительно имеет место, то объяснение надо искать, я думаю в молекулярном устройстве воды. Вода (как мне стало известно из научно-популярной литературы) существует не отдельными молекулами H2O, а кластерами из нескольких молекул (даже десятков). При повышении температуры воды скорость движения молекул увеличивается, кластеры разбиваются друг об друга и валентные связи молекул не успевают собрать большие кластеры. На формирование кластеров уходит чуть больше времени, чем на снижение скорости движения молекул. А поскольку кластеры мельче, то и формирование кристаллической решётки происходит быстрее. В холодной воде, судя по всему, крупные достаточно устойчивые кластеры препятствуют образованию решётки, требуется некоторое время на их разрушение. Сам видел по телевизору любопытный эффект, когда спокойно стоячая в банке холодная вода несколько часов на холоде оставалась жидкой. Но как только банку взяли в руки, то есть чуть стронули с места, вода в банке сразу же кристаллизовалась, стала непрозрачной, и банка лопнула. Ну поп, показавший этот эффект, объяснял это тем, что вода была освящена. Кстати, оказывается, вода сильно изменяет свою вязкость в зависимости от температуры. Нам, как существам крупным, это незаметно, а на уровне мелких (мм и меньше) рачков, а тем более бактерий, вязкость воды является весьма существенным фактором. Эта вязкость, я думаю, тоже задаётся размерами водяных кластеров.

СЕРЫЙ , 15.03.2014 05:30

всё вокруг что мы видим это поверхностные характеристики (свойства) так что мы принимаем за энергию только то что можем измерить или доказать существование любым способом иначе тупик. данный феномен эффект Мпембы может обьяснить только простая обьёмная теория которая обьединит все физические модели в единую структуру взаимодействия. на самом деле всё просто

никита , 06.06.2014 04:27 | кар

а как сделать чтобы вода осталось холодная ане не была теплой когда едешь в машине!

алексей , 03.10.2014 01:09

А вот еще одно "открытие", на ходу. Вода в пластиковой бутылке намного быстрее замерзает с открытой пробкой. Ради забавы ставил эксперимент много раз на сильном морозе. Эффект очевидный. Привет теоретикам!

Евгений , 27.12.2014 08:40

Принцип испарительного охладителя. Берем две герметично закрытые бутылки с холод и горяч водой. Ставим на мороз. Холодная вода замерзает быстрее. Теперь берем эти же бутылки с холод и горяч водой открываем и ставим на мороз. Горячая вода замерзнет быстрее холодной. Если мы возьмем два тазика с холод и горяч водой то горячая вода замерзнет намного быстрее. Это связано с тем что мы увеличиваем контакт с атмосферой. Чем интенсивнее испарение тем быстрее происходит падение температуры. Тут надо упомянуть фактор влажности. Чем ниже влажность тем сильнее испарение и сильнее охлаждение.

серый ТОМСК , 01.03.2015 10:55

СЕРЫЙ, 15.03.2014 05:30 - продолжение То что вы знаете о температуре - это не всё . Там есть ещё кое-что. Если правильно составить физическую модель температуры то она станет ключём описания энергетических процессов от диффузии, плавления и кристаллизации и до таких масштабов как повышение температуры с повышением давлениея, повышение давления с повышением температуры. Даже физическая модель энергии Солнца станет понятна из вышеописанного. Я зимой. . в начале весны 20013 года посмотрев на температурные модели составил общую температурную модель. Через пару месяцев я вспомнил про температурный парадокс и тут я понял... что моя температурная модель описывает и парадокс Мпемба. Это было в мае - июне 2013 года. На год опоздал но это к лучшему. Моя физическая модель стоп кадр и её можно промотать как вперёд так и назад и в ней есть моторика активности, та самая активность в которой всё движется. У меня 8 классов школы и 2 года училища с повтором темы. 20 лет прошло. Так что всякого рода физические модели знаменитых учёных приписать не могу, как и формулы. Так что извините.

Андрей , 08.11.2015 08:52

Вообще у меня есть мысль о том почему горячая вода замерзает быстрей холодной воды. И в моих объяснениях всё очень просто если вам интересно то пишите мне в email: [email protected]

Андрей , 08.11.2015 08:58

Прошу прощения я дал не тот почтовый ящик вот правильный email: [email protected]

Виктор , 23.12.2015 10:37

Мне кажется все проще, снег у нас выпадает, это испарившийся газ, охлажденный, дак может в мороз потому и остывает быстрее горячая, что она испаряется и тут же далеко не поднимаясь кристаллизуется, а вода в газообразном состоянии остывает быстрее чем в жидком)

Бекжан , 28.01.2016 09:18

Если бы даже кто то раскрыл эти законы мира которое связаны с эти эффектом,то он бы не писал тут.С моей точки зрении было бы не логично раскрыть его секреты для пользователям интернета,когда он может его опубликовать на знаменитых научных журналах и доказать сам лично перед народом.Так что,что тут будет писаться про этот эффект,все это большинство не логичные.)))

Алекс , 22.02.2016 12:48

привет Экспериментаторам Вы правы, говоря, что Наука начинается там, где... не Измерения, а Вычисления. "Эксперимент" - вечный и непременный аргумент для лишенных Воображения и Линейного мышления Всех обидел, теперь по делу Е= mc2 - все помнят? Скорость молекул, вылетающих из холодной воды в атмосферу определяет объем уносимой ими из воды энергии (остывание - потеря энергии) Скорость молекул из горячей воды гораздо выше и уносимая энергия - в квадрате (скорость остывания оставшейся массы воды) Вот и все, если уйти от "экспериментаторства" и вспомнить Базовые основы Науки

Владимир , 25.04.2016 10:53 | Метео

В те времена, когда тосол был редкостью, воду из системы охлаждения автомобилей в неотапливаемом гараже автохозяйства после рабочего дня сливали, чтобы не разморозить блок цилиндров или радиатор- иногда и то и другое вместе. Утром заливали горячую воду. В лютый мороз двигатели запускались без проблем. Как то за отсутствием горячей воды залили воду из под крана. Вода тут же замерзла. Эксперимент дорого обошёлся- ровно столько, сколько стоит купить и заменить блок цилиндров и радиатор автомобиля ЗИЛ-131. Кто не верит-пусть проверит. а Мпемба экспериментировал на мороженом. В мороженом кристаллизация идёт иначе, чем в воде. Побробуйте откусить зубами кусочек мороженого и кусочек льда. Скорее всего оно не замерзало,а загустевало в результате остывания. А пресная вода-будь она горячая или холодная замерзает при 0*С. Холодная вода-быстро,а горячей время на остывание нужно.

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | to Алекс

"с" - скорость света в вакууме E=mc^2 - формула, выражающая эквивалентность массы и энергии

Альберт , 27.07.2016 08:22

Сначала аналогия с твердыми телами (процесс испарения отсутствует). Недавно спаивал медные водопроводные трубы. Процесс происходит нагреванием газовой горелки до температуры плавления припоя. Время разогрева одного стыка с муфтой составляет примерно одну минуту. Спаял один стык с муфтой и через пару минут сообразил, что спаял неправильно. Понадобилось немного прокрутить трубу в муфте. Стал снова разогревать горелкой стык и, к удивлению, понадобилось минуты 3-4, чтобы разогреть стык до температуры плавления. Как же так!? Ведь труба всё ещё горячая и, казалось бы, нужно гораздо меньше энергии, чтобы нагреть её до температуры плавления, но всё оказалось наоборот. Всё дело в теплопроводности, которая у уже прогретой трубы существенно выше и граница между прогретой и холодной трубой за две минуты успела сдвинуться далеко от места стыка. Теперь про воду. Будем оперировать понятиями горячий и полу нагретый сосуд. В горячем сосуде образуется узкая граница температурного раздела между горячими, сильно подвижными частицами и малоподвижными, холодными, которая относительно быстро перемещается от периферии к центру, потому что на этой границе быстрые частицы быстро отдают свою энергию (охлаждаются) частицами по ту сторону границы. Так как объём наружных холодных частиц больше, то быстрые частицы, отдавая свою тепловую энергию, не могут существенно разогреть наружные холодные частицы. Поэтому процесс остывания горячей воды происходит относительно быстро. Полу нагретая же вода обладает гораздо меньшей теплопроводностью и ширина границы между полу нагретыми и холодными частицами существенно шире. Смещение к центру такой широкой границы происходит значительно медленнее, чем в случае с горячим сосудом. В итоге горячий сосуд остывает быстрее теплого. Думаю, нужно проследить в динамике процесс остывания разно температурной воды разместив несколько датчиков температуры от середины до края сосуда.

Макс , 19.11.2016 05:07

Проверено: на ямале в мороз труба с гтрячей водой перемерзает и ее приходиться отогревать, а холодная нет!

Артем , 09.12.2016 01:25

Сложно, но я думаю что холодная вода плотнее горячей еще лучше кипяченой и тут проходит ускорение по охлождению и т.е. горячая вода доходит до температуры холодной и обгоняет ее, а если учитывать то что горячая вода замерзает снизу а не с верху как написанно выше то это на много ускоряет процесс!

Александр Сергеев , 21.08.2017 10:52

Нет такого эффекта. Увы. В 2016 году вышла подробная статья по теме в Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Из нее ясно, что при аккуратном проведении экспериментов (если образцы теплой и холодной воды одинаковы во всем, кроме температуры) эффект не наблюдается.

Завлаб , 22.08.2017 05:31

Victor , 27.10.2017 03:52

"Это действительно так." - если в школе не понял, что такое теплоёмкость и закон сохранения энергии. Проверить просто - для этого нужны: желание, голова, руки, вода, холодильник и будильник. А катки, как пишут специалисты, намораживают (заливают) холодной водой, а тёплой - выравнивают порезанный лёд. И в бачок омывателя зимой нужно лить незамерзающую жидкость, а не воду. Вода в любом случае замёрзнет, причём холодная - быстрее.

Ирина , 23.01.2018 10:58

ученые всего Мира бьются над этим парадоксом,начиная со времен Аристотеля,а Виктор,Завлаб и Сергеев оказались самыми умными.

Денис , 01.02.2018 08:51

Все правильно в статье написано. Но причина несколько другая. В процессе кипячения из воды выпаривается растворённый в ней воздух следовательно по мере охлаждения кипятка в итоге его плотность будет меньше чем у сырой воды той же температуры. Других причин для разной теплопроводности кроме разной плотности нет.

Завлаб , 01.03.2018 08:58 | Завлаб

Ирина:) , "ученые всего Мира" на этим "парадоксом" не бьются, для настоящих учёных этого "парадокса" просто нет - это легко проверяется в хорошо воспроизводимых условиях. "Парадокс" появился из-за невоспроизводимых экспериментов африканского мальчика Мпембы и раздут ему подобными "учеными" :)

miroland , 23.03.2019 07:20

танзанийский мальчуган, живущий в самом сердце Африки, который, весьма вероятно, снег в глаза никогда не видел... ;-D я ничего не путаю???)))

Очищенная путем испарения, охлаждения и конденсации жидкость имеет особые физические свойства. Ее рекомендуют использовать в отопительной системе, поскольку отсутствуют соли, а также кислород. Это положительно влияет на длительность функционирования оборудования.

Но многих интересует вопрос, замерзает ли дистиллированная вода при температуре ниже 0˚ С?

Несложно провести опыт в домашних условиях, и получить ответ на этот вопрос. Мы увидим, что при 0˚ С она останется жидкой. Даже если мы понизим температуру, физическое состояние ее не измениться.

Так при скольких градусах замерзает вода?

Наблюдается интересное свойство дистиллированной воды при отрицательной температуре. Если в нее опустить кусок льда, снега, воздуха или пыли — моментально появятся кристаллы по всему объему.

Это объясняется тем, что вода из-под крана имеет много центров кристаллизации: соли, воздух внутри, поверхность тары и так далее. Очищенные жидкости таких центров не имеют. Благодаря чему она можете значительно переохлаждаться.

Законы физики гласят, что чем больше жидкость очищена от примесей, тем ниже порог перехода в твердое состояние.

Дистиллированная вода замерзает при -10˚ С и ниже. Этим объясняется ее преимущество перед другими теплоносителями в период отопления. Благодаря данному свойству, при обогреве помещения она может конкурировать с антифризом.

При этом имеется ряд дополнительных преимуществ перед другими теплоносителями:

экологическая чистота;
безопасность для жизни и здоровья человека;
бережное отношение к трубам;
простота в использовании;
доступность.

Теперь вы знаете, что дистиллированная вода замерзает при температуре ниже 10 градусов, поэтому можно быть спокойным за свою систему отопления.

Надеемся, что статья была вам полезна. Будем благодарны, если поделитесь ею в соцсетях.

Хорошего вам дня!

Историческая справка

Что в вопросе с замораживанием холодной и горячей воды «не всё чисто» упоминалось ещё в трудах Аристотеля, затем подобного же рода заметки делали Ф.Бэкон, Р.Декарт и Дж.Блэк. В новейшей истории за данным эффектом закрепилось название «парадокс Мпембы» — по имени школьника из Танганьики Эрасто Мпембы, задавшего этот же вопрос заезжему профессору физики.

Вопрос мальчика возник не на пустом месте, а из сугубо личных наблюдений за процессом охлаждения смесей для мороженого на кухне. Разумеется, присутствовавшие там же одноклассники вместе со школьным учителем подняли Мпембу на смех — однако после экспериментальной проверки лично профессором Д.Осборном желание потешаться над Эрасто у них «испарилось». Более того, Мпембой совместно с профессором в 1969-ом году в Physics Education было опубликовано детальное описание этого эффекта — и с тех пор вышеупомянутое название закрепилось в научной литературе.

В чём суть явления?

Постановка опыта достаточно проста: при прочих равных условиях испытываются одинаковые тонкостенные сосуды, в них — строго равные количества воды, отличающиеся лишь температурой. Сосуды загружаются в холодильник, после чего засекается время до образования льда в каждом из них. Парадокс состоит в том, что в сосуде с изначально более горячей жидкостью это происходит быстрее.

Как это объясняет современная физика?

Универсального объяснения парадокс не имеет, поскольку совместно протекает несколько параллельных процессов, вклад которых может разниться от конкретных начальных условий — но с единообразным результатом:

способность жидкости к переохлаждению — изначально холодная вода более склонна к переохлаждению, т.е. остаётся жидкой тогда, когда её температура находится уже ниже точки замерзания
ускоренное охлаждение — пар от горячей воды трансформируется в микрокристаллики льда, которые при падении обратно ускоряют процесс, работая как дополнительный «внешний теплообменник»
эффект изоляции — в отличие от горячей, холодная вода замерзает сверху, что приводит к уменьшению теплоотдачи конвекцией и излучением

Имеется и ряд других объяснений (последний раз конкурс на лучшую гипотезу британское Королевское Химическое Общество проводило недавно, в 2012-ом) — но однозначной теории для всех случаев комбинаций входных условий не существует до сих пор...

" мы уже сталкивались с некоторыми интересными свойствами воды, которые позволяют жить и нам в частности, и живым существам вообще. Продолжим тему и предлагаем вашему вниманию ещё одно интересное свойство (правда, непонятно, истинное или вымышленное).

Интересно о воде — эффект Мпембы: знаете ли вы, что по интернету ходят слухи о том, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? Вы, возможно, не знаете, а эти слухи ходят. Причём весьма упорные. Так о чём же идёт речь — об ошибке эксперимента или о новом, интересном свойстве воды, которое до сих пор не было изучено?

Давайте разберёмся. Легенда, повторяющаяся от сайта к сайту, такова: возьмем две емкости с водой: в одну нальем горячую, а в другую - холодную воду, и поместим их в морозильную камеру. Горячая вода замерзнет быстрее холодной. Почему же так происходит?

В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним. К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.

Второй вариант легенты — Мпемба обратился к великому учёному, который по-счастью, находился рядом с африканской школой Мпембы. А учёный поверил мальчику и перепроверил, что к чему. Ну и пошло-поехало… Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.

Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.

Итак, мы имеем эффект Мпембы (Парадокс Мпембы) — парадокс, который гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может замёрзнуть быстрее, чем холодная. Хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания.

Соответственно, для того, чтобы разобраться с парадоксом, есть два пути. Первый — начать обЪяснять это явление, придумывать теории и радоваться, что вода — таинственная жидкость. А можно пойти по другому пути — самостоятельно провести этот эксперимент. И сделать соответствующие выводы.

Давайте обратимся к людям, которые действительно провели этот опыт, пытаясь воспроизвести эффект Мпембы. А заодно посмотрим на небольшое исследование, определяющее, "откуда ноги растут".

На русском языке сообщение об эффекте Мпембы впервые появилось 42 года назад, о чём, рассказал журнал „Химия и жизнь“ (1970, № 1, с. 89). Будучи добросовестными, сотрудники „Химии и жизни“ решили сами провести опыты и убедились: „горячее молоко упорно не желало замерзать первым“. Такому результату было дано естественное объяснение: „Горячая жидкость не должна замерзать раньше. Ведь её температура должна сначала сравняться с температурой холодной жидкости".

Один из читателей „Химии и жизни“ сообщил о своих опытах следующее (1970, № 9, с. 81). Он доводил молоко до кипения, охлаждал до комнатной температуры и ставил в холодильник одновременно с некипячёным молоком, тоже имевшим комнатную температуру. Кипячёное молоко застывало быстрее. Тот же эффект, но более слабый достигался при нагревании молока до 60°C, а не до кипения. Кипячение могло иметь принципиальное значение : при этом испарится часть воды и улетучится более лёгкая часть жиров. В результате температура замерзания может измениться. Кроме того, при нагревании и тем более при кипячении возможны и какие-то химические превращения органической части молока.

Но „испорченный телефон“ уже заработал, и через 25 с лишним лет эту историю описывали так: „Порция мороженого быстрее становится холодной, если её засунуть в холодильник, предварительно хорошенько прогрев, чем если её сперва оставить при холодной температуре“ („Знание — сила“, 1997, № 10, с. 100). Про молоко стали постепенно забывать, и речь пошла в основном о воде.

Через 13 лет в той же „Химии и жизни“ появился такой диалог: „Если на мороз вынести две чашки — с холодной и с горячей водой, — то какая вода быстрее замёрзнет?.. Дождитесь зимы и проверьте: горячая вода замёрзнет быстрее“ (1993, № 9, с. 79). Ещё через год последовало письмо одного добросовестного читателя, который зимой старательно выносил на мороз чашки с холодной и горячей водой и убедился, что холодная замерзает быстрее (1994, № 11, с. 62).

Подобный опыт был проведён с помощью холодильника, у которого морозильник покрывается толстым слоем инея. Когда я ставил на этот морозильник стаканчики с горячей и с холодной водой, то иней под стаканчиками с горячей водой подтаивал, они опускались и вода в них замерзала быстрее. Когда же я ставил на иней рюмки, то эффект не наблюдался, поскольку иней под рюмками не подтаивал. Не наблюдался эффект и тогда, когда после размораживания холодильника я ставил стаканчики на не покрытый инеем морозильник. Это доказывает, что причиной эффекта является подтаивание инея под стаканчиками с горячей водой („Химия и жизнь“ 2000, № 2, с. 55).

Рассказ о парадоксе, замеченном танзанийским мальчиком, неоднократно сопровождался многозначительным замечанием — мол, не следует пренебрегать никакой, даже весьма странной, информацией. Пожелание благое, но нереализуемое. Если мы не будем предварительно отсеивать ненадёжную информацию, то мы в ней утонем. А неправдоподобная информация чаще всего бывает неверной. К тому же, часто бывает (как и в случае с эффектом Мпембы), что неправдоподобие является следствием искажения информации в процессе передачи.

Таким образом, интересно о воде вообще, и эффект Мпембы в частности — не всегда правда 🙂

Более подробно — на страничке http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

При какой температуре замерзает вода? Казалось бы – простейший вопрос, ответить на который может даже ребёнок: температура замерзания воды при обычном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба составляет ноль градусов по Цельсию.

Однако вода (несмотря на чрезвычайно широкую распространённость её на нашей планете) является самой загадочной и не до конца изученной субстанцией, поэтому ответ на этот вопрос требует обстоятельного и аргументированного разговора.

В России и в Европе температуру измеряют по шкале Цельсия, самое высокое значение которой имеет отметку в 100 градусов.
Американский учёный Фаренгейт разработал свою шкалу, насчитывающую 180 делений.
Существует ещё одна единица измерения температуры – кельвин, названная в честь английского физика Томсона, получившего звание лорда Кельвина.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

пресной;
минеральной;
морской;
питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
дождевой;
талой;
солоноватой;
структурированной;
дистиллированной;
деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

лёгкой;
тяжёлой (дейтериевой);
сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

Температура замерзания воды

Почему вода замерзает? Обычная вода всегда содержит некоторое количество взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Это могут быть мельчайшие частицы глины, песка или домашней пыли.

Когда температура окружающей среды опускается до определённых значений, эти частицы берут на себя роль центров, вокруг которых начинают образовываться кристаллы льда.

Ядрами кристаллизации могут стать также воздушные пузырьки, а также трещины и повреждения на стенках сосуда, в котором находится вода. Скорость процесса кристаллизации воды во многом определяется количеством этих центров: чем их больше, тем быстрее замерзает жидкость.

В обычных условиях (при нормальном атмосферном давлении) температурой фазового перехода воды из жидкого состояния в твёрдое является отметка 0 градусов по Цельсию. Именно при такой температуре происходит замерзание воды на улице.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?

Горячая вода замерзает быстрее холодной – на этот феномен обратил внимание Эрасто Мпемба – школьник с Танганьики. Его эксперименты с массой для приготовления мороженого показали, что скорость замерзания подогретой массы значительно выше, чем холодной.

Одной из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», является более высокая теплоотдача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества ядер кристаллизации по сравнению с холодной водой.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?

При изменении давления, часто связанного с нахождением на разной высоте, температура замерзания воды начинает радикально отличаться от стандартной, характерной для обычных условий.
Кристаллизация воды на высоте происходит при следующих температурных значениях:

как ни парадоксально, на высоте 1000 м вода замерзает при 2 градусах тепла по шкале Цельсия;
на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах тепла.

Самая высокая температура замерзания воды в горах наблюдается на высоте свыше 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды?

Давайте попробуем увязать динамику изменения температуры замерзания воды с переменой давления.

При давлении 2 атм вода замерзнет при температуре -2 градуса.
При давлении 3 атм началом замерзания воды станет температура -4 градуса по Цельсию.

При повышенном давлении температура начала процесса кристаллизации воды понижается, а температура кипения увеличивается. При низком давлении получается диаметрально противоположная картина.

Именно поэтому в условиях высокогорья и разреженной атмосферы весьма трудно сварить даже яйца, поскольку вода в котелке закипает уже при 80 градусах. Понятно, что при такой температуре приготовить пищу попросту невозможно.

При высоком давлении процесс плавления льда под лезвиями коньков происходит даже при очень низких температурах, но именно благодаря ему коньки скользят по ледяной поверхности.

Аналогичным образом объясняется примерзание полозьев сильно нагруженных нарт в рассказах Джека Лондона. Тяжёлые нарты, оказывающие давление на снег, вызывают его плавление. Образующаяся при этом вода облегчает их скольжение. Но стоит нартам остановиться и задержаться продолжительное время на одном месте, как вытесненная вода, замерзнув, приморозит полозья к дороге.

Температура кристаллизации водных растворов

Будучи отличным растворителем, вода легко вступает в реакции с различными органическими и неорганическими веществами, образуя массу подчас неожиданных химических соединений. Разумеется, каждое из них будет замерзать при разных температурах. Отразим это в наглядном списке.

Температура замерзания смеси спирта и воды зависит от процентного соотношения в ней обоих компонентов. Чем больше воды добавлено в раствор, тем ближе к нулю температура его замерзания. Если же в растворе больше спирта, процесс кристаллизации начнётся при значениях, близких к -114 градусам.
Важно знать, что фиксированной температуры замерзания водно-спиртовые растворы не имеют. Обычно говорят о температуре начала процесса кристаллизации и температуре окончательного перехода в твёрдое состояние.
Между началом образования первых кристаллов и полным застыванием спиртового раствора лежит температурный интервал величиной в 7 градусов. Так, температура замерзания воды со спиртом 40% концентрации на начальном этапе составляет -22,5 градуса, а окончательный переход раствора в твёрдую фазу произойдёт при -29,5 градусах.

Температура замерзания воды с солью находится в тесной связи со степенью её солёности: чем больше соли в растворе, тем при более низком положении ртутного столбика он замёрзнет.

Для измерения солёности воды используют особую единицу – «промилле». Итак, мы установили, что температура замерзания воды с увеличением концентрации солей понижается. Поясним это на примере:

Уровень солёности океанской воды равна 35 промилле, при этом средняя величина её замерзания составляет 1,9 градуса. Степень солёности черноморских вод насчитывает 18-20 промилле, поэтому замерзают они при более высокой температуре с диапазоном от -0,9 до -1,1 градуса Цельсия.

Температура замерзания воды с сахаром (для раствора, моляльность которого составляет 0,8) равна -1,6 градуса.
Температура замерзания воды с примесями во многом зависит от их количества и характера примесей, входящих в состав водного раствора.
Температура замерзания воды с глицерином зависит от концентрации раствора. Раствор, содержащий 80 мл глицерина, замёрзнет при -20 градусах, при снижении содержания глицерина до 60 мл процесс кристаллизации начнётся при -34 градусах, а начало замерзания 20% раствора – минус пять градусов. Как можно заметить, линейная зависимость в данном случае отсутствует. Для замерзания 10% раствора глицерина будет достаточно температуры -2 градуса.
Температура замерзания воды с содой (подразумевается едкая щёлочь или каустическая сода) представляет ещё более загадочную картину: 44% раствор каустика замерзает при +7 градусах Цельсия, а 80% - при+ 130.

Замерзание пресных водоёмов

Процесс образования льда на пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.

Температура замерзания воды в озере, точно так же, как и температура замерзания воды в реке, равна нулю градусов по шкале Цельсия. Замерзание самых чистых речек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором присутствуют ядра кристаллизации в виде частиц донного ила. Коркой льда поначалу покрываются коряги и водные растения. Стоит лишь донному льду подняться на поверхность, как река мгновенно промерзает насквозь.
Замерзшая вода на Байкале иногда может охлаждаться до отрицательных температур. Происходит это лишь на мелководье; температура воды при этом может составлять тысячные, а иногда и сотые доли одного градуса ниже нуля.
Температура байкальской воды под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В низших пластах она постепенно повышается до +3,2 на дне самой глубокой котловины.

Температура замерзания дистиллированной воды

Замерзает ли дистиллированная вода? Напомним о том, что для замерзания воды необходимо присутствие в ней неких центров кристаллизации, коими могут стать пузырьки воздуха, взвешенные частицы, а также повреждения стенок ёмкости, в которой она находится.

Дистиллированная вода, совершенно лишённая всяких примесей, не имеет и ядер кристаллизации, а поэтому её замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды составляет -42 градуса. Учёным удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.

Вода, подвергнутая воздействию очень низких температур, но при этом не кристаллизовавшаяся, называется «переохлаждённой». Можно, поместив бутылку с дистиллированной водой в морозильную камеру, добиться её переохлаждения, а затем продемонстрировать очень эффектный трюк - смотрите в видео:

Тихонько постучав по бутылке, извлечённой из холодильника, или бросив в неё небольшой кусочек льда, можно показать, как мгновенно она превращается в лед, имеющий вид удлинённых кристаллов.

Дистиллированная вода: замерзает или нет под давлением эта очищенная субстанция? Такой процесс возможен лишь в специально созданных лабораторных условиях.