Air yang membeku lebih cepat: panas atau dingin? Apa bedanya?

Fakta bahwa air membeku lebih cepat, panas atau dingin, banyak faktor yang mempengaruhi, namun pertanyaan itu sendiri nampaknya agak aneh. Hal ini tersirat, dan diketahui dari fisika, bahwa air panas masih memerlukan waktu untuk mendinginkan suhu air dingin dibandingkan berubah menjadi es. Air dingin, tahap ini bisa dilewati, dan, karenanya, ia menang pada waktunya. Tapi penduduk lintang utara tahu jawaban atas pertanyaan mana air membeku lebih cepat-dingin atau panas-di luar dalam udara dingin. Sebenarnya, secara ilmiah, ternyata, bagaimanapun, air dingin cukup membeku lebih cepat.

Pikiran yang sama terpikir oleh guru fisika, yang diminta oleh siswa Erasto Mpemba pada tahun 1963 untuk menjelaskan mengapa campuran dingin es krim masa depan membeku lebih lama dari yang serupa namun panas.

"Ini bukan fisika dunia, tapi beberapa jenis fisika Mpemba"

Pada saat itu guru hanya menertawakan hal ini, namun Denis Osborn, seorang profesor fisika yang pernah mengunjungi sekolah yang sama tempat belajar Erasto, secara eksperimen mengkonfirmasi adanya efek seperti itu, walaupun saat ini tidak ada penjelasan. Pada tahun 1969 dalam sebuah jurnal ilmiah populer, ada satu artikel gabungan dari dua orang yang menggambarkan efek aneh ini. Sejak saat itu, pertanyaannya tentang air yang membeku lebih cepat - panas atau dingin, memiliki efek nama, atau paradoksnya sendiri, Mpemba.

Pertanyaannya muncul sejak lama

Wajar, fenomena ini pernah ada sebelumnya, dan itu disebutkan dalam karya ilmuwan lain. Tidak hanya siswa yang tertarik dengan masalah ini, tapi juga Francis Bacon, Rene Descartes dan bahkan Aristoteles memikirkan hal ini. Hanya pendekatan terhadap solusi paradoks ini yang mulai terlihat hanya pada akhir abad ke-20.

Kondisi untuk sebuah paradoks terjadi

Seperti dalam kasus es krim, tidak hanya air biasa yang membeku selama percobaan berlangsung. Harus ada kondisi tertentu untuk mulai berdebat, air mana yang membeku lebih cepat - dingin atau panas. Apa yang mempengaruhi jalannya proses ini?

Kini, di abad ke-21, beberapa pilihan telah dikemukakan yang bisa menjelaskan paradoks danian. Fakta bahwa air membeku lebih cepat, panas atau dingin, mungkin bergantung pada fakta bahwa air panas memiliki tingkat penguapan lebih besar daripada dingin. Dengan demikian, volumenya menurun, dan dengan penurunan volume dan waktu pembekuan menjadi kurang dari jika Anda mengambil volume awal air dingin yang sama.

Untuk waktu yang lama freezer dicairkan

Fakta bahwa air membeku lebih cepat, dan mengapa hal ini terjadi, dapat mempengaruhi lapisan salju, yang dapat terjadi di lemari es kulkas yang digunakan untuk percobaan. Jika Anda mengambil dua kontainer yang identik dengan volume, tapi di salah satunya akan ada air panas dan di sisi lain - yang dingin, wadah dengan air panas akan mencairkan salju di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak tingkat panas dengan dinding kulkas. Sebuah wadah dengan air dingin tidak bisa melakukan ini. Jika tidak ada lapisan salju di kulkas, air dingin harus membeku lebih cepat.

Bagian atas - bawah

Juga, fenomena air yang membeku lebih cepat - panas atau dingin, dijelaskan sebagai berikut. Mengikuti undang-undang tertentu, air dingin mulai membeku dari lapisan atas, saat panas terjadi sebaliknya - mulai membeku dari bawah ke atas. Ternyata air dingin, memiliki lapisan dingin di atas dengan es yang sudah terbentuk, memperburuk konveksi dan radiasi panas, sehingga menjelaskan air mana yang membeku lebih cepat-dingin atau panas. Foto dari percobaan amatir terpasang, dan ini jelas terlihat.

Panas keluar, cenderung ke atas, dan di sana ia bertemu dengan lapisan yang sangat dingin. Tidak ada jalur bebas untuk radiasi panas, sehingga proses pendinginan menjadi sulit. Hambatan seperti itu di jalannya sama sekali tidak memiliki air panas. Yang membeku lebih cepat - dingin atau panas, yang kemungkinan hasilnya tergantung, Anda bisa memperluas jawabannya dengan mengatakan bahwa air memiliki zat tertentu yang larut di dalamnya.

Kotoran dalam air sebagai faktor yang mempengaruhi hasilnya

Jika Anda tidak menipu dan menggunakan air dengan komposisi yang sama, di mana konsentrasi zat tertentu identik, maka air dingin harus membeku lebih cepat. Tetapi jika ada situasi ketika unsur kimia terlarut hanya tersedia dalam air panas, dan air dingin tidak memilikinya pada saat itu, maka mungkin untuk membeku sebelum air panas. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa zat terlarut di air membuat pusat kristalisasi, dan dengan sejumlah kecil pusat ini, transformasi air dalam keadaan padat sulit dilakukan. Bahkan mungkin untuk mensubkripsikan air, dalam arti bahwa pada suhu minus akan berada dalam keadaan cair.

Tapi semua versi ini, tampaknya, tidak sepenuhnya memuaskan para ilmuwan dan mereka terus mengerjakan masalah ini. Pada tahun 2013, tim peneliti di Singapura mengatakan bahwa mereka berhasil memecahkan misteri kuno. Sekelompok ilmuwan China berpendapat bahwa rahasia efek ini adalah jumlah energi yang tersimpan di antara molekul air dalam ikatannya, yang disebut hidrogen.

Solusi dari ilmuwan China

Kemudian ikuti informasinya, untuk memahami mana perlu pengetahuan tentang kimia untuk memahami apa yang airnya beku lebih cepat - panas atau dingin. Seperti diketahui, molekul air terdiri dari dua atom H (hidrogen) dan satu atom O (oksigen), disatukan oleh ikatan kovalen.

Tapi juga atom hidrogen dari satu molekul tertarik pada molekul tetangga, ke komponen oksigennya. Koneksi inilah yang disebut ikatan hidrogen.

Harus diingat bahwa pada saat yang sama, molekul air bertindak satu sama lain menjijikkan. Para ilmuwan mencatat bahwa ketika air dipanaskan di antara molekulnya, jaraknya meningkat, dan ini difasilitasi oleh kekuatan yang hanya menjijikkan. Ternyata ikatan hidrogen, yang menempati satu jarak antara molekul dalam keadaan dingin, dapat dikatakan meregang, dan mereka memiliki pasokan energi yang lebih besar. Cadangan energi inilah yang dilepaskan saat molekul air mulai mendekati satu sama lain, yaitu pendinginan terjadi. Ternyata pasokan energi yang lebih besar dalam air panas, dan pelepasannya yang lebih besar saat didinginkan sampai suhu di bawah nol, terjadi lebih cepat daripada di air dingin, yang memiliki sedikit energi. Jadi air mana yang membeku lebih cepat - dingin atau panas? Di jalan dan di laboratorium, paradoks Mpemba harus terjadi, dan air panas harus berubah menjadi es lebih cepat.

Tapi pertanyaannya masih terbuka

Hanya ada konfirmasi teoritis dari petunjuk ini - semua ini ditulis dengan rumus yang indah dan tampaknya masuk akal. Tapi ketika data eksperimen, yang airnya membeku lebih cepat - panas atau dingin, akan dimasukkan ke dalam pengertian praktis, dan hasilnya akan dipresentasikan, maka pertanyaan tentang paradoks Membba bisa dianggap tertutup.