Дивовижне поруч: чому гаряча вода перетворюється в лід швидше, ніж холодна

У 1963 році один з учнів школи в Танзанії по імені Ераста Мпемби зауважив, що якщо взяти дві ємності з однаковою кількістю молока, в одній з яких молоко буде кімнатної температури, а в іншій - гарячим, то гаряче молоко застигне в морозилці набагато швидше, ніж холодне. Тоді він провів той же експеримент з водою, і отримав точно такий же результат. Учитель фізики, до якого Мпемби звернувся за роз'ясненнями, лише посміявся у відповідь.

Але допитливий розум не давав Мпемби спокою, і це питання він поставив професору Деннісу Осборну, якій було запропоновано з університетського коледжу в Дар-Ес-Саламі для читання лекції з фізики. Осборну питання здалося цікавим, і в 1969 році він разом зі своїм учнем опублікували статтю про результати своїх експериментів в журналі «Physics Education». З моменту публікації цей ефект стали називати ефектом Мпемби.

Насправді, цей ефект відомий з давніх часів: Аристотель, Ф. Бекон, Р. Декарт цікавилися ім.

Парадоксальність ефекту Мпемби в тому, що час, протягом якого тіло остигає до температури навколишнього середовища, має бути пропорційно різниці температур цього тіла і навколишнього середовища. Цей закон сформулював И.Ньютон, і з того часу він багато разів підтверджувався на практиці. А в даному випадку кипляча вода, нагріта до 100 град. З охолоджується до 0 град С швидше, ніж така ж кількість води з температурою, наприклад, 35 град. С, хоча під час охолодження, кипляча вода повинна пройти "поріг" в 35 град С.

Ось деякі з припущень, які висувають вчені:

• Гаряча вода під час охолодження активно випаровується, при цьому її обсяг зменшується, відповідно, менший обсяг води охолоджується швидше. До того ж, через випаровування, температура води знижується швидше.
• Різниця температур між гарячою водою і повітрям більше, а значить, теплообмін відбувається з більшою інтенсивністю, це призводить до того, що гаряча вода застигає швидше.
• На поверхні холодної води утворюється шар льоду, який не тільки перешкоджає випаровуванню води, але і виступає своєрідною "подушкою", що захищає основну масу води від охолодження. А гаряча вода не має льоду на поверхні, тому процес випаровування та охолодження триває довше, втрати тепла відбуваються швидше, і в результаті гаряча вода перетворюється в лід раніше.
• У гарячій воді водневі зв'язку натягуються сильніше, ніж в холодній. Оскільки в водневих зв'язках гарячої води зберігається більше енергії, значить, її вивільняється більше при охолодженні до мінусових температур. Це і пояснює, чому гаряча вода застигає швидше.

Водневі зв'язку O: HO в кристалі льоду

Всі ці версії - лише припущення, поки жодна з них не була підтверджена переконливими доказами. На сьогоднішній день це питання все ще відкрите.