Sıcak su daha çabuk donabilir

Gerçekten de böyle mi?

Mpemba etkisi, bazı özel koşullarda, “sıcak” suyun “soğuk” sudan daha hızlı donmasıdır.

Olay ismini, iddiayı tekrar gündeme getiren, Tanzanyalı Erasto B. Mpemba’dan almaktadır. Mpemba, olayı ilk 1963’de lise öğrencisi iken sıcak dondurmanın donması sırasında fark etti ve 1969’da Dr. Denis G. Osborne ile bu sonuçları yayınladı.

Olay ilk başta termodinamik kanunlarına aykırı olarak gözükmekle birlikte bu konudaki uzmanların birçoğu Mpemba etkisi’nin standart fizik kanunları ile açıklanabileceğine inanmaktadır. Deneyin yapılış şekline bağlı olarak birçok değişken bu olaya etki edebilir:

• Donmanın tanımı, yüzeyin buz tutması mı yoksa tüm hacminin katılaşması mıdır?
• Buharlaşma, donan kütle hacmini azaltmaktadır.
• Konveksiyon, ısı transferini hızlandırmaktadır.
• Don tutmasının sağladığı termal izolasyon.
• Kaynamış suda azalan çözülmüş gazların yarattığı etki.
• “Süper soğuma” ile soğuk su donmadan kalırken sıcak suyun donması.
• Sudaki kalsium karbonat ve magnezyum karbonat gibi çözünmüş maddelerin donmaya etkileri.

Tarihsel bağlam

Suyun donma üzerindeki sıcaklığının çeşitli etkileri Aristoteles gibi eski bilim adamları tarafından tarif edildi: “Suyun daha önce ısıtılmış olması gerçeği çabucak donmasına katkıda bulunuyor: bu yüzden daha çabuk soğumaktadır. Bu nedenle, birçok insan, suyu soğutmak istediğinde hızlıca, güneşe koymaya başlar. Aristoteles’in açıklamaları; “Bir kalitenin şiddeti içinde kaliteden ödün vermenin bir sonucu olarak ortaya çıkan artış.”

Francis Bacon gibi erken dönemdeki modern bilim adamları, “Biraz ılık su, tamamen soğuk olandan daha kolay donar.” demiştir.

Rene Descartes, Metodolojisi Üzerine Yazdığı Metodunda şunları yazdı: “Uzun süredir ateşte tutulan suyun diğerlerinden daha hızlı donması, bunun sebebi, su ısıtılırken parçacıklarının bükülmeyi en az durdurabilmesidir.” Bu Descartes’ın girdap teorisi ile ilgilidir.

Mpemba’nın gözlemi

Efekt Tanzanian Erasto Mpemba’dan sonra adlandırılmıştır. 1963’te Magamba Ortaokulu, Tanganyika’nın 3. Formunda, dondurma derslerinde çok sıcak olan dondurma karışımını dondururken ve soğuk karışımdan önce donduğunu fark ettiğinde anlattı. Daha sonra Iringa’da Mkwawa İkincil (eskiden Lise) Okulu’nda öğrenci oldu. Müdür, Dar es Salaam’daki Üniversite Koleji’nden Dr. Denis G. Osborne’u fizik üzerine bir ders vermek üzere davet etti. Dersten sonra, Erasto Mpemba ona soruyu sordu: “Eğer eşit hacimlerde su, biri 35 ° C (95 ° F) ve diğeri 100 ° C’de (212 ° F) iki benzer kap alırsanız bir dondurucuya, 100 ° C (212 ° F) ‘de başlayan, ilk önce donar. Neden? “, sadece sınıf arkadaşları ve öğretmenleri tarafından alay edilir. İlk istiladan sonra Osborne meseleyi işyerinde tekrar denedi ve Mpemba’nın bulgusunu doğruladı.

Modern bağlam

Mpemba ve Osborne, bir polistiren köpük tabakası üzerine bir ev buzdolabının buz kutusunda 100 ml (3.5 birim, 3.4 US fl oz) su içinde 70 ml (2.5 birim, 2.4 US fl oz) su numunesi yerleştirmeyi anlatıyor . Başlangıç ​​için donma zamanının en uzun olduğu başlangıç ​​sıcaklığı 25 ° C (77 ° F) idi ve 90 ° C’de (194 ° F) daha azdı. Sıvı hacmini, buharlaşma yoluyla önemli bir faktör ve çözünmüş havanın etkisi olarak gördüler. Kurulumlarında çoğu ısı kaybının sıvı yüzeyden olduğu bulunmuştur. [9]

New York Eyalet Üniversitesi’nde radyasyon güvenliği görevlisi olan James Brownridge, aşırı soğutmanın söz konusu olduğuna inandığını söyledi. [11] Çeşitli moleküler dinamik simülasyonları, aşırı soğutmada hidrojen bağlamasındaki değişikliklerin de bu süreçte önemli bir rol oynadığını desteklemektedir.