Почему горячая вода в холодильнике замерзает быстрее холодной ?

В 1963 году танганьикский школьник Эрасто Мпемба подошел на уроке к учителю физики и попросил объяснить почему горячая вода замерзает быстрее холодной, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы». Но мальчик стоял на своем, ведь он видел это своими глазами поставив две кружки воды в холодильник, и горячая замерзла быстрее.

Этот же вопрос Мпемба задал приехавшему в школу Деннису Осборну, профессору физики. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, но не дала его объяснения. В 1969 году в журнале «Physics Education» вышла совместная статья Мпембы и Осборна, описывающая эффект. В том же году Джордж Келл из канадского Национального исследовательского совета опубликовал статью с описанием явления.

Есть несколько вариантов объяснения этого парадокса:

Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объём, а меньший объём воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

Наличие снеговой подкладки в морозильной камере холодильника. Контейнер с горячей водой плавит под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозильника.

Контейнер с холодной водой не плавит 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 превращение воды в лед затруднено и возможно даже её переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

Из-за разницы в энергии запасенных в водородных связях. Чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородные связи растягиваются, а следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды − молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии, как известно, и означает охлаждение.

Но однозначного ответа на вопрос, какие из них обеспечивают стопроцентное воспроизводство эффекта Мпембы, так и не было получено.

Источник:https://i-fakt.ru/pochemu-goryachaya-voda-zamerzaet-bystree-xolodnoj/