¡El agua caliente se congela antes que la fría!
De hecho, en condiciones experimentales generales, el agua caliente se congelará más rápido que el agua fría. Este fenómeno es contradictorio e incluso sorprende a muchos científicos. Pero es cierto y ha sido observado y estudiado en muchos experimentos. Aunque después de Aristóteles, Bacon y Descartes
Escribió este pasaje para apoyar una de sus opiniones erróneas, a la que llama “antítesis”. La antiperistalsis se define como "el aumento de una característica a medida que está rodeada por otra característica opuesta". Por ejemplo, un cuerpo cálido se vuelve más cálido cuando el entorno que lo rodea repentinamente se vuelve más frío. ”. La refutación más poderosa es que los experimentos de Wojciechowski encontraron que el efecto Mpemba todavía se observaba en un recipiente cerrado sin pérdida de masa.
Gas disuelto
Otra explicación es que los gases disueltos en el agua caliente se expulsan, cambiando algunas propiedades del agua, y estos cambios podrían explicar este efecto. La falta de gas disuelto puede cambiar la capacidad de transferencia de calor del agua, o cambiar la cantidad de calor necesaria para congelarse por unidad de masa de agua, o cambiar el punto de congelación. Es cierto que el agua caliente retiene menos gases disueltos que el agua fría; el agua hirviendo expulsa la mayoría de los gases disueltos. La cuestión es si esto puede influir considerablemente en el efecto Mpemba. Que yo sepa, ningún trabajo teórico apoya esta interpretación.
Existe un experimento que apoya indirectamente esta explicación. El efecto Mpemba se puede ver cuando se realizan experimentos con agua que contiene gases, pero no cuando se elimina el agua que contiene gases, pero su importancia para el efecto Mpemba no está del todo clara.
Cabe destacar que la densidad del agua alcanza su valor mínimo a los 4°C, por lo que por debajo de los 4°C, la densidad del agua disminuirá debido al descenso de la temperatura, formándose una “top caliente” . Esto complica la situación.
Entorno ambiental
El agua caliente puede cambiar el entorno circundante para que se enfríe rápidamente en el futuro. Un experimento informó que los datos experimentales cambian con el tamaño del refrigerador [7]. Por lo tanto, se puede considerar que no sólo el agua es importante, sino también el entorno que la rodea.
Por ejemplo, si se coloca un recipiente con agua sobre una fina capa de escarcha, el recipiente de agua caliente derretirá la escarcha y golpeará directamente el fondo del frigorífico, mientras que el recipiente de agua fría seguirá para sentarse sobre la fría escarcha. Por lo tanto, el sistema de agua caliente y refrigeración tiene un buen intercambio de calor. Si la escarcha derretida se vuelve a congelar y se convierte en un puente de hielo entre el refrigerador y el recipiente, el intercambio de calor puede ser mejor.
Evidentemente, incluso si este argumento fuera cierto, su aplicación sería bastante limitada, ya que la mayoría de los científicos tendrían mucho cuidado al realizar experimentos de no colocar el recipiente sobre escarcha, sino sobre un aislante o recipiente de enfriamiento caliente. . Por tanto, esta explicación puede funcionar para experimentos caseros, pero no para la mayoría de los resultados experimentales publicados.
Superenfriamiento
Finalmente, [el superenfriamiento] puede ser importante para el efecto Mpemba. El sobreenfriamiento ocurre cuando el agua no está a 0°C, sino que se congela a una temperatura más baja. El sobreenfriamiento se produce porque "el agua se congela a 0°C" es una afirmación sobre el estado energético más bajo del agua: por debajo de 0°C, las moléculas de agua "quieren" organizarse en cristales de hielo. Esto significa que deberían dejar de moverse aleatoriamente como lo hacen en estado líquido y ser reemplazados por una red sólida ordenada. Sin embargo, no saben cómo organizarse y necesitan una pequeña cantidad de objetos irregulares o sitios de nucleación para informarles. A veces, cuando el agua desciende por debajo de los 0°C, los sitios de nucleación ya no son visibles. En este momento, el agua no se congela cuando está por debajo de 0°C. Este fenómeno no es infrecuente. Un experimento encontró que el agua caliente está ligeramente sobreenfriada (aproximadamente -2 ℃), mientras que el agua fría está más sobreenfriada (aproximadamente -8 ℃) [12]. De ser cierto, esto explicaría el efecto Mpemba, ya que el agua fría tiene que realizar más trabajo, lo que significa que necesita estar más fría para congelarse.
Sin embargo, ésta no puede considerarse la única explicación para "eso". Primero, que yo sepa, este resultado no ha sido confirmado de forma independiente. El experimento anterior [12] fue solo un puñado de experimentos, por lo que este hallazgo puede ser una casualidad estadística.
En segundo lugar, incluso si este resultado es cierto, no explica completamente el efecto, simplemente traslada el problema a otro lugar. ¿Por qué hay menos agua fría y caliente? Después de todo, generalmente no se espera que el agua recuerde a qué temperatura estaba acostumbrada una vez que se enfría a una temperatura más baja. Una explicación es que el agua caliente tiene menos gas disuelto y el gas afectará el fenómeno de sobreenfriamiento. El problema es que uno esperaría que, como el agua caliente tiene menos gas, lo que significa menos sitios de nucleación, debería haber más sobreenfriamiento, no menos.
Otra explicación es que cuando la temperatura del agua caliente desciende a 0 ℃ o menos, su distribución de temperatura cambia mucho en comparación con la del agua fría. Debido a que el cambio de temperatura causa formación de hielo [26], el agua caliente está menos sobreenfriada, por lo que se congela primero.
En tercer lugar, esta explicación no funciona en todos los experimentos, porque muchos experimentos miden el tiempo que tarda la temperatura del agua en alcanzar 0°C [7, 10, 13] (o el tiempo que tarda en formarse hielo fino sobre la superficie del agua). Alguna literatura dice que el "verdadero efecto Mpemba" ocurre cuando el agua caliente se congela completamente al principio, pero otra literatura tiene una definición diferente. Dado que el tiempo exacto de sobreenfriamiento es inherentemente impredecible (ver ejemplo en [26]), muchos experimentos optan por no medir el tiempo para que la muestra se congele, sino el tiempo para que la parte superior de la muestra alcance los 0 °C [7, 10, 13]. El sobreenfriamiento no se puede utilizar en estos experimentos.