Эффект Мпембы

Эффект Мпембы (Парадокс Мпембы) - парадокс, который гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может замерзнуть быстрее, чем холодная. Хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания.

История открытия

Этот феномен замечали своего времени Аристотель, Фрэнсис Бэкон и Рене Декарт, однако лишь в 1963 году танзанийский школьник Эраст Мпемба выдвинул вердикт, что горячая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная. Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: "Это не всемирная физика, а физика Мпембы".

К счастью, однажды в школе побывал Деннис Осборн, профессор физики из университета Дар-эс-Саламе. И Мпемба обратился к нему с тем же вопросом. Профессор был настроен менее скептически, сказал, что он не может судить о том, чего никогда не видел, и по возвращении домой попросил сотрудников провести соответствующие эксперименты. Похоже, они подтвердили слова мальчика. Во всяком случае, в 1969 году Осборн рассказал о работе с Мпембою в журнале "Англ. Physics Education ". В том же году Джордж Келл из канадской Национального исследовательского совета опубликовал статью с описанием явления в "Англ. American Journal of Physics ".


Анализ парадокса

Есть несколько вариантов объяснения этого парадокса:

  • Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.
  • Наличие снежного подложки в морозильной камере холодильника. Контейнер с горячей водой растапливал под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозилки. Контейнер с холодной водой растапливал под собой снег. При отсутствии снежного подложки контейнер с холодной водой должен замерзать быстрее.
  • Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и отдачи 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 превращения воды в лед затруднено и возможно даже ее переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

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