Еще одно объяснение эффекта Мпембы (это про почему кипяток замерзает быстрее холодной воды)

Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи "Why Hot Water Freezes Faster Than Cold—Physicists Solve the Mpemba Effect".


От переводчика: всю жизнь мучился вопросом, а тут на тебе- опять объяснили.


image


Краткое содержание: из-за наличия водородных связей в молекулах воды происходит изменение конфигурации ковалентных связей О-Н, с запасанием в них дополнительной энергии, выделяющейся при охлаждении и работающей как дополнительный подогрев, мешающий замерзанию. В горячей воде водородные связи растянуты, ковалентные не напряжены, запас энергии мал- остывание и замерзание идет быстрее. Существует некоторое характерное время tau, необходимое на формирование водородных связей, если процесс охлаждения будет идти медленно- то эффект Мпембы исчезнет. Если процесс охлаждения идет относительно быстро (до десятков минут)- то эффект выражен. Вероятно, должна быть и какая-то критическая температура, начиная с которой эффект появляется, но в статье это не отражено.


На КДПВ приведено изображение из оригинальной статьи, глядя на которое читатель должен со всей ясностью увидеть, что в ковалентных связях запасается энергия, которая затем может выделяться в виде дополнительного тепла, мешая остывать холодной воде.


История вопроса


Аристотель первым отметил, что горячая вода замерзает быстрее холодной, но химики всегда отказывались объяснять этот парадокс. До сегодняшнего дня.


Вода одно из самых обычных веществ на Земле, но в тоже время одно из самых загадочных. Например, как и у большинства жидкостей, ее плотность растет при охлаждении. Однако, в отличие от остальных, ее плотность достигает максимума при температуре 4С, а затем начинает уменьшаться вплоть до температуры кристаллизации.


В твердой фазе вода имеет несколько меньшую плотность, из-за чего лед плавает на поверхности воды. Это одна из причин существования жизни на Земле — если бы лед был плотнее воды, то при замерзании он опускался бы на дно озер и океанов, что сделало бы невозможным многие типы химических процессов, которые делают жизнь возможной.


Итак, существует странный эффект Мпембы, названный в честь танзанийского студента, который обнаружил, что горячая смесь для мороженого замерзает быстрее, чем холодная в морозилке школьной кухни где-то в начале 1960-х. (На самом деле этот эффект отмечался множеством исследователей в истории, начиная с Аристотеля, Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта).


Эффект Мпембы заключается том, что горячая вода замерзает быстрее холодной. Этот эффект измерялся во множестве случаев с различными объяснениями, изложенными далее. Одна из идей заключается в том, что горячие сосуды имеют лучший тепловой контакт с морозильной камерой и отводят тепло более эффективно. Другая- в том, что теплая вода испаряется быстрее, а так как этот процесс- эндотермический (идет с поглощением теплоты)- то он ускоряет замерзание.


Ни одно из этих объяснений не выглядит правдоподобным, поэтому реальное объяснение до сих пор отсутствовало.


Новое объяснение эффекта (теперь-то уж точно правильное)


Сегодня Зи Чанг из Наньянгского технологического университета Сингапура и несколько его коллег предоставили таковое. Эти ребята утверждают, что эффект Мпембы является результатом уникальных свойств различных типов связи, удерживающих молекулы воды вместе.


Так что же такого в этих связях? Каждая молекула воды состоит из сравнительно большого атома кислорода, соединенного с двумя маленькими атомами водорода обычной ковалентной связью. Но если поместить рядом несколько молекулы воды, то водородные связи тоже начнут играть важную роль. Это происходит из-за того, что атомы водорода одной молекулы располагаются вблизи кислорода другой молекулы, и взаимодействуют с ним. Водородные связи намного слабее ковалентных (прим. пер. ~ в 10 раз), но сильнее чем Ван-дер-Ваальсовы силы, которые использует геккон для прилипания к вертикальным стенам.


Химики давно знают о важности этих связей. Например, точка кипения воды намного выше, чем у других жидкостей с похожими молекулами, из-за того, что водородные связи удерживают молекулы вместе.


Но в последние годы химики все более интересуются другими ролями, которые могут играть водородные связи. Например, молекулы воды в тонких капиллярах формируют длинные цепочки, удерживаемые водородными связями. Это очень важно для растений, у которых испарение воды через мембраны листьев эффективно протаскивает цепь молекул воды от корней вверх.


Теперь Зи с соавторами утверждают, что водородные связи так же объясняют эффект Мпембы. Их ключевая идея состоит в том, что водородные связи приводят к более плотному контакту молекул воды, и когда это происходит, естественное отталкивание между молекулами приводит к сжатию ковалентных связей и накоплению энергии в них.


Однако, когда жидкость нагревается, расстояние между молекулами увеличивается, а водородные связи растягиваются. Это также позволяет увеличить длину ковалентных связей и таким образом- отдать обратно энергию, накопленную в них. Важным элементом теории является тот факт, что процесс, при котором ковалентные связи отдают накопленную в них энергию- эквивалентен охлаждению!


В действительности- этот эффект усиливает обычный процесс охлаждения. Таким образом, горячая вода должна охлаждаться быстрее холодной, рассуждают авторы. И это именно то, что мы наблюдаем в эффекте Мпембы.


Почему новое объяснение лучше предыдущих?


Эти ребята рассчитали величину дополнительного охлаждения, и показали, что она в точности соответствует наблюдаемой разнице в экспериментах по измерению разности скоростей охлаждения горячей и холодной воды. Вуаля! Это интересный взгляд на сложные и загадочные свойства воды, которые все еще заставляют химиков не спать по ночам. Несмотря на то, что идея Зи и соавторов убедительна, она может оказаться очередной ошибкой теоретиков, которую другие физики должны будут опровергнуть. Это оттого, что теории не хватает прогностической силы (по крайней мере- в оригинальной статье).


Зи и соавторам необходимо воспользоваться своей теорией для предсказания новых свойств воды, которые не выводятся из обычных рассуждений. Например, если ковалентные связи укорачиваются- это должно приводить к возникновению каких-то новых измеряемых свойств воды, которые не должны были бы проявляться в противном случае. Открытие и измерение таких свойств было бы последней вишенкой на торте, которой не хватает теории в ее текущем виде.


Итак, несмотря на то, что парни, возможно, неплохо объяснили эффект Мпембы, им необходимо чуток поднапрячься, чтобы убедить в этом остальных.


Как бы то ни было, теория у них интересная.


P.S. в 2016 один из соавторов — Чанг Солнце (Chang Q. Sun) совместно с Йи Солнцем (Yi Sun) опубликовали более полное изложение предложенной теории, с рассмотрением поверхностных эффектов, конвекции, диффузии, излучения и других факторов- и вроде бы наблюдают хорошее согласие с экспериментом (Springer).


Литература

Литература


Ref: arxiv.org/abs/1310.6514: O:H-O Bond Anomalous Relaxation Resolving Mpemba Paradox


оригинал: https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/why-hot-water-freezes-faster-than-cold-physicists-solve-the-mpemba-effect-d8a2f611e853


почему "опять объяснили"- а потому что уже было:


  1. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.021060
    Неравновесные марковские процессы: могут идти по некоторым необычным траекториям сильно быстрее, чем равновесные, поэтому быстрое охлаждение кипятка сваливается на такую "ускоренную" траекторию, и обгоняет холодную воду (которая остывает в более равновесных условиях).
  2. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.6b00735
    Кластеры (тоже из-за водородных связей), которые мешают кристаллизации. В кипятке такие кластеры отсутствуют, и при его замерзании не успевают сформироваться, а в воде, длительное время бывшей холодной вне морозилки- успевают, и не дают ей нормально заморозиться.
  3. https://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.18059
    Переохлаждение ниже точки замерзания, которое в изначально горячей воде слабее выражено, ибо беспорядка больше, а упорядочиваться в морозилке в процессе замерзания- времени не хватает. (но тут явно проблема- в экспериментах вся кривая охлаждения горячей воды идет круче холодной, а не только процесс замерзания, и этот "беспорядок" на теплопроводность и охлаждение если и должен влиять- то как раз замедляя охлаждение, а наблюдается- ускорение).
  4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140700716302869
    Испаряется вода с поверхности, и уносит тепло. У горячей воды- быстрее (только непонятно, почему после выравнивания температур та вода, которая была горячей- продолжает испаряться активнее, хотя она уже холоднее той воды, которая изначально была холодная).
  5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931014008072
    Всему виной конвекция, которая улучшает теплообмен (конвекционные потоки крутятся по инерции и после того, как температура стаканов выровнялась и еще долго после этого).
  6. American Journal of Physics 77, 27 (2009); https://doi.org/10.1119/1.2996187
    Во всем виновато растворение примесей (газов?). В кипятке примесей меньше, замерзание быстрее.

Средняя зарплата в IT

120 000 ₽/мес.
Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 6 371 анкеты, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
Реклама
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее

Комментарии 77

    –1
    Не понял идеи.
    Ставим два одинаковых стакана с водой в морозилку. Один с горячей, другой с холодной водой. Ну, вот горячая по их теории «быстро» охладилась до изначальной температуры холодной, и дальше должна охлаждаться с той же скоростью. Но холодная-то уже охладилась еще сильнее. Как горячая ее обгонит? Тут уже можно говорить об апории «Ахиллес и черепаха».
    Тут даже не важно, есть там водородные связи или нет. Закон охлаждения Ньютона говорит, что скорость остывания пропорциональна разнице температур. Естественно, горячая вода остывает быстрее.

    Ну и да, достоверность эффекта Мпембы — явление спорное. Многие эксперименты его не подтвердили.
      +4
      Проведите эксперимент, напишите научную статью о методологии и результатах. Наука так и работает. Мы немножко уже отошли от времён Максвелла, и поэтому умозрительные эксперименты не прокатят.
        +8
        У автора в самом начале проскользнуло, что общая скорость процесса — ключевой момент. Если все делать медленно — все будет так, как Вы пишете. Горячая не догонит холодную, а время остывания будет описываться классической формулой с логарифмом разности температур. Если процесс охлаждения проводится достаточно быстро, то из изложенной в тексте идеи следует, что горячая вода при охлаждении не успеет восстановить структуру холодной воды. И будет охлаждаться быстрее именно потому, что холодная вода имеет внутренний «подогрев» от коротких связей, а горячая — не имеет, ибо связи длинные. Я просто излагаю то, что я как бы понял. Тут нужно видеть конкретную модель, сделанные расчеты и их сопоставление с неким экспериментом (а значит, должно быть и конкретное описание эксперимента). Иначе — никак.
          +2

          Разве структура воды — не антинаучная ересь?

            +1
            Она самая. В жидкости все процессы заканчиваются за наносекунды. И все структуры будут одинаковы, независимо от происхождения.
              –1
              а как же жидкие кристаллы экранов часов и магнитол? у них процесс ориентации под воздействием поля и дезориентации при отсутствии поля занимает никак не наносекунды, а вполне себе нормальные миллисекунды, а на морозе- так и вообще секундами можно наблюдать переключение структуры из упорядоченной в беспорядочную- в моей лично магнитоле при -30 регулярно наблюдаю настолько медленное переключение циферок секунд, что они сливаются иногда.
                +4

                Так ведь жидкие кристаллы и не вода.

                  –2
                  Не вода, но они жидкость, эта жидкость часто встречается в быту (мы видим ее в мониторах и в экранах магнитол), и в этой жидкости процессы упорядочивания и разупорядочивания молекул занимают не наносекунды, а миллисекунды- то есть, в миллион раз дольше, а при низкой температуре- секунды-что уже вполне существенное время. Кроме того, процесс упорядочивания в них происходит довольно легко, приводит к формированию структуры, и эта структура достаточно устойчива. Поэтому мне кажется, нельзя так вот просто утверждать, что
                  в жидкости все процессы заканчиваются за наносекунды
                  , ибо есть контрпример.
              +3
              2 pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.6b00735
              кластеры молекул в жидкой воде расчитаны, приведен длиннющий список возможных вариантов этих кластеров, отсортированы по внутренней энергии, есть какие-то отсылки к экспериментам и в целом- те же самые водородные связи приводят к формированию в жидкой воде довольно устойчивых и довольно массивных структур. так что «структура воды» в контексте биополей, информационных матриц и реинкарнации- антинаучная ересь, а формирование в жидкой воде упорядоченных структур из молекул- вполне научная и хорошо обоснованная теория.
                +2
                Это фантазии авторов. Непонятно как попадающие в журналы.
                На самом деле никто не видел в воде структур живущих дольше наносекунды.

                (Касательно DFT. Этот метод как раз знаменит моделями воды в которых она больше похожа не стекло, чем на жидкость. Так что насчитать им долгоживущих структур можно сколько угодно)
                0
                И да и нет.

                Кластеры в воде живут очень недолго, при этом образуются новые и т.п. Картина не стабильная, структуры в воде нет, но какая-то энергия в кластерах всё же есть. Но, думаю, слишком мизерная, чтобы это можно было обнаружить на бытовом уровне.

                А вот энергия поверхностного натяжения вполне реальна. И желаемый эффект может быть именно при разбрызгивании. С нагревом поверхностное натяжение падает → капли получаются более мелкими → поверхность капель относительно объёма растёт → вот и быстрое охлаждение.
              +2
              Ну во-первых, Вы упустили что эффект не только про охлаждение воды, но и про кристаллизацию воды в лед, а это очень сильно энерго-выделяющий процесс, во время замерзания воды в лед выделяется в несколько раз больше энергии чем удельная теплоемкость воды, и пока всю эту энергию не отвести вода не замерзнет (полностью). Я для себя интерпретирую это эффект что выделение тепла при кристаллизации может быть разным зависимо от условий. Но это не точно. Может быть и иначе — алломорфные состояния льда получаются разные с разным выделением тепла.
                0
                У льда развитая система твердых фаз, но при нормально давлении будет обычный лёд 1h.
                  0
                  В исходной статье — только про охлаждение жидкости.
                  Однако, когда жидкость нагревается, расстояние между молекулами увеличивается, а водородные связи растягиваются. Это также позволяет увеличить длину ковалентных связей и таким образом- отдать обратно энергию, накопленную в них. Важным элементом теории является тот факт, что процесс, при котором ковалентные связи отдают накопленную в них энергию- эквивалентен охлаждению!

                  В действительности- этот эффект усиливает обычный процесс охлаждения.
                    0
                    В оригинальной статье приведены графики охлаждения воды, там охлаждение горячей воды на всех этапах идет круче, чем холодной.
                    Ваша интерпретация на бытовом уровне вполне понятна и естественна, но если перейти с бытового на «научный»- то рассыпается: какие условия и как влияют на кристаллизацию? почему температура воды, с которой началось охлаждение (условно- вчерашняя температура) влияет на то, как лед замерзает при нуле (условно- сегодня), какой механизм этого влияния? Какие алломорфные состояния льда известны и при каких условиях они формируются? Какая экспериментальная проверка возможна? Какие эксперименты уже известны? Все это вместе говорит переводит Вашу интерпретацию из понятных в отвергнутые- охлаждение идет быстрее на всем интервале, алломорфная форма при нормальных условиях только одна, калориметр при застывании льда не показывает каких-то сильных изменений скрытой теплоты кристаллизации в зависимости от условий (да и каких? давления?). не сходится. собственно, если бы все было так просто- то вопрос закрыли бы еще в 69м.
                    +1
                    Можно вспомнить про переохлажденную жидкость и тогда время замерзания воды устремится к бесконечности — на всякую модель найдутся условия в которых она не работает.
                      +2
                      Всё очень просто, есть эффект под названием сибирский фонтан или сибирский салют — он работает только если вода горячая.
                        +5
                        Этот эффект — всего лишь выделение пара с большой площади сразу.
                        Обычная кружка горячей воды на морозе сильно парит. А если ее быстро распылить в воздухе, площадь всех капель многократно превосходит площадь поверхности воды в кружке.
                      +5

                      Чанг и Йи Солнце?!
                      гуглотранслейт детектед

                        +4
                        :-). Chang Q. Sun! ну разве можно такое- и не перевести.
                          –2
                          Hogwarts- Свиные Бородавки, Свиные наросты, жмущие наросты. приятное место.
                          Harry Potter- Гарри Горшков (ясно, что не дворянин)
                          Griffindor — Дверь грифонов (Только не в грифоновую дверь, только не в грифоновую дверь!)
                          Hufflepuff — Вдох раздражения
                          Hanna Abbot — Анька Монашка (скромная девочка, а может и не очень)
                          Susan Bones — Сьюзи Кости (хотя, не такая уж она и тощая)
                          Понятно, что имена не переводятся, но как быть с говорящими фамилиями? Не переведешь- и здоровенный кусок смысла, идей, колорита- пропадает вообще. А так- Чанг Солнце проливает свет на сложный вопрос физики. Поэтизм же!
                            +2

                            Не Горшков, а Гончаров. Между прочим, фамилия внезапно дворянская :-)

                          +2
                          Есть только один нюанс. Этого эффекта не существует.
                            +1
                              0
                              Была статья в Nature в которой говорилось что всё дело в том кгде конкретно установлен датчик температуры.
                              Они пишут что в других исследованиях (в которых эффект обнаружили) всё в пределах ошибки и если даже чуть-чуть сдвинуть термометр то эффект можно получить или не получить. Похоже что не существует его.
                                –2
                                ну, зачем так-то. В статье сказано, что конкретно авторы статьи заметили, что изменение положения датчика в их установке- очень сильно влияет на результаты.
                                Но суть их критики в том, что когда они наложили на один график все опубликованные зависимости (температура воды / время )- то точки, опубликованные Мпембой с Осборном в 69м легли сильно не так, как точки других авторов. Правда, почему-то умолчали, что их собственный точки, приведенные в этой же статье- тоже очень сильно отличаются от остальных- они вообще остужали воду 2-3 часа, то есть, очень медленно, в то время как «обнаруженцы эффекта» использовали более быстрое охлаждение- в пределах часа (большинство- вообще <30-40 минут).

                                А теперь смотрите на их описание эксперимента:
                                All the samples of water were boiled, to remove some of the dissolved gases, and then left to cool for varying amounts of time so that the three samples were at different initial temperatures Ti = {21.8, 57.3, 84.7} °C, respectively. The samples were then placed on a 5 cm thick sheet of expanded polystyrene sitting inside a standard domestic chest-freezer. All three samples were placed inside the freezer at the same time in order to ensure that the samples

                                Все образцы были прокипячены, потом остыли до разных температур и с этими температурами одновременно были засунуты в морозилку. Судя по описанию- в разное время начали кипятить, как закипело- выключили, и когда вскипела третья порция- первые две уже были подостывшие. дождались, когда последняя порция остынет до 84С и сунули все в морозилку. Теория, предложенная в сабжевой статье как раз и говорит, что при таком способе подготовки воды ничего не будет- мыж все связи растянули изначально, и просто в разных режимах охлаждаем одинаковый кипяток!
                                затем все это добро поместили в морозилку и стали замораживать в обычном холодильнике в объеме по 400 мл.
                                Но ведь эффект-то изначально наблюдался на мороженом- то есть, на жидкости, которую брали холодной (молоко горячим не продают даже в Африке), нагревали до какой-то температуры (чтоб сахар туда вмесить и всякие вкусности) и снова замораживали в объемах по 70мл. Совершенно другой режим подготовки жидкости и другой режим охлаждения. Понятно, что Мпемба и Осборн уже не расскажут, че и как они там делали, но с других-то экспериментаторов можно было и поподробнее расспросить про условия и технологию проведения эксперимента и повторить, че они там меряли, а не придумывать свою систему, и потом доказывать, что все остальные- дураки.
                                  0
                                  Уже и до памяти воды совсем недалеко отсюда.
                                +1
                                Ну так фриков хватает, и даже в уважаемых журналах. Редколлегии не справляются с наплывом клоунов. Но я удивлен, что на Хабре на полном серьезе обсуждается эффект Мпембы. Что дальше? Телекинез? Лозоходство?
                                  0
                                  Ну хз, по неравновесной динамики я неспец, но как-то на фричество не похоже — есть статьи в разных крупных журналах, от разных коллективов авторов, тем более что все не ограничивается только водой, а в целом рассматриваются различные системы. Тем более каких-то фундаментальных причин почему так нельзя не приводят.
                                    0
                                    Тем более каких-то фундаментальных причин почему так нельзя не приводят
                                    Их вроде в шестом классе приводят)
                                  0
                                  Экспериментальная телегония)).
                              0
                              Ещё немного, и британские инженеры изобретут тепловую трубку из стакана воды.
                                +3

                                Или я не понял как правильно провести эксперимент или теория не работает. В феврале при минус 30 оставил на улице 2 чашки: с холодной водой из под крана и только что вскипяченной водой. Снимал это на видео с ускорением. В итоге холодная вода замерзла быстрее.
                                image
                                image

                                  –2

                                  У вас справа воды меньше, как мне кажется по фото. Можете повторить эксперимент с равным количеством воды? И исходная температура чашки с тёплой водой не должна быть меньше температуры другой чашки, и, наверно, чашки должны быть закрыты, чтобы количество воды не уменьшалось при испарении. Возможно, следует замораживать бутылки, а не чашки — так меньше поверхность испарения.

                                    +6
                                    Эффект не в том, что любая холодная замерзнет быстрее любой горячей. Если взять воду с T=1C и T=100C, и морозить их в жидком азоте — то там, где горячая потеряет 80С- холодная полностью перемерзнет до дна. Речь о том, кривая охлаждения горячей воды на всех участках круче, чем кривая охлаждения холодной воды, и существует диапазон температур, при котором наблюдается парадоксальный эффект- чашка с горячей водой застывает раньше чашки с холодной, у авторов в статье рассматривалась ситуация с температурами 35/25- через 18 минут температуры чашек сравнялись, а на 33й минуте «горячая» чашка дошла до нуля, в то время как холодная еще имела ~+4C. Кстати, на обоих графиках видно, что после 4С охлаждение резко ускоряется.
                                      +1
                                      через 18 минут температуры чашек сравнялись

                                      Но ведь в этот момент чашки должны быть одинаковы, почему одна из них должна охлаждаться быстрее?..

                                        +1

                                        В этот момент у чашек одинаковая температура. Но при этом они не совсем обязательно должны быть абсолютно одинаковыми. У жидкостей кроме температуры есть ещё и другие параметры. Плюс вода в реальности всё-таки не яваляется идеальной жидкостью.

                                          0

                                          Ну и какие именно параметры там отличаются?

                                            +2

                                            Без понятия. В статье утверждают что "конфигурации ковалентных связей О-Н". Верить им или нет это вопрос отдельный.


                                            Я просто хотел уточнить что одинаковость температур не означает автоматом что чашки абсолютно одинаковы.

                                              0

                                              Просто вы так уверенно дали ссылку на Википедию… а там о параметрах жидкости ни слова.

                                                0

                                                Ну там видно что кроме температуры есть как минимум ещё и вещи вроде вязкости или текучести. Или этих самых "волн плотности".


                                                То есть я имел ввиду что если эффект наблюдается, то либо мы имеем некорректно поставленный эксперимент, либо надо искать объяснение. И я бы сказал что в случае этого самого "эффекта Мпембы" мы скорее имеем второе чем первое.

                                                  +1
                                                  Температура- это параметр в том смысле, что ее можно принудительно навязать извне. А вот вязкость и текучесть- это свойство- оно у жидкости такое, какое есть, и поменять его- не так-то просто. Их можно назвать «параметрами уравнения состояния»- потому что в расчетах я их могу положить любыми, но говорить, что это такой же параметр, как температура- некорректно.
                                                    –1

                                                    Просто или не просто это вопрос отдельный. Но они могут меняться. В том числе и "принудительно". Например изменив температуру и/или давление. Так что не вижу принципиальной разницы.


                                                    Более того в данном конкретном контексте они вполне себе могут менятъся "непроизвольно" и вполне себе являться фактором.

                                                      +1
                                                      Температуру и давление я могу менять независимо, сам, какие захочу, такие и сделаю- это внешние условия эксперимента, свободные параметры. А вязкость- не могу- какая получится при заданных условиях- такая и будет, она если и параметр- то зависимый, именно в этом их принципиальная разница.
                                                        –1

                                                        Ок, давайте заменим слово "параметры" на "физические свойства". Ну если это так вот прямо принципиально для обсуждения данной вещи на данном ресурсе :)

                                                          0

                                                          Да назовите как угодно, но вы не можете получить воду другой вязкости при тех же примесях, температуре и давлении.

                                                            +1

                                                            Во первых я не уверен что это в принципе невозможно. То есть я в этом вопросе даже близко не эксперт, но у меня например сразу возникает вопрос влияет ли на вязкость наличие или отсутствие тех или иных ионов. Или ещё что-то. И например быстрое гугление находит вот такое:


                                                            Полярные соединения могут образовывать водородные связи, которые удерживают отдельные молекулы вместе, увеличивая общее сопротивление потоку или движению.
                                                            https://studopedia.ru/19_272292_faktori-vliyayushchie-na-vyazkost.html

                                                            А во вторых там может быть огромное количество каких-то факторов, которые оказывают влияние. То есть я всё ещё к тому что не надо зацикливаться только на температуре и давлении. И исходить из того что два стакана воды с одинаковыми температурой/давлением обязательно будут абсолютно идентичны.

                                              0

                                              внутренние связи воды, судя по статье

                                            0
                                            Температура чашек одинаковая, а состояние воды разное.
                                            Мне, например, больше всего нравится гипотеза о конвекции. Когда при одинаковой температуре в чашке с ранее горячей водой могут существовать конвекционные потоки, «запущенные» более резким охлаждением. Которые и помогают ей остывать быстрее в дальнейшем.
                                              0
                                              Расчеты! Наш фетиш- расчеты, у нас вся физика висит на тоненьком-тоненьком следе от карандаша на бумаге, который выводит формулы с расчетами (ну, последнее время все больше и больше на гигабайтах флоатов, выплюнутых числодробилкой на винт- но карандаш тоже остается). Где расчеты конвекции? они совпадают с экспериментом?
                                                0
                                                Вы так уверенно говорите слово «гипотеза», как будто речь идет о реально наблюдаемом явлении, которое необходимо объяснить. Но явления нет. В противном случае должны существовать условия, которые позволили бы воспроизвести эксперимент в любой лаборатории. Очевидно, что эксперимент не воспроизводим.
                                                +1
                                                В этом-то и «парадокс»- должны, но видно же- что разные! А чем именно они отличаются- не ясно.
                                                От переводчика: всю жизнь мучился вопросом, а тут на тебе- опять объяснили.

                                                И объяснений этому парадоксу- вагон и маленькая тележка (я в конце список различных опубликованных объяснений привел- люди к этому вопросу подходили с изрядной долей фантазии). Но в данной статье приведено последнее на сегодняшний день (и потому- самое истинное (С)) объяснение, которое еще и подтверждено расчетами!
                                              0
                                              За какое время замерзли чашки?
                                              0
                                              Поправьте «теперь-то». Спасибо!
                                                0
                                                поправил.
                                                –2
                                                Вы что горки никогда не строили в детстве? Их всегда заливают горячей водой, чтобы быстрее замерзла =)
                                                  –1
                                                  Браво!
                                                  Самый лучший ответ.
                                                    0
                                                    Это не потому что Мпемба. А чтобы вода успела растечься ровным слоем, прежде чем замерзнет. Это «антимпемба».
                                                      +1
                                                      Я заливал горки холодной водой в -18. успевает растечься и впитаться вся в снег, и довольно долго не застывает- более часа горка оставалась сырой, но точное время не измерял- залил вечером, через час еще была мокрая, а к утру застыла полностью.
                                                        +2
                                                        Это вообще нелепость. Горячая вода будет немедленно протаивать глубокие отверстия в снегу (пробовали мочиться на снег? А теперь представьте себе ещё более тёплую воду). Заливать надо холодной водой, лучше всего накидать в неё снега, чтобы она была на грани замерзания.
                                                      0
                                                      Если я правильно понял описанную теорию, водородные связи ускоряют охлаждение горячей воды по сравнению с законом Ньютона. Но ведь все равно при охлаждении эти связи ослабляются до уровня холодной воды и дальше отдача тепла должна идти с обычной скоростью. По идее, выигрыш может быть в том случае, если охлаждение будет происходить быстрее, чем релаксация водородных связей, а это очень быстрый процесс.
                                                        0
                                                        Все верно.
                                                        Релаксация водородных связей это уже пикосекунды. О каких-то выделенных сетках этих связей можно говорить до наносекунд. А дольше уже вообще ничего нет. После пары наносекунд все уравновешивается.
                                                        0
                                                        У Мпембы изначально молоко было… А экспериментаторы пытаются сэкономить, вот ничего и не получается.
                                                          +1
                                                          Потом к ним с мастер-классом приехал Осборн, Мпемба полез к нему с глупыми вопросами, а тот подофигев с такой заявы поставил эксперимент с нормальными химическими колбами, но сделал это аккуратно- мороженое- так мороженое- будем по 70мл лить. Как готовили? взяли холодную воду, нагрели, вмесили сахару туда с ванилью, залили в стаканчики и пихнули в морозилку? так, нагреваем, (месить не будем, для чистоты эксперимента вредно, да и не похоже на определяющий фактор), разливаем по банкам и в холодос.
                                                          ААА, наверно испарение влияет! накроем крышками! опа, эффект остался. Ну ладно, первый и последний африканский физик- эффект есть, объяснения нет, пошли публиковаться- вдруг кто подскажет, что за вуду-магию ты тут заварил, темный маг.
                                                          0
                                                          Объяснение не новое.
                                                          Видео 2015 года.
                                                          www.youtube.com/watch?v=66-ennQyy3A
                                                          Тоже есть и про водородные связи, но говорит что не похоже на правду такое объяснение.

                                                          Правда там в комментариях под видео пишут, что эффект фейк. Как и здесь — мнения разделились.
                                                            0
                                                            После прочтения статьи и, особенно, комментариев, у меня гипотеза, основанная на личном наблюдении за приготовлением кубиков льда для виски (или других прохладительных напитков) в бытовом морозильнике. Любопытных прошу под кат:
                                                            Заголовок спойлера
                                                            1. Холодная вода (ну, или комнатной температуры <=25С) замерзает неравномерно. «Кубики воды» интенсивно замерзают снаружи, а внутри довольно долгое время остается жидкая вода.
                                                            2. Образующийся снаружи лёд слегка повышает давление внутри кубика, чем больше промерзает, тем больше давление. Соответственно, те самые водородные связи внутри кубика ещё больше укорачиваются. Вероятно, плотно закрытый контейнер даст ещё больший эффект, но я в этом не уверен.
                                                            3. В горячей воде (=>35С) какое-то продолжительное время промерзание более равномерное, медленное и глубокое за счет более интенсивного броуновского движения (или растянутые водородные связи), потому влияние п.2 меньше.
                                                              0
                                                              считать надо. Замерзающий снаружи лед расширяется (при замерзании вода расширяется!) поэтому объем кубика растет, и растет так же его внутренний объем- то есть, вода внутри кубика должна растягиваться. С другой стороны- кубик зажат в форме для льда, которая может мешать ему расширяться, создавая в нем дополнительное давление, и таким образом- сжимая еще и внутреннюю воду. Будет внутренняя вода в итоге сжиматься, или расширяться- зависит от соотношения жесткости формочки и жесткости ледяной корки (при тонком слое льда- в любом случае сначала будет сжатие, но по мере утолщения льда в какой-то момент может перейти к расширению), кроме того, попытка поднять давление внутри кубика приведет к тому, что лед начнет течь (кто морозил стальные бочки с водой на даче- знает- в центре бочки на поверхности льда вырастает шишка нехилых размеров, а бочку- рвет), течение снимет часть внутреннего давления, если оно там возникнет. В пластиковой формочке предельные давления воды- это единицы атмосфер (при больших- форма треснет), для воды 10 атмосфер давления дают сжатие на 0,5*10-3, что эквивалентно внутренней добавочной энергии в 0,25 мДж/г, дополнительный нагрев от этой энергии эквивалентен примерно 6*10-5 C. слишком малый эффект, чтобы его было хоть как-то можно заметить. если форма будет держать 100 атмосфер (почти как баллон высокого давления- у того 400), то энергия вырастет в 100 раз, и эквивалентный нагрев будет уже 6*10-2 С- что тоже слишком мало для того, чтобы быть заметным. для проявления эффекта нам надо в водичке где-то спрятать хотяб 20 Дж/г.
                                                              0
                                                              В горячей воде водородные связи растянуты, ковалентные не напряжены, запас энергии мал- остывание и замерзание идет быстрее.
                                                              Китайцы не знают термодинамики, с увеличением температуры энергия системы может только расти.

                                                              Однако, когда жидкость нагревается, расстояние между молекулами увеличивается, а водородные связи растягиваются. Это также позволяет увеличить длину ковалентных связей и таким образом- отдать обратно энергию, накопленную в них
                                                              Как будто слабые водородные связи перетянут сильные ковалентные связи, но даже если допустить, что это случится, процесс растяжения связей будет поглощать энергию, а не выделять. А вообще ничего такого не происходит, длины связей в жидкостях почти не зависят от температуры, уж в пределах 20-30 *С то точно.

                                                              Я всегда думал, что этот эффект связан с тем, что горячая вода просто испаряется. А полстакана воды то остынут быстрее, это ясно. Но сейчас думаю, что такой эффект в принципе возможен, если тело остывает излучая и энергия этого излучения пропорциональна температуре. Излучив слишком большую порцию энергии, мы можем перепрыгнуть сразу в более холодное состояние. Что-то подобное я писал здесь, пытаясь разобраться с температурой.
                                                                0

                                                                Неа, у нас же непрерывный процесс, а не дискретный. Ни одно явление, полностью зависящее от температуры и не имеющее инерции, не способно заставить горячую воду остыть быстрее холодной.


                                                                Испарение могло бы подойти — если бы там и правда половина воды испарялась.

                                                                  –1
                                                                  Неа, у нас же непрерывный процесс, а не дискретный.
                                                                  Почему вы так думаете?
                                                                –2
                                                                А можно ли ковалентные связи и накопление энергии в них назвать «памятью воды» и объявить гомеопатию научной?
                                                                  +1

                                                                  "испарение воды через мембраны листьев эффективно протаскивает цепь молекул воды от корней вверх"
                                                                  Т.Е. про капиллярный эффект они не слышали?

                                                                    0
                                                                    А… так молекулы воды цепью протаскиваются. Цепляясь друг за друга водородными связями.
                                                                    Это пять.
                                                                      –1
                                                                      Капиллярный эффект не может объяснить, как вырастают деревья в сто метров высотой.
                                                                        0
                                                                        А почему минус unC0Rr?
                                                                        Там действительно другой эффект.
                                                                          0

                                                                          …который наверняка тоже давно объяснён наукой, без водородных связей.

                                                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                    Самое читаемое