13:48, 13 октября 2017

Физики подтвердили эффект замерзания горячей воды быстрее холодной

Физики подтвердили эффект замерзания горячей воды быстрее холодной

PxHere

Эффект Мпембы, согласно которому горячая вода замерзает быстрее холодной, ученые впервые наблюдали в модели жидкости из неупругих шариков. Новая работа поможет разобраться в эффекте, само существование которого некоторые ученые оспаривают. Статья с результатами опубликована в журнале Physical Review Letters.

В 1963 году школьник из Республики Танганьика Эрасто Мпемба обратил внимание на то, что теплая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная. Несмотря на то, что подобные наблюдения содержатся в трудах многих исторических деятелей, начиная с Аристотеля, исследование данного вопроса началось только во второй половине XX века, и за описанным явлением закрепилось название «эффект Мпембы».

В изначальном виде эффект недостаточно строго сформулирован для того, чтобы поставить однозначно интерпретируемый эксперимент. Ученые предлагали много возможных объяснений: влияние конвекционных потоков, переохлаждение, необычное поведение водородных связей между молекулами, различие скоростей испарения, наличие центров кристаллизации. Тем не менее не все ученые согласны даже с существованием самого явления. В частности, в 2016 году в журнале Scientific Reports вышла статья, авторы которой не обнаружили искомого эффекта для воды в тщательно контролируемых условиях.

В новой работе коллектива испанских физиков рассматривается модель жидкости в виде сыпучей среды, ключевой особенностью которой было то, что она представляет собой совокупность неупруго взаимодействующих шариков. В результате при соударении таких частиц они теряют энергию не только посредством тепловых потерь, что ускоряет процесс охлаждения.

Авторы обнаружили эффект Мпембы для определенного диапазона параметров системы, а также подтвердили существование «обратного эффекта Мпембы», то есть возможности более быстрого нагревания изначально более холодного тела. Физики утверждают, что явление может существовать в широком классе разнообразных систем. Также необходимо отметить, что изученная авторами ситуация больше соответствует изначальному эксперименту Мпембы (с молоком), чем опыты с чистой водой, так как крупные молекулы, растворенные в воде, также могут играть определяющую роль в явлении.