¿Por qué es más rápido hacer helado con agua caliente que con agua fría?

Esto se debe al efecto Mpemba, por lo que hay tres situaciones posibles por las que se produce el fenómeno Mpemba:

(1) La temperatura del frigorífico no es uniforme. la caja de hielo se coloca cerca del tubo de enfriamiento, o incluso en contacto con el tubo de enfriamiento, es muy posible que la leche caliente se congele antes que la leche fría;

(2) Si a Mpemba no le gusta. dulces, no puede comer dulces en el helado. Había menos azúcar en la caja, o porque tenía prisa y no tuve tiempo de revolver, los gránulos de azúcar se depositaron en el fondo de la caja y formaron una. sólido Los experimentos han demostrado que se puede congelar primero;

(3) El helado casero de Mpemba no solo contiene leche sino que también se agregan almidones, que se congelarán primero cuando haya menos azúcar y menos leche. agregado.

Efecto Mpeba:

1. La gente suele pensar que cuando se mete en el frigorífico un vaso de agua fría y un vaso de agua caliente al mismo tiempo, el agua fría se congelará. rápidamente Este no es el caso. En 1963, un día, en una escuela secundaria en Tanzania, ubicada en África tropical, un grupo de estudiantes quería preparar algo de comida congelada para refrescarse. Un estudiante llamado Erasto Mpeba añadió azúcar a la comida. Leche caliente y se preparó para ponerla en el refrigerador. Pensó que si esperaba a que la leche caliente se enfriara y la metía en el refrigerador, otros estudiantes llenarían el refrigerador, así que puso la leche caliente en el refrigerador. Después de un rato, abrió el refrigerador y vio que era sorprendente. Sí, su taza de helado se había convertido en una taza de delicioso helado, mientras que el helado hecho por otros estudiantes con agua fría aún no se había congelado. Su descubrimiento no llamó la atención del profesor ni de sus compañeros, al contrario, les hizo reír. Mpeba contó este fenómeno especial al Dr. Osborne, profesor de física de la Universidad de Dar es Salaam, que luego quedó un poco sorprendido. Al escuchar el relato de Mpeba, creyó que lo que dijo Mpeba debía ser cierto. Osborne, que respetaba la ciencia, realizó otro experimento y los resultados fueron completamente consistentes con la descripción de Mpeba. Esto definitivamente confirmó que en un ambiente de baja temperatura, el agua caliente se congela. más rápido que el agua fría Desde entonces, muchas revistas científicas de todo el mundo han presentado este fenómeno natural y lo denominaron "Efecto Mpemba".

La historia del Efecto Mpemba

El hecho de que el agua caliente se congela más rápido que el agua fría se conoce desde hace muchos siglos. La primera mención y documentación de este fenómeno se remonta a Aristóteles en el año 300 a.C., quien escribió:

"El agua previamente calentada ayuda. se congela más rápido. Por eso, cuando la gente quiere enfriar el agua caliente, primero la ponen al sol..."

Pero antes del siglo XX, este fenómeno sólo se consideraba folklore. No fue hasta 1969. que Mpemba lo propuso nuevamente en la comunidad científica Desde entonces, muchos experimentos han confirmado la existencia del efecto Mpemba, pero no hay una explicación única.

Hacia 1461, el físico Giovanni Marliani, en un debate. Sobre cómo se enfrían los objetos, dijo que había demostrado que el agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Dijo que usó cuatro onzas de agua hirviendo y cuatro onzas de agua sin calentar se colocaron en dos recipientes pequeños y se colocaron fuera de la casa en un invierno frío. Descubrió que el agua hirviendo se congelaba primero, pero no podía explicar este fenómeno.

A principios del siglo XVII, este fenómeno parecía haberse convertido en conocimiento común. En 1620, Bacon escribió que "el agua, ligeramente. Cuando se calienta, se congela más fácilmente que el agua fría". Poco después, Descartes dijo: "La experiencia demuestra que el agua que se ha puesto al fuego durante un período de tiempo se congela más fácilmente que el agua fría". El agua se congela más rápido que otras aguas". /p>

No fue hasta 1969, 500 años después del experimento de Marliani, que se publicó en la revista "New Scientist" la historia de un estudiante de secundaria de Tanzania llamado Mpemba que redescubrió este fenómeno. ignore las observaciones de los no científicos y no juzgue prematuramente.

En 1963, Mpemba estaba haciendo helado en la escuela cuando mezcló leche hirviendo y azúcar. Originalmente, debía esperar a que la leche se enfriara antes de ponerlo. Lo metió en el refrigerador, pero por falta de espacio, lo metió directamente sin esperar a que la leche se enfriara. El resultado lo sorprendió. Descubrió que su leche caliente se solidificó en hielo antes que sus compañeros. su profesor de física por qué, pero el profesor dijo que debió haberlo confundido con el helado de otros estudiantes, porque su observación era imposible.

En ese momento Mpemba creyó lo que dijo su profesor, pero más tarde ese año, conoció a un amigo suyo que hacía y vendía helados en la ciudad de Tanga. Le dijo a Mpemba que cuando hacía helado, ponía el líquido caliente en él. El refrigerador les permitía congelarse más rápido que otros vendedores de helados. en Tanga Town también tuvo la misma experiencia práctica.

Más tarde, Mpemba aprendió la Ley de Enfriamiento de Newton, que describe cómo los objetos calientes se vuelven fríos (Bajo algunas suposiciones simplificadas, Mpemba le preguntó a su maestro por qué antes se congelaba la leche caliente). Leche fría. El maestro también respondió que Mpemba debe estar confundido. Cuando Mpemba continuó discutiendo, el maestro dijo: "Todo lo que puedo decir es que esta es la física de su Mpemba, no la física en general, de ahí en adelante, el maestro y". otros estudiantes usaron "Esas son las matemáticas de Mpemba".

O "Esa es la física de Mpemba" para criticar su error. Pero más tarde, cuando Mpemba intentó experimentos con agua fría y caliente en el laboratorio de biología de la escuela, descubrió de nuevo: el agua caliente se congela primero.

Antes, un profesor de física. El Dr. Osborne visitó la escuela secundaria de Mpemba. Mpemba le hizo esta pregunta. El Dr. Osborne dijo que no se le ocurría ninguna explicación, pero que intentaría hacer este experimento más tarde. Cuando regresó a su laboratorio, llamó a un joven técnico. para probar el experimento de Mpemba, el técnico informó más tarde que el agua caliente se congeló primero y agregó: "Pero continuaremos repitiendo este experimento hasta obtener los resultados correctos". Sin embargo, el informe experimental arrojó los mismos resultados. En 1969, Mpemba. y Osborne informaron sus resultados.

Ese mismo año, en una de las coincidencias más comunes en la ciencia, el Dr. Kell escribió de forma independiente un artículo El artículo trata sobre la congelación del agua caliente antes que el agua fría. Se supone que el agua se enfría inicialmente por evaporación y se mantiene a una temperatura uniforme, luego el agua caliente perderá suficiente masa para congelarse primero. Por lo tanto, Kell demostró que el fenómeno era real (en ese momento, era un rumor en las ciudades canadienses) y. podría explicarse por la evaporación. Sin embargo, no estaba al tanto del experimento de Osborne. Osborne midió la masa perdida y descubrió que la evaporación no era suficiente para explicar el fenómeno. Los experimentos posteriores utilizaron recipientes sellados para eliminar la influencia de la evaporación. el agua se congela primero.

3. Varias explicaciones del efecto Mpeba

¿Qué es el efecto Mpemba? Hay dos tazas de la misma forma, llenas con el mismo volumen de agua La única diferencia es la temperatura del agua. Ahora las dos tazas de agua se enfrían en el mismo ambiente. Bajo ciertas condiciones, el agua con la temperatura inicial más alta se congelará primero, pero este no es el caso en todas las circunstancias. Por ejemplo, agua caliente a 99,9°C y agua fría a 0,01°C, de esta manera, el agua fría se congelará primero. El efecto Mpemba no ocurre bajo ninguna temperatura inicial, forma del recipiente, se puede ver tanto en enfriamiento como en enfriamiento. condiciones de enfriamiento.

La mayoría de la gente pensará que esto parece imposible, y algunas personas intentarán demostrar que es imposible. Esta prueba generalmente se ve así: Refrigeración por agua a 30 ℃ Se tarda 10 minutos en congelarse. a 70°C primero debe tomar un tiempo para enfriarse a 30°C, y luego tomar otros 10 minutos para enfriarse hasta que se congele porque lo que tiene que hacer el agua fría, también lo debe hacer el agua caliente, por lo que la congelación del agua caliente es lenta. ¿Esta prueba es incorrecta?

Esta prueba es incorrecta porque supone implícitamente que la congelación del agua solo se ve afectada por la temperatura promedio. Pero, de hecho, además de la temperatura promedio, también hay otros factores. importante Importante. Una taza de agua con una temperatura inicial uniforme de 70°C que se ha enfriado a una temperatura promedio de 30°C habrá cambiado de manera diferente que una taza de agua con una temperatura inicial uniforme de 30°C. tiene menos masa, gases disueltos y la convección provoca una distribución desigual de la temperatura. Estos factores cambiarán el ambiente en el refrigerador y alrededor del recipiente. Estos cuatro factores se considerarán a continuación.

1. se enfría a la temperatura inicial del agua fría. Durante el proceso, el agua caliente perderá parte del agua debido a la evaporación. La menor masa hace que el agua se enfríe y se congele más fácilmente. De esta manera, el agua caliente puede congelarse antes. agua fría, pero la cantidad de hielo será menor si asumimos que el agua solo pasa a través de la evaporación. Los cálculos teóricos pueden mostrar que la evaporación puede explicar el efecto Mpemba. Esta explicación es creíble y muy intuitiva. Sin embargo, este no es el único mecanismo. La evaporación no puede explicar la situación en un recipiente cerrado. Los experimentos realizados en recipientes cerrados no pueden salir. Muchos científicos afirman que la evaporación por sí sola no es suficiente para explicar los experimentos que han realizado.

2. Gases disueltos: el agua caliente es mejor que el agua fría. Puede retener menos gas disuelto. A medida que hierve, una gran cantidad de gas se escapará de la superficie del agua y cambiará las propiedades del agua. O bien facilita la formación de convección (y por lo tanto más fácil de enfriar), o reduce el tiempo de congelación de la unidad de masa de agua, o cambia el punto de ebullición. Hay algunos experimentos que respaldan esta explicación, pero no hay ninguno. apoyo de cálculos teóricos.

3. Convección: debido al enfriamiento, el agua formará convección y una distribución desigual de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la densidad del agua disminuirá, por lo que la superficie del agua estará más caliente que. el fondo del agua, llamado "parte superior caliente". Si el agua pierde calor principalmente a través de la superficie, entonces el agua en la "parte superior caliente" perderá calor más rápido que si la temperatura fuera uniforme. Cuando el agua caliente se enfría hasta el fondo. A la temperatura inicial del agua fría, tendrá una parte superior caliente, por lo que en comparación con el agua con la misma temperatura promedio pero temperatura uniforme, su velocidad de enfriamiento será más rápida. Aunque en el experimento, se puede ver la armonía en la parte superior caliente.

Convección cercana, pero aún se desconoce si la convección puede explicar el efecto Mpemba.

4. Las cosas que lo rodean: la última diferencia entre dos vasos de agua no tiene nada que ver con ellos mismos, sino con el entorno que los rodea. con una temperatura inicial más alta puede cambiar el ambiente a su alrededor de manera compleja, afectando así el proceso de enfriamiento. Por ejemplo, si el vaso de agua se coloca encima de una capa de escarcha, la escarcha puede conducir muy mal el calor. derrita esta capa de escarcha, creando así un mejor sistema de enfriamiento. Obviamente, esta explicación no es lo suficientemente general y muchos experimentos no colocarán el recipiente sobre la capa de escarcha.

Finalmente, el sobreenfriamiento puede ser importante. En este efecto, el sobreenfriamiento es el fenómeno de que el agua solo se congela cuando está por debajo de 0 ℃. Un experimento encontró que es menos probable que el agua caliente se sobreenfríe que el agua fría. Esto significa que el agua caliente se congelará primero porque se congela a una temperatura más alta. temperatura pero esto no explica completamente el efecto Mpemba, porque todavía tenemos que explicar por qué se sobreenfriará menos agua caliente.

En muchos casos, el agua caliente se congela antes que la fría, pero este fenómeno no se observa. En todos los experimentos, aunque hay muchas explicaciones, todavía no existe una explicación perfecta. Por lo tanto, el efecto Mpeba sigue siendo un misterio.