Gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?

Stimmt es, dass heißes Wasser schneller gefriert als kaltes Wasser und wenn ja, welche praktischen Anwendungen gibt es für dieses Phänomen?

Ich weiß, dass es so ist, weil Peggy Knapp es bei Newtons Apple gemacht hat . Das war ein tolles Programm.
Ich habe dies versucht, indem ich zwei Gläser mit der gleichen Menge Wasser in den Gefrierschrank gestellt habe, ein Glas hatte Wasser mit Raumtemperatur, das andere hatte heißeres, kürzlich gekochtes Wasser. Mein Ergebnis war, dass das kalte Wasser wie erwartet zuerst gefror. Es ist jedoch ein gut dokumentierter Effekt, und ich würde gerne wissen, warum mein Experiment ein negatives Ergebnis lieferte.
Wenn die Verdunstung ein Schlüsselfaktor ist, dann ist die Oberfläche für das Experiment wichtig. Zwei Gläser Wasser in einem Gefrierschrank ergeben nicht das gleiche Ergebnis wie zwei flache Wassermengen, die jeweils über einen Quadratfuß verteilt sind. Das heiße Wasser verdunstet viel schneller, wenn es sehr flach ist und sich ausbreitet. Es hat weniger Gesamtmasse, um Wärme zu speichern, und viel mehr Oberfläche, um sie zu kühlen und zu verdampfen. Das heiße Wasser verdampft, reduziert die Masse und gefriert dann schneller als das kalte Wasser. Die relative Luftfeuchtigkeit ist ebenfalls eine zu berücksichtigende Variable.
Ich habe einmal eine Widerlegung davon gehört, indem ich behauptete, dass heißes Wasser zu kaltem Wasser werden muss, bevor es zu gefrorenem Wasser werden kann. Ich finde, das ist ein gutes Beispiel dafür, den Punkt völlig zu verfehlen.

Antworten (4)

In bestimmten Einstellungen gefriert Kaltwasser langsamer als Warmwasser. Dies wird Mpemba-Effekt genannt .

Der Mpemba-Effekt ist die Beobachtung, dass wärmeres Wasser manchmal schneller gefriert als kälteres. Obwohl die Beobachtung bestätigt wurde, gibt es keine einheitliche wissenschaftliche Erklärung für die Wirkung.

Kann heißes Wasser schneller gefrieren als kaltes Wasser? , Monwhea Jeng, Universität von Kalifornien, 1998

Tatsächlich kann heißes Wasser für eine Vielzahl von Versuchsbedingungen schneller gefrieren als kaltes Wasser. Dieses Phänomen ist äußerst kontraintuitiv und selbst für die meisten Wissenschaftler überraschend, aber es ist tatsächlich real. Es wurde in zahlreichen Experimenten beobachtet und untersucht. Während dieses Phänomen seit Jahrhunderten bekannt ist und von Aristoteles, Bacon und Descartes [1-3] beschrieben wurde, wurde es der modernen wissenschaftlichen Gemeinschaft erst 1969 von einem tansanischen Gymnasiasten namens Mpemba vorgestellt.

Einige vorgeschlagene Gründe, die in dem Papier genannt werden:

  1. Verdunstung – Wenn das anfänglich wärmere Wasser auf die Anfangstemperatur des anfänglich kühleren Wassers abkühlt, kann es erhebliche Mengen an Wasser durch Verdunstung verlieren. Die reduzierte Masse erleichtert das Abkühlen und Gefrieren des Wassers. Dann kann das anfangs wärmere Wasser vor dem anfangs kühleren Wasser gefrieren, erzeugt aber weniger Eis. [...]

  2. Gelöste Gase – Heißes Wasser kann weniger gelöste Gase enthalten als kaltes Wasser, und beim Kochen entweichen große Mengen Gas. Das anfänglich wärmere Wasser kann also weniger gelöstes Gas enthalten als das anfänglich kühlere Wasser. [...]

Ich denke, es lohnt sich, zumindest einige der hier vorgeschlagenen Gründe anzugeben (z. B. bedeutet mehr Verdunstung des heißen Wassers, dass weniger Wasser gefriert).
@Oddthinking danke, habe die Antwort bearbeitet. @Kit Sunde Ich stimme dem zu!
Wären diese Theorien, insbesondere die Verdunstungstheorie, nicht leicht zu überprüfen??? Messen Sie zum Beispiel nach dem Experiment, wie viel Eis in jeder Probe ist???
@mplungjan Das ist eigentlich ein anderes Phänomen namens Unterkühlung, bei dem eine Flüssigkeit unter ihren Gefrierpunkt gekühlt wird, ohne dass sie tatsächlich gefriert (weil ihr ein Kernpunkt fehlt, an dem das Gefrieren beginnen sollte) und bei Anwendung eines Schocks oder so etwas sofort gefriert macht es inhomogen. Weitere Informationen finden Sie auf Wikipedia: en.wikipedia.org/wiki/Supercooling
Ich kenne. Aber ich mag es trotzdem :) Und vielleicht wäre es schneller unterkühlt, wenn es ein warmes Bier gewesen wäre ;)
Wissenschaft, manchmal lässt du mich im Stich.
Ein verwandter Trick: youtube.com/watch?v=zFj_i6HtebM
Könnte Nr. 2 nicht bewiesen werden, indem man zuerst Wasser kocht und es dann abkühlen lässt, bevor man es einfriert?
@Christopher Scott: Wikipedia behauptet, dass sie das bereits versucht haben, und impliziert (gibt aber nicht an), dass der Effekt auch dann anhält, wenn das kalte Wasser ursprünglich gekocht wurde, um gelöstes Gas zu entfernen.
@cularis: In Ihren Verdampfungsteil sollten Sie die latente Verdampfungswärme einbeziehen. Wenn das Wasser verdunstet, erhält es den größten Teil der benötigten Energie aus dem Rest des Wassers und hilft so, die Wassertemperatur zu senken.
genial, einfach verdammt geil.
Mein Physiklehrer hat mir vor ein paar Jahren davon erzählt. Völlig überwältigend.
@Christopher Scott, Sie können genau das tun, um kristallklare Eiswürfel zu Hause zu bekommen, da es das Gas aus dem Wasser entfernt, das die Trübung verursacht.
Eine plausible Erklärung ist, dass das wärmere Wasser beim Abkühlen eine stärkere Konvektionsströmung hat. Der Drehimpuls des Konvektionsstroms hält den Strom nach dem Absinken auf eine niedrigere Temperatur aufrecht, und so kühlt das Wasser überall schneller ab.
Ich habe mein ganzes Leben lang meine Eiswürfelbehälter mit warmem Leitungswasser aufgefüllt ... Frau findet das blöd. Ha!
medium.com/editors-picks/d8a2f611e853 Kürzlich untersucht und anscheinend "gelöst".
Interessante Antwort ist im MIT-Web: Friert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser? Ihre Schlussfolgerung ist nein .
Anstatt sich mit etwas, das nicht reproduzierbar ist, um den Verstand zu bringen, sollten Sie dem vielleicht einfach skeptisch gegenüberstehen. Zwei ungleiche Volumina kühlen und gefrieren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
Ich kenne das seit HS. Physiker sagten, der Grund dafür sei, dass wärmeres Wasser aktivere Konvektionsströmungen habe, die Wasser häufiger mit kalter Luft in Kontakt bringen

Das war eigentlich mein Science-Fair-Experiment der 6. und 5. Klasse. :)

Und von diesem Effekt hatte ich noch nie zuvor gehört; Es war ein Zufallsexperiment, an das ich gedacht und das ich ausprobiert habe.

Meine Antwort: Es hängt davon ab, was Sie unter "einfrieren" verstehen .

Kaltes Wasser beginnt früher zu gefrieren (tritt bei 0 Grad C ein), aber heißes Wasser endet früher (bei Austritt aus 0 Grad C). Ich habe das mit einem Digitalthermometer gemessen.

Keine Ahnung warum, aber ich bin verdammt sicher, dass mein Experiment genau war.

Bearbeiten:

Ich habe die Daten gefunden!

Seite 1

Seite 2

Ich habe die Jahre verwischt, um selbst Kohlenstoffdatierungen zu vermeiden. ;)

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@LarianLeQuella: Zählt Originalforschung?
Nur wenn es veröffentlicht und begutachtet wurde. :)
@LarianLeQuella: Woher war das Zitat übrigens?
Du meinst meinen ersten Kommentar? Es stammt von einer Überprüfungsfunktion, die stackexchange hat. Ich habe nur ein einfaches Kopieren / Einfügen davon gemacht. Es gibt eine Diskussion über Meta, die über die Art der Referenzen spricht, die hier erforderlich sind.
@LarianLeQuella: Ich habe die Diskussion nie gesehen, aber ich habe so etwas in den FAQ oder so nicht gesehen. Ich werde es entfernen, sobald es zur Regel wird. :)
@LarianLeQuella: Siehe Bearbeiten!
Zählen „Publikation“ und „Peer Review“ auf einer Wissenschaftsmesse heutzutage nichts mehr ? ;p Übrigens, hast du etwas gewonnen?
@DanMoulding: Haha ... nein, leider gab es keinen Preis. :)
Bravo! Wie auch immer, die Tatsache, dass Sie im Alter von zehn Jahren Zugang zu einem Computer zur Analyse hatten, datiert Sie bereits teilweise. :)
Ja, ich schätze, ich habe mich mit Silikon verabredet :)
Ihre breitere Temperaturplateauphase bei 0 ° C für (anfänglich) kälteres Wasser führt direkt zu der Tatsache, dass mehr (Masse) des kälteren Wassers vorhanden ist als im Fall des heißeren Wassers. Denn in dieser Phase „verkauft“ das Wasser Schmelzwärme, um einem weiteren Temperaturabfall standzuhalten. Das kältere Wasser hält in dieser Phase nur länger, weil mehr Wasser vorhanden ist, aus dem Schmelzwärme verkauft werden kann. Ihr Experiment hat die Verdunstungshypothese bestätigt.
@Scrontch: Sie nehmen an, dass sie unterschiedliche Masse hatten, weil ... warum? Und kaltes Wasser brauchte zwischen 50 % und 100 % länger zum Gefrieren – wie viel mehr Masse, glauben Sie, würde dies erklären?
@ user541686 Beachten Sie, dass die Schalen ungefähr zur gleichen Zeit 0 ° C erreichten, als sie zusammen waren. Dies deutet darauf hin, dass die heiße Schüssel Wärme auf die kalte Schüssel übertrug. Der wahrscheinlichste Mechanismus dafür wäre die Kondensation von Wasserdampf auf der kalten Schüssel, der von der heißen verdunstet war. Offensichtlich möchten Sie ihre Massen messen, um diese Hypothese zu testen, aber in Ermangelung dieser Messungen ist dies immer noch die überzeugendste Hypothese.
@phoog: interessanter Gedanke, war mir nicht eingefallen.

Eine neue Arbeit zu diesem Phänomen wurde kürzlich veröffentlicht. Es bietet eine weitere Erklärung und hat sogar die Aufmerksamkeit populärer Medien auf sich gezogen.

doi:10.1038/srep03005

arXiv:1310.6514v2 [physics.chem-ph]

Sie sagen, dass die Wechselwirkung zwischen den Wasserstoffbrückenbindungen und den stärkeren Bindungen, die die Wasserstoff- und Sauerstoffatome in jedem Molekül zusammenhalten, bekannt als kovalente Bindungen, den Effekt verursacht. Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, dehnen sich normalerweise die kovalenten Bindungen zwischen Atomen und speichern Energie. Die Wissenschaftler argumentieren, dass die Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser einen ungewöhnlichen Effekt erzeugen, der dazu führt, dass sich die kovalenten Bindungen verkürzen und Energie speichern, wenn sie erhitzt werden. Sie sagen, dass dies dazu führt, dass die Bindungen ihre Energie exponentiell im Vergleich zu der ursprünglich gespeicherten Menge freisetzen, wenn sie in einem Gefrierschrank gekühlt werden. Heißes Wasser verliert also schneller mehr Energie als kaltes Wasser. Dr. Changqing sagte: „Erhitzen speichert Energie, indem es die kovalente HO-Bindung verkürzt und versteift. „Kühlen im Kühlschrank, Die HO-Bindung gibt ihre Energie mit einer Geschwindigkeit ab, die exponentiell von der ursprünglich gespeicherten Energie abhängt, und daher tritt der Mpemba-Effekt auf.“ Die Royal Society of Chemistry erhielt mehr als 22.000 Antworten auf ihren Aufruf zur Lösung des Mpemba-Effekts und erhält immer noch Theorien, obwohl der Wettbewerb vor einem Jahr endete.

Zitiert von Telegraph.co.uk .

Es ist wahr, unter angemessenen Umständen.

Die wissenschaftliche Erklärung dafür bezieht sich auf die Tatsache, dass die Gefriertemperatur mit dem Druck steigen kann.

Beim Mpemba-Effekt geht es darum, heiße Proben schneller als kalte einzufrieren, was bei kleinen Druckschwankungen möglicherweise keinen wesentlichen Unterschied darstellt, aber Phänomene wie Unterkühlung und Überhitzung haben praktische Anwendungen wie die bessere Konservierung von Organen in medizinischen Kühlschränken und Supraleitung in elektrischen Geräten.

Mehr dazu finden Sie in: Der Mpemba-Effekt: Warum heißes Wasser manchmal schneller gefriert als kaltes .

Die Gefriertemperatur sinkt tatsächlich, wenn der Druck zunimmt ... (siehe Phasendiagramm von Wasser: 1.bp.blogspot.com/_Ukz5Qzczfbc/TVEUPJxtDfI/AAAAAAAAB54/… )
Gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?
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