Veckans fråga

 

Värme [7830]

Fråga:
Frysning av vatten
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Om man tar 50 gradigt vatten i en spann och ställer ut i -10 gradig luft samtidigt med en spann med 20 gradigt vatten. Vilken fryser till is först?. Har hört att "varmt" vatten fryser fortast men har svårt att tro på det.
/Claes L, Härryda

Svar:
Det är klart att den kallare i de flesta fall fryser först. Effekten är emellertid relativt väletablerad men utan någon enskild enkel förklaring, se Mpemba_effect .

Nedanstående länkar diskuterar några möjliga förklaringar till effekten.

Eftersom det avsvalnande varma vattnet vid någon tidpunkt måste vara av samma temperatur som det kalla vattnet så är det svårt att se att det från början varma vattnet skulle frysa snabbare: två vattenmassor med samma temperatur bör rimligen uppföra sig likadant. Det måste i så fall vara någon skillnad på vattenmassorna, t.ex. gasinnehåll.

En av förklaringarna går ut på att det varma vattnet fryser delvis snabbare (mindre underkylning, se fråga 16785 ) och därför uppfattas som fruset när det i själva verket bara är delvis kylt. Problemet kvarstår dock: vad är det för skillnad mellan det kalla vattnet från början och det varma vattnet när temperaturen passerar begynnelsetemperaturen av det kalla vattnet.

Men det hjälper inte att spekulera ... man borde göra ett försök att påvisa effekten! Jag gjorde ett enkelt försök med istärningsbehållarna. Det var ingen märkbar skillnad på behållaren med kallt vatten och behållaren med hett vatten. Om något så frös den varma vattnet långsammare!

Se även frågorna 18157 , 3551 och 16785 .

Påpekas bör dock att effekten inte är absolut bevisad, se Mpemba_effect#Recent_views .

Ett antal möjliga förklaringar listas i Mpemba_effect#Suggested_explanations . Jag tror, om effekten finns, att förklaringen är att det från början kalla vattnet har en större tendens till underkylning.

Försök med temperaturmätning

I länk 2 beskrivs ett experiment där man mätt temperaturen som funktion av tiden, se nedanstående figur. Experimentet är emellertid mycket bristfälligt dokumenterat (t.ex. Var placerades temperatursensorerna? Vad var omgivningens temeratur?).

I början ser plotten rimlig ut. Den röda kurvan (varmare vatten) är brantare än den blå. Detta är rimligt eftersom värmetransporten till omgivningen är proportionell mot temperaturskillnaden.

Från 10 grader är kurvorna i stort sett parallella, vilket är rimligt. Kurvorna planar emellertid ut vid +3 grader och inte som man väntar sig vid vattnets fryspunkt 0 grader. Detta är antingen ett kalibreringsfel eller så sitter temperatursensorerna på fel plats.

Om man verkligen kan tro på mätningen så är det uppenbart att förklaringen är att tiden för frysning är kortare för det från början varma vattnet. På något sätt måste värmetransporten för det varma vattnet vara effektivare än för det kalla vattnet. Vi har fullständig isbildning (kurvan böjer nedåt och isen kyls till under 0 grader) vid 2.5 timmar för det varma vattnet och 4.2 timmar för det kalla vattnet.

Detta är ju en mycket tydlig effekt om man kan lita på mätningen. Varför 0-gradigt vatten som varit varmt fryser snabbare ges emellertid ingen förklaring för.



/KS/lpe

Nyckelord: vatten/is [33]; *vardagsfysik [62]; värmeöverföring/transport [38]; Mpemba-effekten [2];

1 http://www.rsc.org/images/nikola-bregovic-entry_tcm18-225169.pdf
2 https://www.picotech.com/library/results/freezing-hot-cold-water

 

 

Frågelådan innehåller 7234 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2018-02-13 11:37:39.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.