Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

2 frågor/svar hittade

Värme [20760]

Fråga:
Frysning av vatten - igen
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
För att lättare förklara frågan börjar jag genom att presentera två påståenden:

Antaget att en vattenkropp med volymen V vid temperaturen av 40°C kyls ner till 0°C i tiden t.

En praktiskt likadan vattenkropp med volymen V vid temperaturen av 60°C borde kylas ner till 0°C i tiden t+x där x är tiden det tar att kyla vattnet från 60°C till 40°C. Förutsatt att kylningsförhållanden är likadana.

Med hjälp av dessa påståenden kan man anta att då det varma vattnet (60°C) sätts i en frys och då det når 40°C placeras en praktiskt likadan vattenkropp med starttemperaturen av 40°C bör de även nå frysningspunkten ungefär lika fort.

Skillnaden av mängden evaporerad vätska mellan det initialt varmare och kallare vattnet kan endast förklara några få procents skillnad. Samtidigt är ventilationen tillräckligt tillfredsställande för att luften inte ska öka i temperatur till följd av en längre period av värmeöverföring.

Det innebär att i värsta fall bör skillnaden i tiden det tar att nå frysningspunkten variera med högst 5%.

Under mitt gymnasiearbete (NV) där jag undersöker validiteten av Mpemba-effekten har jag gjort det exakta jämförelsen som förklarades i början. Totalt har 26 mätningar gjorts och vartenda försök uppvisade en skillnad mellan 9,3% (som minst) och 19,8% (som mest). Nedan finns en graf med mätvärden för 14 försök med kranvatten (de resterande 12 varierar i startförhållanden och är ej med i grafen då de avviker rent naturligt).

Frågan är då hur kan man förklara dessa fenomen? De beräkningar jag har gjort på huvudsakligen evaporation, konvektion samt ojämnt temperaturfördelning och dess påverkan på värmeöverföringen är långt ifrån de värden jag åstadkom.

Tack i förhand, Mvh Bartosz M. Piorkowski
/Bartosz P, Möckelngymnasiet, Karlskoga

Svar:
Mpemba-effekten har diskuterats här tidigare, se fråga 7830 . Det finns en hel del data som tyder på att effekten är verklig, men det finns ingen bra förklaring till effekten.

Dina resultat (figuren nedan) ser övertygande ut. Jag hade dock föredragit om du ritat in datapunkterna i stället för linjerna som jag antar är något sorts "bästa anpassning". Man hade då kunna bedöma tillförlitligheten från spridningen i datapunkterna.

Du bör även förklara varför du bortser från nästan hälften av mätvärdena.

Ett annat problem är att du, såvitt jag förstår, inte mätt tills provet börjar frysa utan till det når den normala fryspunkten 0oC. Detta är inte den urspungliga Mpemba-effekten. Det du mäter är avkylning av vatten, inte vatten som övergår i is.

Det betyder också att flera av de traditionella förklaringarna (som har att göra med frysningsprocessen) faller bort, framför allt underkylning*).

Se även Mpemba_effect#Suggested_explanations för möjliga förklaringar.

Här är en utmärkt, aktuell sammanfattning av Mpemba-effekten:

___________________________

*) Underkylning innebär att en vätskas temperatur sänks under dess smältpunkt utan att den övergår i fast form. Exempelvis kan rent vatten (regndroppar och molndroppar) vara underkylt. När den underkylda vätskan träffar fast material, exempelvis marken, kan den snabbt kristalliseras och ge upphov till nedisning. (Underkylning )



/Peter E

Nyckelord: *vardagsfysik [62]; värmeöverföring/transport [39]; vatten/is [34]; Mpemba-effekten [2];

1 http://forgetomori.com/2008/skepticism/mpemba-science/
2 https://www.sciencealert.com/mpemba-effect-warm-water-cooling-faster-than-cold-water-new-explanation

*

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 [34]; *vardagsfysik [62]; värmeöverföring/transport [39]; 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

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7299 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2018-09-17 11:39:14.


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
.