Main content
PTEJTE SE KNIHOVNY
Dotaz: Když vložíme do mrazáku dva stejné hrnečky kávy, jeden o teplotě 40 stupňů a druhý o teplotě 30 stupňů Celsia, který zamrzne dřív? Četl jsem, že šálek, který měl 40 stupňů… (Kategorie dotazu: fyzika a příbuzné vědy, datum zadání: 17. 2. 2012)
Odpověď: Tento jev se v odborné literatuře označuje jako Mpembův jev. Nemusí však nastat vždy a za všech okolností a dosud není uspokojivě vysvětleno, jak k němu dochází.
Základem Mpembova jevu je to, že za určitých okolností teplá voda změní skupenství v pevné (tedy led) dříve než studená voda umístěná ve stejném prostředí. Existuje několik možných vysvětlení, proč k tomu dochází:
1) Vypařováním teplé vody se jednak zmenšuje její objem (zbývá jí tedy méně, a proto rychleji zamrzá) a jednak jím kapalina ztrácí teplo, a tedy zamrzne dřív.
2) Nádoba s teplou vodou se „protaví“ do vrstvy ledu, námrazy nebo sněhu a dochází tak k rychlejší výměně tepla.
3) V teplé vodě se molekuly pohybují jinak než ve studené a jejich pohyb zvyšuje pravděpodobnost a četnost vytváření tzv. krystalizačních jader, tedy počátečních bodů, kde se začínají vytvářet krystalky ledu. Podle diplomové práce P. Böhma je jednou z nezbytných podmínek Mpembova jevu to, že se teplá voda „přechladí“ na vyšší teplotu než původně studená voda – ta je přechlazená více, a tudíž potřebuje více času ke zmrznutí (přechlazená voda zůstává v kapalném skupenství i při teplotě nižší než 0° C – aby ztuhla, potřebuje právě přítomnost krystalizačních jader).
4) Na Mpembův jev může mít dále vliv chemické složení příměsí ve vodě, její obohacení vzduchem atd. V praxi je již dokázáno, že k tomuto jevu za určitých podmínek dochází (zmínky o něm se objevují již ve 4 stol. př. n. l.), ale v žádném případě tomu tak není vždy.
- Zdroje: Článek na Wikipedii http://cs.wikipedia.org/wiki/Mpemb%C5%AFv_jev;
diplomová práce P. Böhma http://mpemba.pavelbohm.cz/index_cz.php;
diplomová práce D. Janišové http://is.muni.cz/th/84443/pedf_m/DJ.pdf;
článek o výzkumu na Binghamtonské univerzitě (anglicky)
http://www2.binghamton.edu/physics/docs/Preprint%20and%20Supplemental%209%20Mar%2010.pdf.