Объяснение эффекта Мпембы расширением воды при замерзании

[Akymak]

Как Вы считаете, правильно ли нижеследующее объяснение эффекта Мпембы? Нет ли в нём грубых дилетантских или любых других ошибок?

Сначала предыстория. Это парадоксальное явление заключается в том, что горячая вода при некоторых условиях замерзает быстрее, чем холодная. Попробуем разобраться почему. Известно, что "Вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее уменьшается" и "Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как этого следовало бы ожидать". Соответственно, при понижении давления температура замерзания воды повышается.

Эффект Мпембы объясняется тем, что при охлаждении воды вначале затвердевает наружный слой, в то время как внутри ещё сохраняется жидкость относительно высокой температуры. Замёрзшая поверхность препятствует свободному уменьшению её тёплого внутреннего объёма, в результате чего, при дальнейшем охлаждении, на внутренний объём действуют силы растяжения. То есть давление внутри ледяной капсулы понижается, что увеличивает температуру замерзания.

Это обеспечивает замерзание содержимого ледяной капсулы при более высокой температуре и образование большего количества льда за то же время для изначально более тёплой воды.

Повторяемость результатов научного эксперимента, в случае, если объяснение правильное, должна достигаться в случаях, когда пространственные размеры формы замерзающей воды сопоставимы. Чтобы могла образоваться ледяная капсула определённого размера.

[Евгений Машеров]

Для начала хорошо бы подтвердить наличие эффекта...

[Akymak]

The Royal Society of Chemistry. Кстати, конкурс выиграло возможно "лучшее и самое творческое объяснение", но неправильное.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Карантин»
Отсутствует формулировка предмета обсуждения.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: не указана.

[OlegCh]

Евгений Машеров в сообщении #1043599 писал(а):

Для начала хорошо бы подтвердить наличие эффекта...

Вот именно. На самом деле, всё это фигня, весь этот "эффект", нету его. Я сам пытался воспроизвести его в морозильнике. Ничего подобного не подтвердилось. Холодная вода замерзла быстрее, чем горячая. А если у какого-нибудь Мпембы этот фокус и имел место, то только благодаря разным условиям для холодной и горячей воды, совершенно в этом уверен. Например, если емкость ставили на лед, то стакан с горячей водой мог растопить лед, опустившись на дно морозильника - соответственно, теплообмен будет уже совсем не тот, что для стакана с холодной водой. Если строго соблюсти одинаковость условий, то никаких чудес не будет.

[statistonline]

OlegCh в сообщении #1044784 писал(а):

Я сам пытался воспроизвести его в морозильнике.

А какие объемы воды брали, и с какой начальной температуры начинали заморозку у горячей и холодной? Как определяли полное время замерзания?

[OlegCh]

statistonline в сообщении #1044790 писал(а):

А какие объемы воды брали, и с какой начальной температуры начинали заморозку у горячей и холодной? Как определяли полное время замерзания?

Вот тут подробно написано как и что. С сообщения #12 и дальше.
https://www.braingames.ru/forum/index.p ... =5677&st=0

[Akymak]

Почему я считаю, что это объяснение может считаться истинным без проведения физических экспериментов? Это основано на следующем рассуждении. Только для воды наблюдается эффект Мпембы. И только вода при затвердевании уменьшает свою плотность (что приводит к повышению температуры замерзания при понижении давления). Этот уникальный эффект и уникальное свойство однозначно коррелируют. Иначе говоря, других веществ, проявляющих себя подобным образом, науке не известно. Значит одно связано с другим.

[zvm]

Akymak в сообщении #1044825 писал(а):

только вода при затвердевании увеличивает свою плотность

Akymak в сообщении #1044825 писал(а):

других веществ, проявляющих себя подобным образом, науке не известно.

Слово "увеличивает" нужно заменить на "уменьшает".
Это как это так? Твердый висмут плавает в своем расплаве.

[Akymak]

Это отсюда:

Цитата:

2. Вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее уменьшается.

Даже отсканированная страничка есть.

Цитата:

это так? Твердый висмут плавает в своем расплаве.

Если так, значит для него возможен эффект Мпембы.

[statistonline]

OlegCh в сообщении #1044796 писал(а):

Вот тут подробно написано как и что.

Да, спасибо за ссылку, почитал. Вообще соображение, высказанное там у кого-то про "разгон" реакции, "инерциальность" теплообмена доставляет :)

Akymak в сообщении #1044832 писал(а):

Если так, значит для него возможен эффект Мпембы.

Ну, тогда уж и чугун запишем на Мпембу, он в расплаве тоже плотность имеет меньшую, нежели в твердой фазе.
Вот нашел высказывание одного деятеля по поводу эффекта:
"Мпемба-эффект сильно зависит от всех сопутствующих факторов: объема замораживаемой воды, характера ее разогрева, условий замораживания, температуры, конвекции, условий теплообмена, насыщения газом, вибрации холодильного агрегата, вентиляции, примесей, испарения и пр. Возможно, даже – от освещения. Поэтому эффект имеет массу объяснений и его, порой, трудно воспроизвести…" - http://sfiz.ru/forums.php?m=posts&q=4881
Более другого настораживает слово "примесей" - вот этот момент реально может и должен обнаруживать некоторые признаки "эффекта"

[Akymak]

Цитата:

Ну, тогда уж и чугун запишем на Мпембу, он в расплаве тоже плотность имеет меньшую, нежели в твердой фазе.

Может имеется в виду - в расплаве большую [плотность]?

Воспроизводство эффекта зависит так же от качеств капсулы. Сможет ли там создаться необходимое для наступления эффекта разряжение? Хватит ли её крепости, обеспечивает ли герметичность? Ну и так же от выраженности зависимости (крутизны графика) повышения температуры фазового перехода от понижения давления, так как вероятно, что для некоторых материалов она может быть недостаточна.

[it12345]

На самом деле в холодной воде образуются льдоподобные структуры, которые, тем не менее, мешают кристаллизации ледяных кристаллов из жидкой воды и которые, чтобы кристаллизация льда продолжалась, должны быть разрушены.
А при быстром охлаждении изначально горячей воды концентрация таких структур не успевает достичь равновесной величины и их гораздо меньше, чем в воде, которая долгое время оставалась холодной.

[GraNiNi]

it12345 в сообщении #1045037 писал(а):

мешают кристаллизации ледяных кристаллов из жидкой воды

В таком случае нужно раскрыть суть (механизм) "мешающего" действия, иначе это выглядит как в поговорке про танцора.