Объяснение эффекта Мпембы расширением воды при замерзании

[it12345]

GraNiNi в сообщении #1045239 писал(а):

Есть и противоположные опыты. http://www.ratichi.hut.ru/promet1.htm

Особенно порадовал последний опыт с 10-процентным раствором соли. Который, как оказывается, замерзает тоже при 0 Ц.
http://planetcalc.ru/353/

[GraNiNi]

it12345 в сообщении #1045248 писал(а):

http://planetcalc.ru/353/

"Водка, это раствор углеводорода в воде,"

Вроде водка - не бензин.

[vanger]

Вот человек провёл опыт, и заметил, что сосуд с горячей водой проплавляет иней, увеличивая площадь контакта с высокотеплопроводящей средой. При очистке холодильника от инея эффект пропадал. http://physics.stackexchange.com/a/33026/46253

А вот человек сразу аккуратно провёл опыты, и эффекта не обнаружил: https://wafflescrazypeanut.wordpress.co ... t-at-home/

[GraNiNi]

vanger в сообщении #1045368 писал(а):

А вот человек сразу аккуратно провёл опыты, и эффекта не обнаружил: https://wafflescrazypeanut.wordpress.co ... t-at-home/

Крышки, которые прикрывают стаканчики - разного размера и массы, что влияет на охлаждение, поэтому опыты нельзя назвать идентичными.

[vanger]

GraNiNi в сообщении #1045405 писал(а):

Крышки, которые прикрывают стаканчики - разного размера и массы, что влияет на охлаждение, поэтому опыты нельзя назвать идентичными.

Да и стаканы -- один левый, другой правый...

[GraNiNi]

vanger в сообщении #1045458 писал(а):

Да и стаканы -- один левый, другой правый...

А крышки еще и разного цвета, что влияет на коэфф. черноты (излучения).

[OlegCh]

А вот обратный эффект Мпембы - холодная вода закипает быстрее! Ваши теории?

[Walker_XXI]

Akymak в сообщении #1043593 писал(а):

Как Вы считаете, правильно ли нижеследующее объяснение эффекта Мпембы?

Прежде, чем рассматривать так называемый «эффект Мпембы», как физическое явление, и пытаться что-то объяснить, неплохо бы определиться с тем, что и при каких условиях наблюдаем, и есть ли вообще эффект. Вы вот, например, пишете о воде (дистиллированной?), но пресловутый Мпемба, насколько мне известно, замораживал вовсе не воду, а пытался приготовить мороженое. Более того, ни в одной научной или околонаучной публикации я не встречал ни чёткого описания эффекта (что и при каких условиях замораживаем) ни, соответственно, двух похожих объяснений — каждый исследователь рассматривал что-то своё (причём многие «исследователи» сразу предлагают «объяснение», даже не пытаясь конкретизировать проблему или самостоятельно воспроизвести «эффект»). Всё это больше напоминает «ловлю рыбки в мутной воде», а не научную работу.

Несколько лет назад, после очередных дебатов в каком-то форуме, я лично поставил следующий опыт. Зимой на даче, взял два одинаковых стеклянных стакана. В первый стакан налил из чайника кипячёную воду комнатной температуры (около $24^\circ \mathrm{C}$) — примерно $100$ мл (вода родниковая, не минерализованная). После этого оставшуюся в чайнике воду довёл до кипения и налил такой же объём во второй стакан. Оба стакана тут же выставил на улицу на сухое деревянное крыльцо. Температура воздуха на крыльце была около $-25^\circ \mathrm{C}$. Как и ожидалось, когда в стакане с холодной водой уже образовалась плотная корка льда, горячая вода во втором стакане и не думала замерзать. До полного замерзания процесс не контролировал. Но, как я уже упоминал, ни в одном описании «эффекта» не было дано чётких пояснений, что значит «замерзает быстрее», идёт ли речь о времени начала кристаллизации, или же имеется ввиду кристаллизация всего объёма воды или что-то ещё.

Akymak в сообщении #1043593 писал(а):

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.

Предположим, первое утверждение верно (вопрос, верно ли оно на самом деле, оставим пока в стороне). Но каким образом это приведёт к более быстрому замерзанию горячей воды? Практика показывает, что при н.у. замерзание воды и образование ледяной корки начинается, когда температура поверхности воды достигнет $0^\circ \mathrm{C}$. В то время, как сосуд с холодной водой уже покроется ледяной коркой (и образуется упомянутая Вами «ледяная капсула»), в сосуде с изначально горячей водой ещё и не начнётся никаких процессов кристаллизации. Отталкиваясь от Ваших рассуждений, как раз в сосуде с холодной водой, где «капсула» образовалась раньше, и замерзание всего объёма должно завершиться раньше. «Капсула» приведёт лишь к более быстрому замерзанию — в лёд начнёт превращаться и тот объём воды, который ещё имеет температуру выше нуля (в то же время в стакане с горячей водой температура всё ещё высока и «капсулы» нет).

Akymak в сообщении #1044825 писал(а):

Почему я считаю, что это объяснение может считаться истинным без проведения физических экспериментов? Это основано на следующем рассуждении.

Уважаемый Akymak! Времена схоластики в духе Аристотеля давно прошли. Так что лет 500-600 назад Ваше «считаться истинным без проведения физических экспериментов» может ещё и прокатило бы. Но сейчас физика — естественная наука, т.е. наука об окружающем нас мире, а не пустое словоблудие. Поэтому важнейшим критерием правильности объяснения является его соответствие эксперименту.

Akymak в сообщении #1044825 писал(а):

Только для воды наблюдается эффект Мпембы.

С чего Вы взяли? Ещё раз повторю: первооткрыватель «эффекта» Мпемба замораживал вовсе не воду.

it12345 в сообщении #1045037 писал(а):

На самом деле в холодной воде образуются льдоподобные структуры, которые, тем не менее, мешают кристаллизации ледяных кристаллов из жидкой воды

it12345 в сообщении #1045045 писал(а):

Экспериментально показано, что гигантские надмолекулярные комплексы в жидкой воде существуют вплоть до температуры $+75$ Ц и что их концентрация падает с температурой.
Время установления равновесия в воде - 10-17 часов.
http://www.nkj.ru/archive/articles/20017/

Не берусь судить о справедливости Ваших утверждений, но мне не нравится сам ход рассуждений и отсутствие какого-либо обоснования.
Во-первых, в указанной статье нет никакого упоминания о «льдоподобных структурах» в воде. Нет и ни слова о том, что гигантские надмолекулярные комплексы препятствуют кристаллизации воды. Во-вторых, 10-17 часов (в соответствии с упомянутой статьёй) — это не время «установления равновесия в воде» вообще, а время, по истечении которого «концентрация ионов $H^{+}$ и $OH^{-}$ в воде принимает своё равновесное значение». А надмолекулярные комплексы в воде, надо полагать, образуются в достаточном количестве сразу же по мере снижения температуры, т.к. всё в той же статье их образование трактуется, как фазовые переходы, и связывается с определёнными характерными температурными точками воды:

Цитата:

Наиболее значимые соответствуют $36^\circ \mathrm{C}$ — температуре минимальной теплоёмкости, $63^\circ \mathrm{C}$ — температуре минимальной сжимаемости, и особенно характерен пик при $75^\circ \mathrm{C}$ — температуре максимальной скорости звука в воде. Их можно трактовать как своеобразные фазовые переходы, связанные с разрушением эмулонов.

При этом нет никаких упоминаний о том, что максимальная скорость звука в воде или минимальная теплоёмкость наблюдаются не сразу после достижения водой указанной температуры, а только через несколько часов и вообще как-то связаны с предысторией воды, а не с одной лишь температурой.

[Someone]

Я всё думал, откуда ноги растут у этого самого "эффекта Мпембы". Я помню, что в далёком детстве в научно-популярной книжке по физике (не помню уже, в какой именно) встречал следующую жизненную задачку.

Мы хотим выпить кофе со сливками. Наливаем в чашку кофе, и дальше думаем: сразу налить сливки, подождать 5 минут и пить кофе, или наоборот, подождать 5 минут, а потом налить сливки и сразу пить? В каком случае у нас получится более горячий кофе со сливками?

Как там объяснялось, более горячая жидкость (при прочих равных условиях) теряет тепло в более быстром темпе, поэтому более горячий кофе со сливками у нас получится в первом случае.

Сильно подозреваю, что "эффект Мпембы" — это мифологизированный вариант этой самой задачи, искажённый плохим знанием физики.

[Akymak]

Walker_XXI

Эффект Мпембы я понимаю как образование большего количество льда в одинаковых объёмах и условиях за одно и то же время для изначально более тёплой воды. Всё равно какой, дистиллированной или нет. Главное, чтобы эта смесь достаточно расширялась при охлаждении (и как следствие температура замерзания достаточно повышалась при понижении давления), чтобы эффект возник.

По правде говоря, не знаю, бывает ли такой эффект в природе или это выдумка. Но если он бывает, то как этот парадокс в принципе возможен, мне кажется я объяснил. Да, опыты требуются, но увы, увы... Кто проделает - возьму в соавторы.

[GraNiNi]

Akymak в сообщении #1045212 писал(а):

Одно из множества видео с экспериментом.

Повторил этот опыт и получил совершенно противоположный результат.

Начальное количесто воды в стаканчиках - по 50 мл.
Начальная температура:
- горячей воды - 48 градусов;
- холодной воды - 7 градусов.
Время выдержки в морозильнике - 83 мин.

В обоих стаканчиках образовался слой льда, со всех сторон, и не успевшая замерзнуть жидкая вода в центре.
В стаканчике с холодной водой не замерзло - 20 мл.
В стаканчике с горячей водой не замерзло - 28 мл.

[Akymak]

Цитата:

Логика есть искусство непротиворечивого отождествления. Противоречий не существует. Атом есть то, что он есть. Ни атом, ни вселенная не могут быть противоречием тому, чем они являются. Равным образом часть не может противоречить целому. Ни одно понятие, сформулированное человеком, не является подлинным, пока человек не сможет без противоречий включить его в общую сумму своих знаний. Прийти к противоречию значит признать ошибку в своих рассуждениях; отстаивать противоречие значит отрицать собственный разум и изгнать себя из реальности.

Атлант расправил плечи. Часть III.

[Denis Russkih]

(Оффтоп)

Akymak в сообщении #1046991 писал(а):

Цитата:

Логика есть искусство непротиворечивого отождествления. Противоречий не существует. Атом есть то, что он есть. Ни атом, ни вселенная не могут быть противоречием тому, чем они являются. Равным образом часть не может противоречить целому. Ни одно понятие, сформулированное человеком, не является подлинным, пока человек не сможет без противоречий включить его в общую сумму своих знаний. Прийти к противоречию значит признать ошибку в своих рассуждениях; отстаивать противоречие значит отрицать собственный разум и изгнать себя из реальности.

Атлант расправил плечи. Часть III.

А вот Нильс Бор считал иначе:

Есть два вида истины - тривиальная, которую отрицать нелепо, и глубокая, для которой обратное утверждение - тоже глубокая истина.

[arseniiv]

(Оффтоп)

Если он так писал в переводе, это не значит, что он так считал.

[Akymak]

Walker_XXI в сообщении #1045983 писал(а):

Времена схоластики в духе Аристотеля давно прошли. Так что лет 500-600 назад Ваше «считаться истинным без проведения физических экспериментов» может ещё и прокатило бы. Но сейчас физика — естественная наука, т.е. наука об окружающем нас мире, а не пустое словоблудие. Поэтому важнейшим критерием правильности объяснения является его соответствие эксперименту.

Да, но логика-то не устарела. Если 2-е аномалии коррелируют, логично предположить, что они взаимосвязаны.