Мпемба-эффект

[Yuriy_K]

Горячая вода замерзает в некоторых случаях быстрее холодной - это называется Мпемба-эффект (если интересна история парадокса, то вкратце тут - http://www.diletant.ru/blogs/1646/3830/). Сегодня нет окончательного мнения о его природе, вариантов объяснений - масса. Прошу высказать мнение о моём варианте, что это работает межмолекулярный резонанс и порождаемое им подеромотрное притяжение между молекулами.
Нагрев воды активизирует колебательные движения молекул воды, между ними возникает резонанс.
Попробуйте прижать одну из двух струн гитары, находящихся в резонансе. Теперь отпустите - струна опять начнет вибрировать, резонанс восстановит ее колебания. Так и в воде наружные охлаждаемые молекулы пытаются потерять амплитуду колебаний, но молекулы внутри сосуда "вытаскивают" их назад, выступают в роли вибраторов, а наружные - резонаторов. Между вибраторами и резонаторами и возникает пондеромоторное притяжение (см. работы П.Н.Лебедева). Когда пондеромоторная сила становится больше силы, вызванной кинетической энергией молекул (которые не тлько вибрируют, но и двигаются линейно), происходит ускоренная кристаллизация — "Эффект Мпемба".
Пондеромоторная связь очень зыбкая, Мпемба-эффект сильно зависит от всех сопутствующих факторов: объема замораживаемой воды, характера ее разогрева, условий замораживания, температуры, конвекции, условий теплообмена, вибрации холодильного агрегата, вентиляции, примесей, испарения. Поэтому его порой трудно воспроизвести.

[Comanchero]

Yuriy_K в сообщении #652669 писал(а):

Горячая вода замерзает в некоторых случаях быстрее холодной - это называется Мпемба-эффект

Эффект, скорее всего, связан с тем, что при нагревании воды, чем выше температура-тем меньше растворённого газа в ней. А растворённый газ затрудняет кристаллообразование при охлаждении воды.

[nikvic]

Comanchero в сообщении #652822 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652669 писал(а):

Мпемба-эффект

Эффект, скорее всего, связан с тем, что...

... опыт ставится неаккуратно.
Например, сосуды ставятся на ледяную шубу морозилки, и горячий добирается до металла испарителя.

[Yuriy_K]

Comanchero в сообщении #652822 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652669 писал(а):

Горячая вода замерзает в некоторых случаях быстрее холодной - это называется Мпемба-эффект

Эффект, скорее всего, связан с тем, что при нагревании воды, чем выше температура-тем меньше растворённого газа в ней. А растворённый газ затрудняет кристаллообразование при охлаждении воды.

Спасибо за ответ... Да, это популярная версия...
Кстати, а как Вы увяжете с тем, что при замерзании лед насыщается воздухом (причем, радикально!) и делается легче воды?

-- Вс дек 02, 2012 13:34:24 --

nikvic в сообщении #652825 писал(а):

Comanchero в сообщении #652822 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652669 писал(а):

Мпемба-эффект

Эффект, скорее всего, связан с тем, что...

... опыт ставится неаккуратно.
Например, сосуды ставятся на ледяную шубу морозилки, и горячий добирается до металла испарителя.

Спасибо за ответ...
Нет, опыт как только ни делался, и в морозилках и на улице, и на лед-снег, и на изолятор. Я посмотрел на конкурс, что объявила Британское химическое общество - http://www.ice.hermes2012.org/ , как люди бьются за 1000 фунтов (шучу) - многие только теоретизировать горазды, как я (опять шучу), а некоторые физики-профессионалы подошли к этому весьма тщательно, исследования на уровне диссертабельных - лаборатории, расчеты...

[Someone]

Yuriy_K в сообщении #652874 писал(а):

Кстати, а как Вы увяжете с тем, что при замерзании лед насыщается воздухом (причем, радикально!)) и делается легче воды?

Даже если вода замораживается в герметично закрытом сосуде, в котором нет воздуха? Заметьте, что при этом лёд всё равно делается легче воды.

[Comanchero]

Yuriy_K в сообщении #652874 писал(а):

Кстати, а как Вы увяжете с тем, что при замерзании лед насыщается воздухом (причем, радикально!) и делается легче воды?

А Вы знаете, что плотность льда меньше плотности жидкой воды? Причём тут воздух?

[Yuriy_K]

Someone в сообщении #652880 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652874 писал(а):

Кстати, а как Вы увяжете с тем, что при замерзании лед насыщается воздухом (причем, радикально!)) и делается легче воды?

Даже если вода замораживается в герметично закрытом сосуде, в котором нет воздуха? Заметьте, что при этом лёд всё равно делается легче воды.

Спасибо за вопрос...
Легче воды - второй вопрос... А вот насчет влияния растворенного газа на кристаллобразование - не очевидно. Была фраза: "растворённый газ затрудняет кристаллообразование при охлаждении воды". Можно сделать опыт - набрать воды в шприц (удалив полностью воздух, можно оставить пузырик для контроля за замерзанием) а рядом поставить такое же количество воды с воздушной прослойкой (только не ставить в морозильник, где есть вибрация агрегата!) и убедиться, какая вода заморозится раньше - та, что с воздухом, и зрително в ней будет более насыщенно пузырьками воздуха.
Ну опыт -ладно, можно сослаться еще на испарение. А вот теоретически я не совсем понимаю ссылку на растворенные газы.

[nikvic]

Yuriy_K в сообщении #652874 писал(а):

Спасибо за ответ...
Нет, опыт как только ни делался, и в морозилках и на улице, и на лед-снег, и на изолятор. Я посмотрел на конкурс, что объявила Британское химическое общество - http://www.ice.hermes2012.org/ , как люди бьются за 1000 фунтов (шучу) - многие только теоретизировать горазды, как я (опять шучу), а некоторые физики-профессионалы подошли к этому весьма тщательно, исследования на уровне диссертабельных - лаборатории, расчеты...

Есть ещё один механизм, отличающий два сюжета. Образовавшийся на стенках лёд может всплывать, а может оставаться на месте и прорастать внутрь "мехом" или образоввать корку. Это хорошо видно по кристаллам после замерзания.

Дело весьма "тонкое", характер роста кристаллов меняется от ничтожных различий в составе "коктейля" и свойствах поверхности.
И это, пожалуй, самое главное в опытах, претендующих на чистоту. "Мех" резко уменьшает теплоотдачу, препятствуя конвекции.

[Yuriy_K]

Comanchero в сообщении #652881 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652874 писал(а):

Кстати, а как Вы увяжете с тем, что при замерзании лед насыщается воздухом (причем, радикально!) и делается легче воды?

А Вы знаете, что плотность льда меньше плотности жидкой воды? Причём тут воздух?

Плотность - плотностью, а визуально наблюдаемая сверхнасыщенность льда пузырьками - это что, как не воздух? Я, кстати, не против влияния насыщенности газом воды на ее замерзание, просто нахожу это неочевидным и несущественным фактором. Можно, в принципе, прокипятить воду, закупорить ее, прождать время (пока, по моей версии, колебательный резонанс успокоится), потом замораживать одновременно с не гретой водой. Навряд ли эффект Мпемба получится. Но так мы отсечем только газонасыщение, а останется еще столько вариантов! Например, испарение. Вон, человек какую версию выдал - http://www.proza.ru/2012/07/29/1153 - вода испаряется и создается над поверхностью воды некий охлаждающий "ресивер" из испарившихся холодных молекул, которые продолжают усиливать процесс охлаждения...

-- Вс дек 02, 2012 14:19:34 --

nikvic в сообщении #652889 писал(а):

Есть ещё один механизм, отличающий два сюжета. Образовавшийся на стенках лёд может всплывать, а может оставаться на месте и прорастать внутрь "мехом" или образоввать корку. Это хорошо видно по кристаллам после замерзания.

Дело весьма "тонкое", характер роста кристаллов меняется от ничтожных различий в составе "коктейля" и свойствах поверхности.
И это, пожалуй, самое главное в опытах, претендующих на чистоту. "Мех" резко уменьшает теплоотдачу, препятствуя конвекции.

Я не слишком уж много экспериментировал - так, слегка. Мне пока не найти опыт, подтверждающий мою гипотезу - резонансную природу эффекта Мпемба, а остальное интересует во-вторых. Как говорил Бендер - "этот гарнитур меня интересует, но меньше"...
Но я визуально тщательно осматривал полученный лед - его структура хорошо видна по пузырькам, видны линии кристаллизации. Наблюдал, как происходит наледь "в процессе". При более низкой и при менее низкой температуре. Отличий не обнаружил - всё одинаково и в гретой, и в холодной воде.

[nikvic]

Yuriy_K в сообщении #652902 писал(а):

Я не слишком уж много экспериментировал - так, слегка. Мне пока не найти опыт, подтверждающий мою гипотезу - резонансную природу эффекта Мпемба, а остальное интересует во-вторых.

Если он и есть, то на десяток порядков меньше общей "грязности" подобных экспериментов.
Например, какой момент следует считать окончанием замерзания?

[vicont]

Есть такая вещь, как переохлажденные жидкости. Ту же воду вполне можно охладить ниже нуля градусов, а она при этом останется жидкой. Но делать это нужно очень аккуратно. Малейшее встряхивание переохлажденной жидкости приводит к ее кристаллизации.
Чем выше градиент температуры при охлаждении, тем интенсивнее конвекция. А чем она интенсивнее, тем более вероятно образование центров кристаллизации. Могу поспорить, что если будете экспериментировать с водой, с большим количеством механических примесей, то этот эффект вряд ли обнаружите. А вот чем чище будет вода, и чем более гладкой, без дефектов, будет внутренняя поверхность сосуда, тем сильнее будет проявляться этот эффект.
Кстати, закипает вода тоже далеко не всегда при 100 градусах.

[nikvic]

vicont в сообщении #652960 писал(а):

Есть такая вещь, как переохлажденные жидкости.

И это может сказаться: кипячёная вода чище, она может охладиться градусов до 5 ниже нуля и в этом процессе отдавать тепло хуже, чем замерзающая вода при 0С.

[Yuriy_K]

nikvic в сообщении #652923 писал(а):

Yuriy_K в сообщении #652902 писал(а):

Я не слишком уж много экспериментировал - так, слегка. Мне пока не найти опыт, подтверждающий мою гипотезу - резонансную природу эффекта Мпемба, а остальное интересует во-вторых.

Если он и есть, то на десяток порядков меньше общей "грязности" подобных экспериментов.
Например, какой момент следует считать окончанием замерзания?

Это не важно, поскольку Мпемба-эффект очень хорошо виден, разница в замерзании велика и очевидна безо всяких дополнительных инструментов ее точной регистрации.
А почему Вы отказываете резонансу-пондеромоторике в определяющем значении Мпемба-эффекта? Ведь кристаллизация льда происходит практически в зоне сверхохлаждения (температура ниже нуля), где, как правильно пишет vicont, достаточно даже встряхивания, чтобы образовался лед?
Пондеромоторное притяжение возникает там, где есть разница в частоте вибратора и резонатора. Она тут только на границе воды, и так сужается внутрь. Там достаточно сверхмалой, просто отличной от нуля "добавки" к обычным взаимодействиям...
А вообще, тут следует, на мой взгляд, говорить об инерции (резонанса), почти памяти - вода каким-то образом "помнит", но почему-то недолго (около часа), что была нагретой. Я не вижу пока другого механизма этой "памяти".

[nikvic]

Говоря о резонансе, обычно упоминают и частоты. А они, заразы, в "тепловом движении" размазаны и меняются весьма хаотично.
Оценить можете? А то ведь доводы какие-то """торсионные

[Yuriy_K]

nikvic в сообщении #652985 писал(а):

Говоря о резонансе, обычно упоминают и частоты. А они, заразы, в "тепловом движении" размазаны и меняются весьма хаотично.
Оценить можете? А то ведь доводы какие-то """торсионные

Никаких "торсионных" доводов тут нет. Явление резонанса и пондеромоторики - стопроцентно научное, очевидное, логичное и поверяемое экспериментами.
Еще создатель первой российской научной физической школы П.Н.Лебедев писал:
«Несмотря на всё различие, которое представляют собой, по своей физической природе, колебания электромагнитные, гидродинамические и акустические, законы пондеромоторного действия их на соответствующие резонаторы тождественны; это указывает нам на вероятность, что найденные элементарные законы, универсальны для всех возможных (и ещё не исследованных нами) колебаний…»
Что значит "хаотичны"? Резонанс и есть самонаведение порядка в хаосе. Кристаллизация льда - это и есть наведение порядка в хаосе...