эффект Мпэмбы

[amon]

lel0lel в сообщении #1546538 писал(а):

неравновесность процесса при быстром охлаждении, тогда изначально горячая жидкость не проходит тоже равновесное состояние, с которого начинается охлаждение холодной воды.

Единственное, что приходит в голову (кроме того, что это - фигня) - конвекционная неустойчивость. В горячей воде возникают конвекционные ячейки, перемешивающие воду и обеспечивающие эффективное охлаждение. Для этого сосуд должен быть заполнен "под крышку" и охлаждаться сверху. Кроме того, вода должна быть достаточно горячей. Тогда объясняется все, включая плохую воспроизводимость эффекта.

[zykov]

amon в сообщении #1546545 писал(а):

В горячей воде возникают конвекционные ячейки, перемешивающие воду и обеспечивающие эффективное охлаждение.

Но в какой-то момент температура опустится до той, которая была у холодного стакана изначально. Ячейки продолжат перемешивать "по инерции"?

[sergey zhukov]

У Хаггарда в "Копях царя Соломона" есть одно место, которое всегда вызывало у меня подозрение:

Цитата:

... поставили новый запас дынь охлаждаться путем очень простого процесса - т.е. разрезали их пополам и поставили стоймя на солнце, чтобы они охлаждалсь посредством испарения.

Положим, если разрезать дыню, то она наверняка начнет охлаждаться через испарение. Но зачем еще и на солнце ее выставлять? Испарение, конечно, усилится, но разве это поможет охлаждению? Не лучше ли разрезать дыню и поставить в тень? Или вместо солнца выставить разрезанную дыню на сквозняке?

Давно хотел спросить. Тут вроде уместно будет.

GraNiNi
Да, про вязкость и поверхностное натяжение кипятка я тоже думал. Разбрызгивание кипятка будет, вероятнее, более мелким, чем холодной воды. Впрочем, в этом разбрызгивании (на этих фото) главное - это появление большого количества красивого ледяного тумана из-за испарения. Тут вообще все равно, есть эффект Мпемба или его нет.

zykov
Вероятно, можно подобрать такие условия (особенно в маленькой морозильной камере), что если поставить туда сосуд с $t=20C°$, то конвекция вообще не начнется (охлаждение будет идти снизу). А если поставить туда же сосуд с $t=80C°$, то конвекция начнется (охлаждение сверху) и будет продолжаться даже тогда, когда температура опустится ниже $t=20C°$. Не по инерции, а потому, что внешняя конвекция охлаждающего воздуха уже была запущена. Что-то такое не кажется невозможным.

[VASILISK11]

lel0lel в сообщении #1546542 писал(а):

Так Вы равные объемы жидкости брали. Это на $0.5$ грамма горячей меньше, тепловое расширение однако. Нужны же равные массы. Тогда тем более эффекта бы не было. Подозреваю, что большинство людей в Ютубе как раз повторяют этот опыт с равными объемами, посмотрите таблицу плотностей воды в зависимости от температуры.

Вот и Мпемба, согласно Википедии, экспериментировал с равными объемами по $70$ мл. Да ещё температура горячей была $90$ градусов. Навскидку грамма $4$ была разница масс.

Так и в научной статье объясняется этот эффект.

[sergey zhukov]

VASILISK11
Весьма внятная статья.

Во первых, утверждается, что уменьшение массы на испарение воды (если сосуды открытые) при охлаждении значительно и пренебрегать им нельзя. Автор утверждает, что от начала остывания от $100C°$ до полного замерзания испаряется четверть массы (в его упрощенной матмодели).
Он приводит несложный расчет, в котором вообще весь теплообмен предполагается происходящим только за счет испарения с поверхности, а стенки сосуда считаются теплоизолированными. Скорость испарения прямо пропорциональна разности давления насыщенных паров над жидкостью и льдом (в морозильнике).

У него получилось, что даже время охлаждения до нуля у более горячего сосуда может быть меньше, чем у более холодного. Время же до замерзания различается у них еще сильнее. Весь эффект объясняется уменьшением массы горячей воды на испарение.

Во вторых, указывается, что нужно брать не одинаковые объемы холодной и горячей воды, а одинаковые массы (на что легко не обратить внимания). Это вторая причина, по которой даже в закрытых сосудах можно наблюдать "эффект Мпембы".

Эффект смазывается, если брать металлические сосуды, теплообмен через стенки у которых уже не мал.

В такой постановке, как у автора, эта задача чем-то напоминает ситуацию с товаром Гиффена: чем он дороже, тем выше на него спрос. https://dxdy.ru/post1545607.html#p1545607. Здесь, поскольку охлаждение происходит только через испарение, горячая вода должна обязательно испарить больше своей массы, чтобы замерзнуть, чем холодная.

Все эти вещи в общем понятные. Неужели это и есть главная причина "эффекта"? Что-то слишком просто это выглядит.

[GraNiNi]

sergey zhukov в сообщении #1546595 писал(а):

Во вторых, указывается, что нужно брать не одинаковые объемы холодной и горячей воды, а одинаковые массы

В своем эксперименте я брал одинаковые объемы воды, то есть у горячей воды была фора в 0,5 г. Но это не помогло и горячая вода все равно замерзала дольше холодной.

[stalvoron]

Когда , лет 50 тому назад, мы каждую зиму заливали "катки" во дворах под "хоккей",то старались таки заливать горячей водой (по совету отцов, которые тоже так делали, до нас). И делали это не для того, что бы "каток" быстрее замерзал, а как раз наоборот, чтобы вода сразу не замерзала на мёрзлом асфальте, а успевала растечься. Тогда ледяная поверхность получалась более ровной. А почему рассматривать именно воду? А если брать другое вещество, то тоже "замерзать" будет быстрее, например более нагретый свинец, чем менее нагретый? Какое то не то.

[sergey zhukov]

stalvoron
Вот я тоже думаю, что если катки и заливают горячей водой, то именно в первую очередь для качества льда, а не для скорости замерзания.

Если нагреть свинец до температуры, близкой к кипению (чтобы он начал заметно испаряться), то нечто похожее должно получиться.

[stalvoron]

sergey zhukov в сообщении #1546628 писал(а):

Вот я тоже думаю, что если катки и заливают горячей водой, то именно в первую очередь для качества льда, а не для скорости замерзания.

.Мне и подумалось, что что пиар этого так сказать "эффекта" произошёл из за ошибки в понимании цели. Тогда, когда заливали катки, тоже некоторые считали, что это для "быстрения" заморозки.

sergey zhukov в сообщении #1546628 писал(а):

Если нагреть свинец до температуры, близкой к кипению (чтобы он начал заметно испаряться), то нечто похожее должно получиться.

. В каком смысле " нечто похожее"? При испарении (если процесс нагрева не поддерживать, а дать возможность свободно охлаждаться, (да ещё при значительном градиенте температуры) потеря массы от парообразования для сколь нибудь значимого количества будет ничтожной, что бы влиять на время заморозки. Если и имеет место сама суть разницы времени заморозки в пользу "более горячего", то надо искать причину в каких то специфических условиях "неравнодействия"(или в составе или в количестве). Когда-то приходилось, по работе, вникать в суть охлаждения кристаллизаторов. Так помнится, что "испарительное" охлаждение всегда проигрывало охлаждению"теплопередаче". Поэтому и режимы скорости подачи воды в каналах подбирали соответствующие. По моему, в "корректном " виде, таковой "эффект" не существует.

[EUgeneUS]

stalvoron в сообщении #1546661 писал(а):

Мне и подумалось, что что пиар этого так сказать "эффекта" произошёл из за ошибки в понимании цели. Тогда, когда заливали катки, тоже некоторые считали, что это для "быстрения" заморозки.

Сомнительно, что Мпемба заливал катки в Танзании.

[GraNiNi]

stalvoron в сообщении #1546625 писал(а):

И делали это не для того, что бы "каток" быстрее замерзал, а как раз наоборот, чтобы вода сразу не замерзала на мёрзлом асфальте, а успевала растечься.

Если каток открытый и делают его зимой во дворе, то обычно на площадке для него, к этому времени уже есть снег и замерзшие лужи, и даже после расчистки некоторое его количество всегда остается. При заливке холодной водой этот снег будет плавать на воде и при замерзании поверхность получится неровной - шершавой. Поэтому каток и заливают горячей водой, чтобы растопить снег и случайные льдинки попавшие в воду.

[sergey zhukov]

GraNiNi
Вот это убедительно.