Kérdés: Igaz-e, hogy a meleg víz gyorsabban fagy meg a fagyasztóban, mint a hideg? És ha igaz, mi az oka?

I. P.
Hamilton
Új-Zéland


1. válasz: A levélírónak igaza van elôfordulhat, hogy meleg vízbôl hamarabb készíthetô jégkocka, mint hidegbôl. Ez úgy érhetô el, hogy a vízzel teli jégkockatartót jeges vagy zúzmarás felületre tesszük. A meleg kissé megolvasztja az edény alatti jeget, ami megkönnyíti az edény és a hideg felület közötti hôátadást. A jégkockatartóból és a vízbôl így gyorsabban áramlik ki a hô, és ennek hatása többet nyom a latba annál, hogy nagyobb hômennyiséget kell elszállítani. Ha az edényt felfüggesztjük vagy száraz felületre tesszük, a meleg víz nem használ.

A jelenséget Sir Francis Bacon figyelte meg elôször, aki fadézsákat helyezett a jégre. Nekem 20 helyett 15 perc alatt sikerült jégkockákat gyártanom, ha a fagyasztóban elég vastag volt a zúzmara-réteg. Ausztráliában valószínûleg fontosabb, hogy egy kicsit gyorsabban készüljön el a jégkocka, mint hidegebb vidékeken.

M. D.
University of Tasmania


2. válasz: Nem Francis Bacon észlelte elôször a jelenséget. Arisztotelész a Meteorológiában hasonló magyarázattal szolgál:

"Amikor a vizet gyorsan le akarják hûteni, sokan elôbb a napra teszik ki. Ezért amikor a lakosok letáboroznak a jégen, hogy halásszanak (lyukat vágnak a jégbe, azután halásznak), meleg vizet öntenek a botjaik köré, amely gyorsabban fagy meg; mert a jeget úgy használják, mint az ólmot a botok rögzítéséhez."

D. E.
Hatton
Derbyshire


3. válasz: A kérdést 1969-ben is feltette egy tanzániai diák, Erasto Mpemba. Mpemba felfedezte, hogy a fagylaltmassza gyorsabban fagy meg, ha melegen teszi a fagyasztóba. Amikor megterveztem a kísérletsorozatomat, ugyanolyan szkeptikus megjegyzéseket kaptam a tanáraimtól, mint Mpemba.

Akár csapvizet, akár desztillált vizet használtam, ugyanolyan eredményre jutottam, mint Mpemba. A kémiai összetétel tehát nem számít. Az is kiderült, hogy nem a meleg víz párolgása miatti térfogatcsökkenés okozta a jelenséget. A vízbe helyezett hôelem azt mutatta, hogy a kb. 10 oC-os víz hamarabb elérte a fagyáspontot, mint a 30 oC-os, de az a víz szilárdult meg hamarabb, amelyik eredetileg melegebb volt.

Az a víz szilárdult meg a fagyasztóban a leglassabban, amelynek kezdetben kb. 5 oC volt a hômérséklete, és az fagyott meg a leggyorsabban, amely eredetileg kb. 35 oC-os volt. Ez a furcsa viselkedés a vízben kialakuló függôleges hômérséklet-gradienssel magyarázható. A fenti felszín hôvesztésének sebessége arányos a hômérséklettel. Ha a felszín magasabb hôfokon tartható, mint a folyadék egésze, akkor a hôvesztés sebessége nagyobb lesz, mint abban az esetben, amikor a víznek ugyanaz az átlagos hômérséklete, de a hômérséklet eloszlása egyenletes. Ha a vizet magas fémedényben tesszük a fagyasztóba, a furcsa jelenség nem áll elô. Ezt úgy magyaráztuk, hogy a magas edényben kialakuló hômérséklet-gradienst rövidre zárta fémfalakon jelentkezô hôvezetés.

A kísérletek óta kétkedve fogadom a bevett tanokat, ha a tapasztalat nem követi a helyesnek tartott elôfeltevést.

J. N. C.
Penicuik
Midlothian


4. válasz: A klasszikus kísérletben két fémvödröt tesznek ki a szabadba egy hideg, lehetôleg szeles éjszakán. A nyugalomban lévô víz rossz hôvezetô, ezért a víz tetején az edény oldala mentén keletkezik jég. Ha a kezdeti hômérséklet 10 oC körüli, belül nagyon lassú a lehûlés; a fent úszó jég még a szokásos keveredést is gátolja. A belsô, melegebb víz nem érintkezhet a hideg vödörrel, és nem adhatja át energiáját a külvilágnak.

Ha a kezdeti hômérséklet 40 oC körül van, erôs keveredés indul meg azelôtt, hogy a fagyás megkezdôdne. Így a teljes tömeg gyorsan és egyenletesen lehûl. Bár a jégképzôdés késôbb indul meg, az a víz, amely kezdetben meleg volt, hamarabb szilárdul meg teljesen, mint a hideg.

Nagyon fontosak a körülmények. Ha a hideg víz kezdetben 0,1 oC-os, a meleg 99,9 oC-os, nyilván nem számíthatunk meglepetésre. Az edényeknek elég nagynak kell lenniük, hogy kis hômérséklet-gradiens mellett is legyen keveredés, de elég kicsinek kell lenniük ahhoz, hogy a hô könnyen eltávozzon a vödrök felszínérôl. A szeles éjszaka erôs léghûtése sokat segít.

A konyhai fagyasztóban nem könnyû megfelelô körülményeket létrehozni, de ipari hûtôben vagy klímaszekrényben elôidézhetô a furcsa jelenség.

A. C.
Bishop's Stortford
Hertfordshire


5. válasz: Igaz, és az igenlô választ kísérlettel támasztottam alá. Az az egyetlen megkötés, hogy a vizet tartalmazó edénynek viszonylag kicsinek kell lennie, így az eredmény nem függ attól, hogy a fagyasztó képes-e elvezetni a kérdéses hômennyiséget.

A hideg víznek elôször a tetején keletkezik vékony jégréteg, amely megakadályozza, hogy keveredéssel hô jusson a felülethez. A meleg vízbôl elôször az edény oldalain és fenekén válnak ki jégkristályok, a teteje folyékony és viszonylag meleg marad, ezért a hôsugárzás miatti hôvesztés a korábbinál nagyobb sebességgel folytatódik. A nagy hômérséklet-különbség élénk keveredést idéz elô, amely folyton hôt szállít a felületre még akkor is, ha a víz túlnyomó része megfagyott.

T. H.
Kegworth
Leicestershire


6. válasz: Tévhit. A meleg víz nem fagy meg gyorsabban a fagyasztóban, mint a hideg. A szobahômérsékletre lehûtött meleg víz azonban gyorsabban fagy meg, mint az a víz, amelyet nem melegítettünk föl. Ennek az az oka, hogy melegítés hatására távoznak az oldott gázok (fôleg nitrogén és oxigén), amelyek egyébként csökkentik a kristálynövekedés sebességét.

T. T.
University of Tasmania


7. válasz: A tudományos alapossággal végzett kísérletekben valódinak tûnik a jelenség. Feltesszük, hogy a fagyasztó hômérséklete állandó marad a fagyasztás alatt csakúgy, mint például az edény mérete, az edényen belüli és kívüli vezetési és keveredési jellemzôk.

Úgy gondolom azonban, hogy van egy változó, amelyet nem vettünk figyelembe. A fagyasztó belsejének hômérséklet-ingadozása a hôérzékelô érzékenységétôl és a hôszabályozó idôzítôrendszerétôl függ. Feltehetjük, hogy a fagyasztó szokásos hômérsékletén a hûtéshez szükséges teljesítmény a szokásos érték körül mozog. Ha hideg vizet teszünk a fagyasztóba, csak kicsit változik meg ez a teljesítmény, mert a hôérzékelô nem "riasztja" a hôszabályozót. Ha viszont meleg vizet teszünk a fagyasztóba, a hôérzékelô mûködésbe lép, rövid, de erôteljes hûlés indul el, amelynek "túllövése" az idôzítôtôl függ.

A konyhában talán könnyen elsiklunk efölött, de hasonló jelenséget figyeltem meg egy elektromos szaunában is. Amikor a hômérôre vizet loccsantottam, nem a helyes hômérsékletet mutatta, és a fûtôtest még több hôt termelt.

M. J.
University of Oulu
Finnország


Bármennyire is ellentétes a várakozásunkkal, úgy tûnik, hogy a meleg víz gyorsabban megfagyhat a hûtôben, mint a hideg. Azok a magyarázatok látszanak a legjobbaknak, amelyek a jeges hûtôbe tett edény és a hideg felület közötti jobb hôátadásnak és a különbözô keveredési áramoknak tulajdonítják, hogy a meleg víz gyorsabban fagy meg. A hûtôtôl, az edénytôl és az edény helyzetétôl függ, hogy melyik hatás játszik nagyobb szerepet. (New Scientist szerk.)


Vissza a kérdésekhez


The Last Word Archive
Copyright New Scientist, RBI Limited 1998
For more science news and views, check out New Scientist Planet Science