اثر Mpemba : آب گرم سريعتر از آب سرد يخ مي زند.

هرچند خلاف استدلال بنظر مي رسد اما اين يك واقعيت است كه در اغلب موارد در دماهاي خاص مثلا 90 درجه سانتيگراد آب گرم سريعتر از آب سرد يخ مي زند . اين اثر حتي در زمان ارسطو نيز شناخته شده بود اما نخستين بار با پشتكار Erasto Mpemba از دانش آموزان مدرسه اي در تانزانيا توجه جامعه علمي را به خود جلب كرد.دلايل وتوجيه هاي زيادي براي اين پديده ارائه شده اند كه بصورت زير است:

1) تبخير :

مي دانيم كه آب داغ قسمتي از جرم خود را بر اثر تبخير از دست مي دهد بنابر اينبا اين كاهش جرم نسبت به آب سرد گرماي كمتري را از دست مي دهد تا منجمد شود.( مي دانيم كه گرما هم با جرم وهم با دماي جسم رابطه مستقيم دارد بنابر اين هر چند دماي آب داغ بيشتر است ولي اين عامل با كاهش جرم بر اثر تبخير تا حدي جبران مي شود) . محاسبات Kellدر سال 69 19 نشان داد كه اگر آب گرم با تبخير سرد شود ودماي آن يكپارچه باشد سريعتر از آب سرد يخ مي زند.

2) گازهاي محلول :

انحلال پذيري گازها در آب با دما كاهش مي يابد بنابر اين در آب داغ گاز كمتري حل مي شود

اين باعث ميشود كه خواص اب تا حدي تغيير كند .گفته شده است كه مقدار گاز محلول توانائي آب را برا انتقال گرما تغيير مي دهد.

البته آزمايشهايي نيز انجام شده كه در آن ها ابتدا آب را جوشانده تا گازها خارج شوند سپس با ممانعت از ورود مجدد گازها آب را سرد وبعد سرعت انجماد آن را با آب داغ مقايسه نموده اند كه مشاهده شده هنوز هم آب داغ سريعتر منجمد مي شود. يعني آن كه نتيجه چنين آزمايشي اثر محتويات گاز محلول رادر اثر Mpemba چندان تائيد نمي كند.

3) جريان همرفتي:

در اكثر دماها چگالي آب داغ كمتر از آب سرد است اين بدان معنا است كه در دماهاي بالا تر سطح آب گرمتر از ته آن است وتوزيع دما در آن يكنواخت نيست.در اين حالت جريان همرفتي شكل مي گيرد. آب گرما را از سطح از دست مي دهد سپس به سمت پايين رفته جاي خود را به آب گرمتر مي دهد به اين ترتيب مي توان پذيرفت كه سرعت كاهش دما در آب داغ(مثلا70درجه) سريعتر از آب سرد(مثلا30درجه) است كه توزيع دما داخل آن يكنواخت تر(جريان همرفتي كمتر ) است.

البته اين واقعيت كه چگالي آب در 4درجه سانتيگراد بيشترين مقدار را دارد وبا كاهش بيشتر دما چگالي آب مجددا افزايش مي يابد وجريان همرفتي بر عكس مي شوداين توجيه را از دماي 4درجه به پايينتر با مشكل مواجه مي سازد.

4) محيط:

آب داغ محيط اطراف خودش را تا حدي تغيير مي دهدكه باعث مي شود سريعتر منجمد شود اين عامل توجيه اين پديده را نه در داخل آب كه در محيط اطراف ظرف جستجو مي كند.چنانچه ظروف حاوي آب داغ وآب سرد درسطح يك لايه نازك يخ قرار گيرند ممكن است ظرف آب داغ ابتدا باعث ذوب شدن قسمتي ازلايه نازك يخ شده وظرف قدري پايين تر رود به اين ترتيب تماس براي انتقال گرما از ته ظرف بيشتر از آب سرد اوليه باشد. البته اثر اين عامل را نيز مي توان با قرار دادن ظروف در حمامهاي سرد كننده بررسي كرد.

5) فوق انجماد (تاخير در انجماد): اين پديده زماني رخ مي دهد كه به دلايلي

آب درصفر درجه سانتيگراد يخ نبندد بلكه در دماي پايين تر شروع به يخ زدن

مي كند اين بدان خاطر است كه مولكولهاي آب در صفردرجه هنوز نظم لازم براي

ايجاد شبكه بلوري خاص در يخ را پيدا نكرده اند.برخي آزمايشات نشان داده اند

كه اثر تاخير در انجماد براي آب داغ كمتر از آب سرد اتفاق مي افتد (مثلا براي

آب داغ در2- درجه وبراي آب سرد در 7- درجه)اگر اين درست باشد آب سرد نياز به كار وزمان بيشتري

دارد تا منجمد شود.در واقع در آب از ابتدا داغ منجمد شده مقدار كمتري از

يخ منجمد شده جامد بوده ومقدار قابل توجهي از آب بصورت مايع گير افتاده در بلور جامدموجود است.در حالي كه در آب از ابتدا سرد منجمد شده يخ جامد تشكيل شده كامل تر ومحتواي آب گير افتاده كمتر است. درجه حرارت كمتر سبب هسته اي شدن شديد ورشد سريعتر كريستالهاي يخ مي شود.