ProfielWie ben ikMijn interessesMijn poëzieBerichtenVriendenBeheer

Bevriest warm water écht sneller dan koud water?

Heb je ooit al eens van het Mpemba-effect gehoord?
door Tsenne Kikke - vrijdag 20 oktober 2017 19:41

Het vraagstuk bezorgt fysici al decennialang hoofdbrekens, en nog steeds is er geen pasklaar antwoord op gevonden.

In 1963 deed Erasto Mpemba, een tiener uit het toenmalige Tanganyika, een bizarre ontdekking. Op school – tijdens een kookles roomijs maken – merkte hij dat de bewerkte melk sneller bevroor als ze warm de diepvries in ging. Hij vertelde die ontdekking aan de onderwijzers van zijn school, maar iedereen lachte hem uit. Daarop besloot de jonge Afrikaan om er verder onderzoek naar te verrichten...

Enkele jaren later daagde hij de fysicus Denis Osborne, die hij tijdens een lezing had ontmoet, uit met een eenvoudig experiment: zet twee kleine bakjes met water in de diepvries, waarbij het ene 35 graden warm is en het andere 100 graden, en ga na welk bakje het eerst bevriest. Hilariteit alom, tot Osborne het zélf probeerde en tot zijn consternatie Mpemba gelijk moest geven: het bijna kokende water was het eerste bevroren. Samen schreven ze in 1969 de bevindingen in een wetenschappelijke publicatie neer. Het Mpemba-effect was geboren.

In eerste instantie was men sceptisch over Mpemba's bevindingen, omdat ze in strijd leken te zijn met de wetten van thermodynamica. De experimenten waren echter makkelijk te reproduceren, en keer op keer werd het effect bewezen.

Nochtans lijkt het voor het gevoel niet helemaal te kloppen. Stel dat water van 20 graden 30 minuten nodig heeft om te bevriezen, dan heeft water van 25 graden toch 30 minuten, plus de tijd dat het kost om tot 20 graden te komen, nodig? Het antwoord is nee. Blijkbaar heeft het warmere water andere eigenschappen dan het koudere water waardoor het sneller bevriest.

Het vraagstuk heeft fysici dus decennialang hoofdbrekens bezorgd, en nog steeds is er geen pasklaar antwoord op gevonden. Dit, terwijl het op het eerste gezicht om een eenvoudig repliceerbaar experiment gaat. In elk geval werd er daarover tot op heden geen wetenschappelijke consensus bereikt, en dus geldt het vraagstuk tot nader order onopgelost.

Spaanse natuurkundigen, waaronder Antonio Prado, verbonden aan de Universiteit van Sevilla, besloten een specifiek model op te zetten dat enigszins verschilt van dat van water – maar Mpembda gebruikte initieel ook melk, en geen water. Ze gingen daarbij uit van een zogenaamde granulaire vloeistof, die uit deeltjes bestaat die vooral inelastisch met elkaar botsen – en die dus veel energie verliezen via wrijving, meer dan via thermische afkoeling. In zo’n vloeistof verloopt het koelproces dus inherent sneller. En hoe warmer de vloeistof, hoe hoger het energieverlies door die wrijving.

Critici wezen er daarna op dat water een veel complexere vloeistof is dan het versimpelde model van de Spaanse fysici, maar dat model zou dan wel weer gelijkenissen vertonen met melk, dat vele grote deeltjes bevat die opgelost zijn in water.

Andere critici vinden het vraagstuk gewoonweg slecht gesteld, waardoor de hypothese van Mpemba moeilijk te testen is. Want, wanneer noem je een hoeveelheid water bevroren? Als er een ijslaagje aan de oppervlakte ligt, of pas wanneer al het water ijs is geworden?

Schaatser Max Dohle onderzocht het effect bij vorst in de buitenlucht. Daarbij bleek dat een glas koud water bij herhaling sneller bevroor dan een glas warm water. Onder natuurlijke omstandigheden kon het Mpemba-effect dus niet worden aangetoond. Mogelijk raakt koud water in de diepvries eerst onderkoeld voordat het bevriest. Water, dat absoluut stilstaat, raakt eerst onderkoeld, omdat de ijskristallen zich niet kunnen hechten aan stofdeeltjes in het water: een noodzakelijke voorwaarde voor ijsvorming.

Tot besluit

Een groep Singaporese wetenschappers hebben het Mpemba-effect bestudeerd in 2013 en waren tot een conclusie gekomen. De wetenschappers Sun Changqing en Xi Zhang zeiden dat dit verschijnsel te verklaren is door de ongewone interactie tussen de moleculen van water. Water bestaat uit ontelbaar veel moleculen, elke watermolecule is verbonden aan zijn naburige molecule. Deze verbinding noemt men de waterstofbrug. Het zijn deze waterstofbruggen die verklaren hoe water energie opslaat en vrijgeeft.

De wetenschappers stelden dat de snelheid waarmee water energie vrijgeeft te maken heeft met de begintoestand van het water. Warm water zou volgens de wetenschappers sneller energie vrijgeven dan koud water.

Desondanks deze hele studie blijkt ook deze theorie maar één van de vele. Wetenschappers kunnen dus tot op de dag vandaag nog geen precieze uitleg geven over het Mpemba-effect.

Bronnen: Eos & Wikipedia & andere.

Commentaar


Wees de eerste om te reageren!

Reageer


Opgelet: momenteel ben je niet ingelogd. Om onder jouw eigen naam te posten kun je hier inloggen.

Mijn naam:    
Mijn e-mail adres:    
Mijn commentaar:
Verificatie:
Typ de code hierboven in:
 


School voor ontwikkeling van De Innerlijke Mens


Adverteer op Spiritualia
Adverteren
Zoek&Vind
Meer
Spiritualia
Contact
Copyright © 2008-2019 Spiritualia. Alle rechten voorbehouden. | Privacy Statement | Gedragscode | Algemene Voorwaarden | Auteursrecht