Salah satu mata pelajaran favorit saya di sekolah adalah kimia. Suatu ketika seorang guru kimia memberi kami tugas yang sangat aneh dan sulit. Dia memberi kami daftar pertanyaan yang harus kami jawab dalam kaitannya dengan kimia. Kami diberi waktu beberapa hari untuk tugas ini dan diizinkan menggunakan perpustakaan dan sumber informasi lain yang tersedia. Salah satu pertanyaan ini berkaitan dengan titik beku air. Saya tidak ingat persis bagaimana pertanyaannya terdengar, tapi itu tentang fakta bahwa jika Anda mengambil dua ember kayu dengan ukuran yang sama, satu dengan air panas, yang lain dengan air dingin (dengan suhu yang ditunjukkan dengan tepat), dan letakkan di dalamnya. lingkungan dengan suhu tertentu, manakah yang akan lebih cepat membeku? Tentu saja, jawabannya langsung muncul - seember air dingin, tapi menurut kami itu terlalu sederhana. Namun hal ini tidak cukup untuk memberikan jawaban yang lengkap; kami perlu membuktikannya dari sudut pandang kimia. Terlepas dari semua pemikiran dan penelitian saya, saya tidak dapat mencapai kesimpulan logis. Saya bahkan memutuskan untuk melewatkan pelajaran ini hari itu, jadi saya tidak pernah mempelajari solusi dari teka-teki ini.
Tahun-tahun berlalu, dan saya mempelajari banyak mitos sehari-hari tentang titik didih dan titik beku air, dan salah satu mitos mengatakan: “air panas membeku lebih cepat.” Saya melihat banyak situs web, tetapi informasinya terlalu bertentangan. Dan ini hanyalah opini, tidak berdasar dari sudut pandang ilmiah. Dan saya memutuskan untuk melakukan eksperimen saya sendiri. Karena saya tidak dapat menemukan ember kayu, saya menggunakan freezer, kompor, air, dan termometer digital. Saya akan bercerita tentang hasil pengalaman saya nanti. Pertama, saya akan berbagi dengan Anda beberapa argumen menarik tentang air:
Air panas membeku lebih cepat dibandingkan air dingin. Kebanyakan ahli mengatakan bahwa air dingin akan lebih cepat membeku dibandingkan air panas. Namun satu fenomena lucu (yang disebut efek Memba), tanpa alasan yang diketahui, membuktikan sebaliknya: Air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Salah satu dari beberapa penjelasannya adalah proses penguapan: jika air yang sangat panas ditempatkan di lingkungan yang dingin, air akan mulai menguap (sisa air akan lebih cepat membeku). Dan menurut hukum kimia, ini sama sekali bukan mitos, dan kemungkinan besar guru ingin mendengar dari kami.
Air matang membeku lebih cepat dibandingkan air keran. Terlepas dari penjelasan sebelumnya, beberapa ahli berpendapat bahwa air matang yang telah didinginkan hingga suhu kamar akan lebih cepat membeku karena perebusan mengurangi jumlah oksigen.
Air dingin lebih cepat mendidih dibandingkan air panas. Jika air panas lebih cepat membeku, mungkin air dingin lebih cepat mendidih! Hal ini bertentangan dengan akal sehat dan para ilmuwan mengatakan hal ini tidak mungkin terjadi. Air keran panas seharusnya lebih cepat mendidih dibandingkan air dingin. Namun menggunakan air panas untuk merebus tidak menghemat energi. Anda mungkin menggunakan lebih sedikit gas atau lampu, tetapi pemanas air akan menggunakan jumlah energi yang sama dengan yang dibutuhkan untuk memanaskan air dingin. (Dengan energi surya situasinya sedikit berbeda). Akibat pemanasan air oleh water heater, dapat timbul endapan sehingga air memerlukan waktu lebih lama untuk memanas.
Jika Anda menambahkan garam ke dalam air, air akan lebih cepat mendidih. Garam meningkatkan titik didih (dan karenanya menurunkan titik beku - itulah sebabnya beberapa ibu rumah tangga menambahkan sedikit garam batu ke dalam es krim mereka). Namun dalam kasus ini kami tertarik pada pertanyaan lain: berapa lama air akan mendidih dan apakah titik didih dalam kasus ini bisa naik di atas 100°C). Terlepas dari apa yang tertulis di buku masak, para ilmuwan mengatakan bahwa jumlah garam yang kita tambahkan ke air mendidih tidak cukup untuk mempengaruhi waktu atau suhu perebusan.
Tapi inilah yang saya dapatkan:
Air dingin: Saya menggunakan tiga gelas 100 ml air murni: satu gelas dengan suhu kamar (72°F/22°C), satu dengan air panas (115°F/46°C), dan satu lagi dengan air matang (212 °F/100 °C). Saya memasukkan ketiga gelas ke dalam freezer pada suhu -18°C. Dan karena saya tahu bahwa air tidak akan langsung berubah menjadi es, saya menentukan derajat pembekuannya menggunakan “pelampung kayu”. Ketika tongkat yang diletakkan di tengah gelas tidak lagi menyentuh alasnya, saya menganggap air itu membeku. Saya memeriksa kacamatanya setiap lima menit. Dan apa hasil saya? Air di gelas pertama membeku setelah 50 menit. Air panas membeku setelah 80 menit. Rebus - setelah 95 menit. Temuan saya: Mengingat kondisi di dalam freezer dan air yang saya gunakan, saya tidak dapat mereproduksi efek Memba.
Saya juga mencoba percobaan ini dengan air yang telah direbus sebelumnya dan didinginkan hingga suhu kamar. Itu membeku dalam waktu 60 menit - masih membutuhkan waktu lebih lama daripada air dingin untuk membekukannya.
Air matang: Saya mengambil satu liter air pada suhu kamar dan membakarnya. Itu mendidih dalam 6 menit. Saya kemudian mendinginkannya kembali ke suhu kamar dan menambahkannya selagi masih panas. Dengan api yang sama, air panas mendidih dalam 4 jam 30 menit. Kesimpulan: Seperti yang diharapkan, air panas mendidih lebih cepat.
Air matang (dengan garam): Saya menambahkan 2 sendok makan besar garam meja per 1 liter air. Rebusnya dalam waktu 6 menit 33 detik, dan seperti yang ditunjukkan termometer, suhunya mencapai 102°C. Tidak diragukan lagi, garam mempengaruhi titik didih, tapi tidak banyak. Kesimpulan: garam dalam air tidak terlalu mempengaruhi suhu dan waktu perebusan.
Sejujurnya saya akui bahwa dapur saya hampir tidak bisa disebut laboratorium, dan mungkin kesimpulan saya bertentangan dengan kenyataan. Freezer saya mungkin tidak membekukan makanan secara merata. Gelas kaca saya mungkin bentuknya tidak beraturan, Dll. Namun apa pun yang terjadi di laboratorium, jika menyangkut pembekuan atau perebusan air di dapur, yang terpenting adalah akal sehat.
tautan dengan fakta menarik tentang airsemua tentang air
seperti yang disarankan di forum.ixbt.com, efek ini (efek air panas membeku lebih cepat daripada air dingin) disebut “efek Aristoteles-Mpemba”
Itu. Air matang (dingin) membeku lebih cepat dibandingkan air “mentah”
Banyak peneliti yang mengemukakan dan mengemukakan versinya sendiri mengapa air panas lebih cepat membeku dibandingkan air dingin. Tampaknya seperti sebuah paradoks - lagipula, untuk membekukan, air panas harus didinginkan terlebih dahulu. Namun faktanya tetap ada, dan para ilmuwan menjelaskannya dengan cara yang berbeda.
Versi utama
- Saat ini, ada beberapa versi yang menjelaskan fakta tersebut:
- Karena air panas lebih cepat menguap, volumenya mengecil. Dan pembekuan sejumlah kecil air pada suhu yang sama terjadi lebih cepat.
- Kompartemen freezer di lemari es memiliki lapisan salju. Wadah berisi air panas mencairkan salju di bawahnya. Hal ini meningkatkan kontak termal dengan freezer.
- Air dingin mengandung pusat kristalisasi – zat terlarut di dalamnya. Jika kandungannya dalam air rendah, pembentukan lapisan gula sulit dilakukan, meskipun pendinginan super mungkin terjadi - bila pada suhu di bawah nol ia berbentuk cair.
Meskipun secara adil kita dapat mengatakan bahwa efek ini tidak selalu terlihat. Seringkali, air dingin membeku lebih cepat daripada air panas.
Pada suhu berapa air membeku
Mengapa air membeku? Ini mengandung sejumlah mineral atau partikel organik. Misalnya, partikel pasir, debu, atau tanah liat yang sangat kecil. Ketika suhu udara menurun, partikel-partikel ini menjadi pusat di mana kristal es terbentuk.
Peran inti kristalisasi juga dapat dimainkan oleh gelembung udara dan retakan pada wadah berisi air. Kecepatan proses pengubahan air menjadi es sangat dipengaruhi oleh jumlah pusat tersebut - jika jumlahnya banyak, cairan akan membeku lebih cepat. Dalam kondisi normal, pada tekanan atmosfer normal, air berubah menjadi padat dari cair pada suhu 0 derajat.
Inti dari efek Mpemba
Efek Mpemba adalah sebuah paradoks, yang intinya adalah dalam keadaan tertentu, air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Fenomena ini diperhatikan oleh Aristoteles dan Descartes. Namun, baru pada tahun 1963, siswa Tanzania, Erasto Mpemba, menetapkan bahwa es krim panas membeku dalam waktu lebih singkat daripada es krim dingin. Dia membuat kesimpulan ini saat menyelesaikan tugas memasak.
Dia harus melarutkan gula dalam susu rebus dan, setelah mendinginkannya, memasukkannya ke dalam lemari es hingga membeku. Rupanya, Mpemba tidak terlalu rajin dan terlambat menyelesaikan tugas bagian pertama. Oleh karena itu, dia tidak menunggu sampai susunya dingin, dan memasukkannya ke dalam lemari es dalam keadaan panas. Ia sangat terkejut ketika ia membeku lebih cepat dibandingkan teman-teman sekelasnya yang mengerjakan pekerjaan sesuai dengan teknologi yang diberikan.
Fakta ini sangat menarik perhatian pemuda itu, dan dia mulai bereksperimen dengan air biasa. Pada tahun 1969, jurnal Physics Education menerbitkan hasil penelitian Mpemba dan Profesor Dennis Osborne dari Universitas Dar Es Salaam. Efek yang mereka gambarkan diberi nama Mpemba. Namun, hingga saat ini belum ada penjelasan jelas atas fenomena tersebut. Semua ilmuwan sepakat bahwa peran utama dalam hal ini adalah perbedaan sifat air dingin dan air panas, tetapi apa sebenarnya yang tidak diketahui.
Versi Singapura
Fisikawan dari salah satu universitas di Singapura juga tertarik dengan pertanyaan air mana yang lebih cepat membeku - panas atau dingin? Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Xi Zhang menjelaskan paradoks ini melalui sifat-sifat air. Semua orang tahu komposisi air sejak sekolah - satu atom oksigen dan dua atom hidrogen. Oksigen sampai batas tertentu menarik elektron menjauh dari hidrogen, sehingga molekul tersebut merupakan semacam “magnet”.
Akibatnya, molekul-molekul tertentu dalam air sedikit tertarik satu sama lain dan disatukan oleh ikatan hidrogen. Kekuatannya berkali-kali lebih rendah dibandingkan ikatan kovalen. Peneliti Singapura percaya bahwa penjelasan paradoks Mpemba justru terletak pada ikatan hidrogen. Jika molekul air ditempatkan sangat rapat, maka interaksi yang kuat antar molekul dapat merusak ikatan kovalen di tengah molekul itu sendiri.
Tetapi ketika air dipanaskan, molekul-molekul yang terikat akan menjauh satu sama lain. Akibatnya, terjadi relaksasi ikatan kovalen di tengah molekul dengan pelepasan energi berlebih dan transisi ke tingkat energi yang lebih rendah. Hal ini mengarah pada fakta bahwa air panas mulai mendingin dengan cepat. Setidaknya, demikianlah perhitungan teoritis yang dilakukan para ilmuwan Singapura.
Air langsung membeku - 5 trik luar biasa: Video
Halo para pecinta fakta menarik. Hari ini kami akan berbicara dengan Anda tentang. Namun menurut saya pertanyaan yang diajukan dalam judul tersebut mungkin tampak tidak masuk akal - tetapi apakah seseorang harus selalu mempercayai "akal sehat" yang terkenal kejam dan bukan eksperimen pengujian yang ditetapkan secara ketat. Mari kita coba mencari tahu mengapa air panas lebih cepat membeku daripada air dingin?
Latar belakang sejarah
Bahwa dalam persoalan pembekuan air dingin dan panas, “tidak semuanya murni” disebutkan dalam karya Aristoteles, kemudian catatan serupa dibuat oleh F. Bacon, R. Descartes dan J. Black. Dalam sejarah terkini, efek ini diberi nama “Paradoks Mpemba” - diambil dari nama seorang anak sekolah dari Tanganyika, Erasto Mpemba, yang menanyakan pertanyaan yang sama kepada seorang profesor fisika tamu.
Pertanyaan bocah itu bukan muncul begitu saja, melainkan murni pengamatan pribadi terhadap proses pendinginan campuran es krim di dapur. Tentu saja teman-teman sekelas yang hadir di sana, bersama dengan guru sekolah, membuat Mpemba tertawa - namun, setelah tes eksperimental yang dilakukan secara pribadi oleh Profesor D. Osborne, keinginan untuk mengolok-olok Erasto “menguap” dari mereka. Selain itu, Mpemba, bersama dengan seorang profesor, menerbitkan penjelasan rinci tentang efek ini dalam Pendidikan Fisika pada tahun 1969 - dan sejak itu nama tersebut di atas telah ditetapkan dalam literatur ilmiah.
Apa inti dari fenomena tersebut?
Pengaturan percobaannya cukup sederhana: jika semua hal lain dianggap sama, bejana berdinding tipis yang identik diuji, berisi air dalam jumlah yang sama, hanya berbeda dalam suhu. Bejana dimasukkan ke dalam lemari es, setelah itu waktu hingga es terbentuk di masing-masing bejana dicatat. Paradoksnya adalah bahwa dalam bejana dengan cairan yang awalnya lebih panas, hal ini terjadi lebih cepat.
Bagaimana fisika modern menjelaskan hal ini?
Paradoks ini tidak memiliki penjelasan universal, karena beberapa proses paralel terjadi bersamaan, yang kontribusinya dapat bervariasi tergantung pada kondisi awal tertentu - tetapi dengan hasil yang seragam:
- kemampuan cairan menjadi superdingin - awalnya air dingin lebih rentan terhadap hipotermia, mis. tetap cair ketika suhunya sudah di bawah titik beku
- pendinginan yang dipercepat - uap dari air panas diubah menjadi mikrokristal es, yang, ketika jatuh kembali, mempercepat proses, bekerja sebagai “penukar panas eksternal” tambahan
- efek isolasi - tidak seperti air panas, air dingin membeku dari atas, yang menyebabkan penurunan perpindahan panas secara konveksi dan radiasi
Ada sejumlah penjelasan lain (terakhir kali British Royal Society of Chemistry mengadakan kompetisi hipotesis terbaik baru-baru ini, pada tahun 2012) - namun masih belum ada teori yang jelas untuk semua kasus kombinasi kondisi masukan...
Air- zat yang cukup sederhana dari sudut pandang kimia, namun memiliki sejumlah sifat tidak biasa yang tidak pernah berhenti membuat takjub para ilmuwan. Berikut adalah beberapa fakta yang hanya diketahui sedikit orang.
1. Air manakah yang lebih cepat membeku - dingin atau panas?
Mari kita ambil dua wadah berisi air: tuangkan air panas ke dalam satu wadah dan air dingin ke wadah lainnya, lalu masukkan ke dalam freezer. Air panas akan lebih cepat membeku dibandingkan air dingin, padahal menurut logikanya, air dingin seharusnya berubah menjadi es terlebih dahulu: lagipula, air panas harus mendingin terlebih dahulu hingga mencapai suhu dingin, baru kemudian berubah menjadi es, sedangkan air dingin tidak. perlu didinginkan. Mengapa ini terjadi?
Pada tahun 1963, seorang pelajar Tanzania bernama Erasto B. Mpemba, ketika membekukan campuran es krim, memperhatikan bahwa campuran panas lebih cepat mengeras di dalam freezer daripada campuran dingin. Ketika pemuda itu membagikan penemuannya kepada guru fisikanya, dia hanya menertawakannya. Untungnya, siswa tersebut gigih dan meyakinkan gurunya untuk melakukan percobaan, yang membenarkan penemuannya: dalam kondisi tertentu, air panas sebenarnya membeku lebih cepat daripada air dingin.
Fenomena air panas membeku lebih cepat dibandingkan air dingin disebut “ Efek Mpemba" Benar, jauh sebelum dia, sifat unik air ini telah dicatat oleh Aristoteles, Francis Bacon, dan Rene Descartes.
Para ilmuwan masih belum sepenuhnya memahami sifat dari fenomena ini, menjelaskannya dengan perbedaan pendinginan super, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau dengan pengaruh gas cair pada air panas dan dingin.
2. Dapat langsung membeku
Semua orang tahu itu air selalu berubah menjadi es ketika didinginkan hingga 0°C... dengan beberapa pengecualian! Contoh dari kasus tersebut adalah pendinginan super, yaitu sifat air yang sangat murni untuk tetap cair meskipun didinginkan hingga di bawah titik beku. Fenomena ini dimungkinkan karena lingkungan tidak mengandung pusat atau inti kristalisasi yang dapat memicu terbentuknya kristal es. Jadi air tetap berbentuk cair meskipun didinginkan hingga di bawah nol derajat Celsius.
Proses kristalisasi dapat disebabkan misalnya oleh gelembung gas, kotoran (kontaminan), atau permukaan wadah yang tidak rata. Tanpa mereka, air akan tetap berbentuk cair. Saat proses kristalisasi dimulai, Anda dapat menyaksikan air yang sangat dingin langsung berubah menjadi es.
Perhatikan bahwa air “super panas” juga tetap cair meskipun dipanaskan melebihi titik didihnya.
3. 19 keadaan air
Tanpa ragu-ragu, sebutkan berapa banyak keadaan air yang berbeda? Jika Anda menjawab tiga: padat, cair, gas, maka Anda salah. Para ilmuwan membedakan setidaknya 5 wujud air yang berbeda dalam bentuk cair dan 14 wujud air dalam bentuk beku.
Ingat percakapan tentang air super dingin? Jadi, apa pun yang Anda lakukan, pada suhu -38 °C, air paling murni dan sangat dingin pun akan tiba-tiba berubah menjadi es. Apa yang akan terjadi jika suhu semakin turun? Pada suhu -120 °C sesuatu yang aneh mulai terjadi pada air: air menjadi sangat kental atau kental, seperti molase, dan pada suhu di bawah -135 °C air berubah menjadi air “kaca” atau “vitreous” – zat padat yang tidak memiliki struktur kristal .
4. Air mengejutkan para fisikawan
Pada tingkat molekuler, air bahkan lebih mengejutkan lagi. Pada tahun 1995, percobaan hamburan neutron yang dilakukan oleh para ilmuwan membuahkan hasil yang tidak terduga: fisikawan menemukan bahwa neutron yang diarahkan ke molekul air “melihat” proton hidrogen 25% lebih sedikit dari yang diperkirakan.
Ternyata pada kecepatan satu attodetik (10 -18 detik) terjadi efek kuantum yang tidak biasa, dan rumus kimia air sebagai gantinya H2O, menjadi H1.5O!
5. Memori air
Alternatif pengobatan resmi homoeopati menyatakan bahwa larutan encer suatu obat dapat memberikan efek penyembuhan pada tubuh, meskipun faktor pengencerannya sangat besar sehingga tidak ada yang tersisa di dalam larutan kecuali molekul air. Para pendukung homeopati menjelaskan paradoks ini dengan konsep yang disebut " memori air“, yang menyatakan bahwa air pada tingkat molekuler memiliki “memori” zat yang pernah terlarut di dalamnya dan mempertahankan sifat-sifat larutan pada konsentrasi aslinya setelah tidak ada satu pun molekul bahan yang tersisa di dalamnya.
Sebuah tim ilmuwan internasional yang dipimpin oleh Profesor Madeleine Ennis dari Queen's University of Belfast, yang telah mengkritik prinsip-prinsip homeopati, melakukan percobaan pada tahun 2002 untuk menyangkal konsep tersebut untuk selamanya. Hasilnya justru sebaliknya. Setelah itu, para ilmuwan menyatakan bahwa mereka mampu membuktikan realitas efek tersebut “ memori air" Namun percobaan yang dilakukan di bawah pengawasan ahli independen tidak membuahkan hasil. Perselisihan tentang keberadaan fenomena tersebut” memori air"melanjutkan.
Air memiliki banyak sifat tidak biasa lainnya yang tidak kita bahas di artikel ini. Misalnya, massa jenis air berubah bergantung pada suhu (massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air); air mempunyai tegangan permukaan yang cukup tinggi; dalam keadaan cair, air adalah jaringan gugus air yang kompleks dan berubah secara dinamis, dan perilaku gugus itulah yang mempengaruhi struktur air, dll.
Tentang ini dan banyak fitur tak terduga lainnya air bisa dibaca di artikel “ Sifat air yang tidak normal”, ditulis oleh Martin Chaplin, profesor di Universitas London.
Efek Mpemba atau kenapa air panas lebih cepat membeku dibandingkan air dingin? Efek Mpemba (Mpemba Paradox) merupakan paradoks yang menyatakan bahwa air panas pada kondisi tertentu lebih cepat membeku dibandingkan air dingin, meskipun harus melewati suhu air dingin selama proses pembekuan. Paradoks ini adalah fakta eksperimental yang bertentangan dengan gagasan umum, yang menyatakan bahwa, dalam kondisi yang sama, benda yang lebih panas membutuhkan lebih banyak waktu untuk mendingin hingga suhu tertentu daripada benda yang kurang panas untuk mendingin hingga suhu yang sama. Fenomena ini pernah diperhatikan oleh Aristoteles, Francis Bacon dan Rene Descartes, tetapi baru pada tahun 1963 anak sekolah Tanzania Erasto Mpemba menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada campuran es krim dingin. Sebagai siswa di SMA Magambi di Tanzania, Erasto Mpemba melakukan kerja praktek sebagai juru masak. Dia perlu membuat es krim buatan sendiri - merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, lalu memasukkannya ke dalam lemari es hingga membeku. Rupanya, Mpemba bukanlah siswa yang rajin dan terlambat menyelesaikan tugas bagian pertama. Khawatir dia tidak akan bisa sampai di akhir pelajaran, dia menaruh susu yang masih panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkannya, susu itu membeku bahkan lebih awal dari susu rekan-rekannya, yang disiapkan menggunakan teknologi yang diberikan. Setelah itu, Mpemba bereksperimen tidak hanya dengan susu, tapi juga dengan air biasa. Bagaimanapun, sebagai siswa di Sekolah Menengah Mkwava, dia bertanya kepada Profesor Dennis Osborne dari Universitas College di Dar Es Salaam (diundang oleh direktur sekolah untuk memberikan ceramah fisika kepada siswanya) secara khusus tentang air: “Jika Anda mengambil dua wadah identik dengan volume air yang sama sehingga di salah satunya suhu airnya 35°C, dan di wadah lainnya - 100°C, lalu masukkan ke dalam freezer, lalu di wadah kedua air akan lebih cepat membeku. Mengapa? Osborne menjadi tertarik dengan masalah ini dan segera, pada tahun 1969, dia dan Mpemba mempublikasikan hasil eksperimen mereka di jurnal Physics Education. Sejak itu, efek yang mereka temukan disebut efek Mpemba. Hingga saat ini, belum ada yang mengetahui secara pasti bagaimana menjelaskan efek aneh tersebut. Para ilmuwan tidak memiliki satu versi pun, meski ada banyak. Ini semua tentang perbedaan sifat air panas dan dingin, namun belum jelas sifat mana yang berperan dalam hal ini: perbedaan pendinginan berlebih, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau pengaruh gas cair terhadap air pada suhu yang berbeda. Paradoks efek Mpemba adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk mendingin hingga mencapai suhu lingkungan harus sebanding dengan perbedaan suhu antara benda tersebut dan lingkungannya. Hukum ini ditetapkan oleh Newton dan sejak itu telah dikonfirmasi berulang kali dalam praktik. Akibatnya, air dengan suhu 100°C mendingin hingga suhu 0°C lebih cepat dibandingkan air dengan jumlah yang sama dengan suhu 35°C. Namun hal ini belum menunjukkan adanya paradoks, karena efek Mpemba dapat dijelaskan dalam kerangka fisika yang diketahui. Berikut beberapa penjelasan mengenai efek Mpemba: Penguapan Air panas menguap lebih cepat dari suatu wadah, sehingga volumenya berkurang, dan air dengan volume lebih kecil pada suhu yang sama membeku lebih cepat. Air yang dipanaskan hingga 100 C kehilangan 16% massanya ketika didinginkan hingga 0 C. Efek penguapan adalah efek ganda. Pertama, massa air yang dibutuhkan untuk pendinginan berkurang. Dan kedua, suhu menurun karena panas penguapan transisi dari fase air ke fase uap berkurang. Perbedaan suhu Karena perbedaan suhu antara air panas dan udara dingin lebih besar, maka pertukaran panas dalam hal ini lebih intens dan air panas lebih cepat dingin. Hipotermia Ketika air mendingin di bawah 0 C, air tidak selalu membeku. Dalam kondisi tertentu, ia dapat mengalami pendinginan super, dan tetap cair pada suhu di bawah titik beku. Dalam beberapa kasus, air dapat tetap cair bahkan pada suhu -20 C. Alasan terjadinya efek ini adalah agar kristal es pertama mulai terbentuk, diperlukan pusat pembentukan kristal. Jika mereka tidak ada dalam air cair, maka pendinginan super akan berlanjut hingga suhu turun cukup sehingga kristal mulai terbentuk secara spontan. Ketika mereka mulai terbentuk dalam cairan yang sangat dingin, mereka akan mulai tumbuh lebih cepat, membentuk es lumpur, yang akan membeku membentuk es. Air panas paling rentan terhadap hipotermia karena pemanasan menghilangkan gas dan gelembung terlarut, yang selanjutnya dapat berfungsi sebagai pusat pembentukan kristal es. Mengapa hipotermia menyebabkan air panas lebih cepat membeku? Dalam kasus air dingin yang tidak terlalu dingin, hal berikut akan terjadi. Dalam hal ini, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan kapal. Lapisan es ini akan bertindak sebagai penyekat antara air dan udara dingin serta mencegah penguapan lebih lanjut. Laju pembentukan kristal es dalam hal ini akan lebih rendah. Dalam kasus air panas yang mengalami pendinginan super, air superdingin tidak memiliki lapisan permukaan es yang melindungi. Oleh karena itu, ia kehilangan panas lebih cepat melalui bagian atas yang terbuka. Ketika proses pendinginan super berakhir dan air membeku, lebih banyak panas yang hilang sehingga lebih banyak es yang terbentuk. Banyak peneliti efek ini yang menganggap hipotermia sebagai faktor utama terjadinya efek Mpemba. Konveksi Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi panas dan konveksi, dan karenanya kehilangan panas, sedangkan air panas mulai membeku dari bawah. Efek ini dijelaskan oleh anomali kepadatan air. Air mempunyai massa jenis maksimum pada 4 C. Jika Anda mendinginkan air hingga 4 C dan menaruhnya pada suhu yang lebih rendah, lapisan permukaan air akan lebih cepat membeku. Karena massa jenis air ini lebih kecil dibandingkan air pada suhu 4 C, maka air ini akan tetap berada di permukaan, membentuk lapisan tipis yang dingin. Dengan kondisi tersebut, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan air dalam waktu singkat, namun lapisan es ini akan berfungsi sebagai isolator, melindungi lapisan bawah air yang akan tetap bersuhu 4 C. Oleh karena itu, proses pendinginan selanjutnya akan lebih lambat. Dalam kasus air panas, situasinya sangat berbeda. Lapisan permukaan air akan lebih cepat mendingin karena adanya penguapan dan perbedaan suhu yang lebih besar. Selain itu, lapisan air dingin lebih padat dibandingkan lapisan air panas, sehingga lapisan air dingin akan tenggelam sehingga mengangkat lapisan air hangat ke permukaan. Sirkulasi air ini memastikan penurunan suhu dengan cepat. Namun mengapa proses ini tidak mencapai titik keseimbangan? Untuk menjelaskan efek Mpemba dari sudut pandang konveksi, perlu diasumsikan bahwa lapisan air dingin dan panas terpisah dan proses konveksi itu sendiri berlanjut setelah suhu rata-rata air turun di bawah 4 C. Namun, tidak ada data eksperimen yang akan mengkonfirmasi hipotesis bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan melalui proses konveksi. Gas yang terlarut dalam air Air selalu mengandung gas yang terlarut di dalamnya - oksigen dan karbon dioksida. Gas-gas tersebut mempunyai kemampuan untuk menurunkan titik beku air. Ketika air dipanaskan, gas-gas ini dilepaskan dari air karena kelarutannya dalam air lebih rendah pada suhu tinggi. Oleh karena itu, ketika air panas mendingin, selalu mengandung lebih sedikit gas terlarut dibandingkan air dingin yang tidak dipanaskan. Oleh karena itu, titik beku air panas lebih tinggi dan lebih cepat membeku. Faktor ini terkadang dianggap sebagai faktor utama dalam menjelaskan efek Mpemba, meskipun tidak ada data eksperimen yang mengkonfirmasi fakta ini. Konduktivitas termal Mekanisme ini dapat memainkan peran penting ketika air ditempatkan di kompartemen lemari es freezer dalam wadah kecil. Dalam kondisi ini, wadah berisi air panas telah diamati melelehkan es di dalam freezer di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak termal dengan dinding freezer dan konduktivitas termal. Akibatnya, panas dikeluarkan dari wadah berisi air panas lebih cepat dibandingkan wadah berisi air dingin. Sebaliknya, wadah berisi air dingin tidak akan melelehkan salju di bawahnya. Semua kondisi ini (dan juga kondisi lainnya) dipelajari dalam banyak eksperimen, tetapi jawaban yang jelas atas pertanyaan - kondisi mana yang memberikan reproduksi seratus persen efek Mpemba - tidak pernah diperoleh. Misalnya, pada tahun 1995, fisikawan Jerman David Auerbach mempelajari pengaruh air superdingin terhadap efek ini. Dia menemukan bahwa air panas, ketika mencapai keadaan sangat dingin, membeku pada suhu yang lebih tinggi daripada air dingin, dan karena itu lebih cepat daripada air dingin. Namun air dingin mencapai keadaan sangat dingin lebih cepat daripada air panas, sehingga mengimbangi kelambatan sebelumnya. Selain itu, hasil Auerbach bertentangan dengan data sebelumnya bahwa air panas mampu mencapai supercooling yang lebih besar karena pusat kristalisasi yang lebih sedikit. Ketika air dipanaskan, gas-gas yang terlarut di dalamnya dikeluarkan dari dalamnya, dan ketika direbus, sebagian garam yang terlarut di dalamnya mengendap. Untuk saat ini, hanya satu hal yang dapat dinyatakan - reproduksi efek ini sangat bergantung pada kondisi di mana eksperimen dilakukan. Justru karena tidak selalu direproduksi. O.V.Mosin
