Domenica, 20 Agosto 2017

Ghiaccia prima l'acqua fredda ... o l'acqua calda?

Si chiama "effetto Mpemba" ed è stato scoperto casualmente nel 1969 dallo studente tanzaniano Erasto Mpemba, anche se nel IV secolo a.C, Aristotele lo aveva già descritto (Μετεωρολογικά, I, 12). Mpemba scoprì che ponendo due bicchieri d'acqua, identici tra loro (tranne che per la temperatura del liquido) in un freezer, il bicchiere d'acqua calda congela prima di quello contenente acqua a temperatura ambiente.

 

 

Erasto Mpemba e altri ragazzi della sua scuola si dilettavano a preparare il gelato con il congelatore della scuola. Il latte bollente doveva essere mescolato con lo zucchero, che poi doveva essere raffreddato e messo nel congelatore. Un giorno, Mpemba, con ansioso di avere il suo gelato, mise il latte nel congelatore quandi era ancora caldo, e con sua grande sorpresa, il gelato si formò più velocemente rispetto a quello dei suoi compagni di classe. Quando Erasto riferì l'accaduto ai professori, nessuno volle credergli. D'altra parte aveva solo 13 anni ....

Successivamente, nel 1969 Mpemba si trovò a collaborare con un professore di fisica che stava facendo visita al suo liceo. I due replicarono l'esperimento e redassero un documento a testimonianza. Da allora l'esperimento è stato replicato molte volte, spesso con risultati simili ma non del tutto identici. È anzi probabile che se decidiate di provare voi stessi l'esperimento, potreste addirittura fallire. Questo perché, nell'effetto Mpemba giocato diversi fattori che non lo rendono del tutto affidabile. 

Ci sono diverse teorie che hanno provato a spiegare l'effetto Mpemba.

1) L'acqua calda evapora più velocemente, tanto da perdere massa e quindi necessitando di perdere meno calore per congelare. Tuttavia, gli scienziati hanno anche dimostrato l'effetto Mpemba con contenitori chiusi, dove l'evaporazione non avviene.

2) Nell'acqua più calda si produce un moto di convezione che migliora lo scambio di calore con l'esterno.L'acqua in superficie, quindi, perde calore molro più rapidamente a differenza di un bicchiere di acqua fredda che non ha moti di convezione. I moti di convezione avrebbero sul surraffreddamento (la fase del congelamento nel quale la temperatura del liquido scende al di sotto della temperatura di solidificazione, prima che gli atomi comincino ad allinearsi per formare la fase solida cristallina) che diminuirebbe. 

3) Un bicchiere caldo scioglie il leggero strato di brina che di norma ricopre i ripiani di un congelatore lasciando quindi il bicchiere a diretto con il metallo freddo. Il bicchiere con l'acqua a temperatura ambiente, invece, resta poggiato su di un piccolo strato di brina che comunque conduce il calore peggio del metallo rimandendo quindi isolato (anche se in minima misura) dal ripiano più freddo. 

Ad ogni modo è probabile che tutte queste teorie abbiano una particina nel realizzare questo effetto paradossale. 

 

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