น้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรืออุ่น? น้ำร้อนและน้ำเย็น: เคล็ดลับของการแช่แข็ง

British Royal Society of Chemistry เสนอรางวัล 1,000 ปอนด์แก่ใครก็ตามที่สามารถอธิบายได้ จุดทางวิทยาศาสตร์ดูว่าทำไมในบางกรณี น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าความเย็น

“วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยังคงไม่สามารถตอบคำถามที่ดูเหมือนง่ายนี้ได้ ผู้ผลิตไอศกรีมและบาร์เทนเดอร์ใช้เอฟเฟกต์นี้กับพวกเขา งานประจำวันแต่ไม่มีใครรู้จริงๆ ว่าทำไมมันถึงได้ผล ปัญหานี้ทราบกันมานานนับพันปี โดยนักปรัชญาเช่นอริสโตเติลและเดส์การตส์ก็คิดเรื่องนี้อยู่” ศาสตราจารย์เดวิด ฟิลลิปส์ ประธาน British Royal Society of Chemistry กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ของ Society

พ่อครัวจากแอฟริกาเอาชนะศาสตราจารย์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้อย่างไร

นี่ไม่ใช่เรื่องตลกในวันเอพริลฟูล แต่เป็นความจริงทางกายภาพอันโหดร้าย วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ซึ่งดำเนินการได้ง่ายกับกาแลคซีและหลุมดำ และสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์เพื่อค้นหาควาร์กและโบซอน ไม่สามารถอธิบายได้ว่า "ทำงาน" ของน้ำเบื้องต้นได้อย่างไร หนังสือเรียนของโรงเรียนระบุไว้อย่างชัดเจนว่าการจะทำให้ร่างกายที่ร้อนเย็นลงนั้นต้องใช้เวลามากกว่าการทำให้ร่างกายที่เย็นลง แต่สำหรับน้ำ กฎข้อนี้ไม่ได้ปฏิบัติตามเสมอไป อริสโตเติลดึงความสนใจไปที่ความขัดแย้งนี้ในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช จ. นี่คือสิ่งที่ชาวกรีกโบราณเขียนไว้ในหนังสือ Meteorologica I ของเขา: “การที่น้ำถูกอุ่นจะทำให้น้ำแข็งตัว ดังนั้น หลายๆ คนเมื่อต้องการให้น้ำร้อนเย็นเร็วขึ้น ให้นำไปตากแดดก่อน…” ในยุคกลาง ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต พยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้ อนิจจาทั้งนักปรัชญาผู้ยิ่งใหญ่และนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่พัฒนาเทอร์โมฟิสิกส์แบบคลาสสิกไม่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้ดังนั้นข้อเท็จจริงที่ไม่สะดวกดังกล่าวจึงถูก "ลืม" มาเป็นเวลานาน

และในปี 1968 เท่านั้นที่พวกเขา "จำได้" ต้องขอบคุณเด็กนักเรียน Erasto Mpembe จากแทนซาเนียซึ่งห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ใด ๆ ขณะที่เรียนอยู่ที่โรงเรียนศิลปะการทำอาหารในปี 2506 Mpembe วัย 13 ปีได้รับมอบหมายให้ทำไอศกรีม ตามเทคโนโลยีจำเป็นต้องต้มนมละลายน้ำตาลในนั้นให้เย็นจน อุณหภูมิห้องแล้วนำไปแช่ตู้เย็นให้แข็งตัว เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันและลังเล ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมไว้ตามกฎทั้งหมด

เมื่อ Mpemba แบ่งปันการค้นพบของเขากับครูฟิสิกส์ เขาก็หัวเราะเยาะเขาต่อหน้าทั้งชั้น Mpemba จำคำดูถูกนั้นได้ ห้าปีต่อมา เขาเป็นนักศึกษาอยู่ที่มหาวิทยาลัยในดาร์เอสซาลามอยู่แล้ว เขาได้เข้าร่วมการบรรยายโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง เดนิส จี. ออสบอร์น หลังจากการบรรยาย เขาถามนักวิทยาศาสตร์ว่า “ถ้าคุณนำภาชนะที่เหมือนกันสองใบและมีน้ำในปริมาณเท่ากัน ใบหนึ่งที่อุณหภูมิ 35 °C (95 °F) และอีกใบที่อุณหภูมิ 100 °C (212 °F) แล้ววางลงไป ในช่องแช่แข็งแล้วน้ำในภาชนะที่ร้อนจะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม?" คุณคงจินตนาการถึงปฏิกิริยาของอาจารย์ชาวอังกฤษต่อคำถามของชายหนุ่มจาก Godforsaken Tanzania เขาล้อนักเรียน อย่างไรก็ตาม Mpemba พร้อมสำหรับคำตอบดังกล่าวและท้าทายนักวิทยาศาสตร์ให้เดิมพัน ข้อพิพาทของพวกเขาจบลงด้วยการทดสอบทดลองที่ยืนยันว่า Mpemba ถูกต้องและ Osborne พ่ายแพ้ ดังนั้น พ่อครัวฝึกหัดจึงได้เขียนชื่อของเขาไว้ในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ และจากนี้ไปปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "เอฟเฟกต์ Mpemba" เป็นไปไม่ได้ที่จะทิ้งมันไปเพื่อประกาศว่า "ไม่มีอยู่จริง" ปรากฏการณ์นี้มีอยู่จริง และดังที่กวีเขียนไว้ว่า “มันไม่เจ็บเลย”

อนุภาคฝุ่นและตัวถูกละลายเป็นโทษหรือไม่?

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หลายคนพยายามไขปริศนาของน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็ง มีการเสนอคำอธิบายมากมายสำหรับปรากฏการณ์นี้: การระเหย การพาความร้อน อิทธิพลของสารที่ละลาย - แต่ไม่มีปัจจัยใดที่สามารถพิจารณาว่าเป็นที่แน่ชัดได้ นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งอุทิศทั้งชีวิตให้กับปรากฏการณ์ Mpemba เจ้าหน้าที่กรมความปลอดภัยทางรังสี มหาวิทยาลัยของรัฐ James Brownridge ชาวนิวยอร์กซิตี้ศึกษาเรื่องความขัดแย้งในเวลาว่างมานานนับทศวรรษ หลังจากทำการทดลองหลายร้อยครั้ง นักวิทยาศาสตร์อ้างว่ามีหลักฐานของ "ความผิด" ของภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติ บราวน์ริดจ์อธิบายว่าที่อุณหภูมิ 0°C น้ำจะมีความเย็นยิ่งยวดเท่านั้น และเริ่มแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า จุดเยือกแข็งถูกควบคุมโดยสิ่งสกปรกในน้ำ - พวกมันเปลี่ยนอัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง สิ่งเจือปน เช่น อนุภาคฝุ่น แบคทีเรีย และเกลือที่ละลายอยู่ มีอุณหภูมินิวเคลียสที่เป็นลักษณะเฉพาะเมื่อผลึกน้ำแข็งก่อตัวรอบๆ จุดศูนย์กลางการตกผลึก เมื่อมีองค์ประกอบหลายอย่างอยู่ในน้ำพร้อมกัน จุดเยือกแข็งจะถูกกำหนดโดยองค์ประกอบที่มีอุณหภูมินิวเคลียสสูงที่สุด

สำหรับการทดลอง บราวน์ริดจ์ได้นำตัวอย่างน้ำ 2 ตัวอย่างที่มีอุณหภูมิเท่ากันแล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง เขาค้นพบว่าตัวอย่างชิ้นหนึ่งมักจะแข็งตัวต่อหน้าอีกชิ้นหนึ่งเสมอ - อาจเป็นเพราะ ชุดค่าผสมที่แตกต่างกันสิ่งสกปรก

บราวน์ริดจ์ระบุว่าน้ำร้อนจะเย็นเร็วขึ้นเนื่องจากความแตกต่างที่มากขึ้นระหว่างอุณหภูมิของน้ำและ ตู้แช่แข็ง– ช่วยให้ถึงจุดเยือกแข็งก่อนที่น้ำเย็นจะถึงจุดเยือกแข็งตามธรรมชาติ ซึ่งจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอย่างน้อย 5°C

อย่างไรก็ตาม การให้เหตุผลของ Brownridge ทำให้เกิดคำถามมากมาย ดังนั้นผู้ที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ Mpemba ด้วยวิธีของตนเองจะมีโอกาสแข่งขันเพื่อเงินหนึ่งพันปอนด์จาก British Royal Society of Chemistry

ในปี 1963 นักเรียนชาวแทนซาเนียชื่อ Erasto Mpemba ถามคำถามโง่ๆ กับครูของเขา - ทำไมไอศกรีมอุ่นๆ ในช่องแช่แข็งถึงแข็งเร็วกว่าไอศกรีมเย็น?

เป็นนักเรียนของ Magambinskaya มัธยมในแทนซาเนีย Erasto Mpemba ทำ งานภาคปฏิบัติในการปรุงอาหาร เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น ปล่อยให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและล่าช้าในการทำส่วนแรกของงานให้เสร็จล่าช้า ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด

เขาหันไปหาครูฟิสิกส์เพื่อชี้แจง แต่เขาเพียงแต่หัวเราะเยาะนักเรียนคนนั้น โดยพูดว่า: "นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์สากล แต่เป็นฟิสิกส์ Mpemba" หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย

ไม่ว่าในกรณีใด ในฐานะนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwava เขาขอให้ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น จากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์ เอส ซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายเรื่องฟิสิกส์แก่นักเรียน) โดยเฉพาะเกี่ยวกับน้ำ: “ถ้าคุณเรียน ภาชนะสองใบที่เหมือนกันซึ่งมีปริมาณน้ำเท่ากัน โดยภาชนะใบหนึ่งมีอุณหภูมิ 35°C และอีกใบมีอุณหภูมิ 100°C แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง จากนั้นในวินาทีนั้นน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม?" ออสบอร์นเริ่มสนใจประเด็นนี้ และในไม่ช้า ในปี 1969 เขาและเอ็มเพมบาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของพวกเขาในวารสาร Physics Education ตั้งแต่นั้นมา ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba

คุณสนใจที่จะรู้ว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้? เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้...

Mpemba Effect (Mpemba Paradox) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในระหว่างกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

ปรากฏการณ์นี้สังเกตเห็นได้ในสมัยนั้นโดยอริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน

ตั้งแต่นั้นมา มีการแสดงเวอร์ชันต่างๆ ออกมา ซึ่งหนึ่งในนั้นมีดังนี้: น้ำร้อนส่วนหนึ่งจะระเหยออกไปก่อน จากนั้นเมื่อเหลือน้อยลง น้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น เวอร์ชันนี้เนื่องจากความเรียบง่ายจึงกลายเป็นเวอร์ชันที่ได้รับความนิยมมากที่สุด แต่ไม่เป็นที่พอใจของนักวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์

ขณะนี้ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยางในสิงคโปร์ นำโดยนักเคมี สี จาง กล่าวว่า พวกเขาได้ไขปริศนาเก่าแก่ว่าทำไมน้ำอุ่นถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ดังที่ผู้เชี่ยวชาญชาวจีนได้ค้นพบแล้ว ความลับอยู่ที่ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำ

ดังที่คุณทราบ โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมและอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่ยึดติดกัน พันธะโควาเลนต์ซึ่งในระดับอนุภาคจะมีลักษณะเหมือนการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน ข้อเท็จจริงที่รู้จักกันดีอีกประการหนึ่งก็คืออะตอมของไฮโดรเจนถูกดึงดูดโดยอะตอมออกซิเจนจากโมเลกุลข้างเคียง - พันธะไฮโดรเจนจะเกิดขึ้น

ในเวลาเดียวกัน โดยทั่วไปโมเลกุลของน้ำจะผลักกัน นักวิทยาศาสตร์จากสิงคโปร์สังเกตเห็นว่า ยิ่งน้ำอุ่น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของเหลวก็จะยิ่งมากขึ้นเนื่องจากแรงผลักที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้พันธะไฮโดรเจนยืดออกและกักเก็บพลังงานได้มากขึ้น พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาเมื่อน้ำเย็นลง - โมเลกุลจะเคลื่อนเข้าใกล้กันมากขึ้น และการปล่อยพลังงานดังที่ทราบกันดีหมายถึงความเย็น

ต่อไปนี้เป็นสมมติฐานที่นักวิทยาศาสตร์เสนอ:

การระเหย

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ จึงทำให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100°C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0°C ผลการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองเนื่องจากการระเหยทำให้อุณหภูมิลดลง

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

เนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่าง น้ำร้อนและอากาศเย็นมากขึ้น ดังนั้น การแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จะเข้มข้นขึ้น และน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น

อุณหภูมิร่างกายต่ำ
เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0°C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ -20°C สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของคริสตัล หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงเพียงพอสำหรับผลึกที่จะก่อตัวได้เอง เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้ เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีที่ น้ำเย็นซึ่งไม่ได้ทำความเย็นอย่างยิ่งยวด จะเกิดสิ่งต่อไปนี้: ชั้นน้ำแข็งบาง ๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และด้วยเหตุนี้จึงป้องกันการระเหยออกไปอีก อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะลดลง ในกรณีของน้ำร้อนที่ต้องทำความเย็นแบบพิเศษ น้ำที่เย็นเป็นพิเศษนั้นจะไม่มีชั้นผิวป้องกันเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนได้เร็วกว่ามากเมื่อผ่านหลังคาแบบเปิด เมื่อกระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ความร้อนจะสูญเสียไปมากขึ้นและก่อตัวขึ้น น้ำแข็งมากขึ้น. นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิร่างกายลดลงเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba
การพาความร้อน

น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4°C หากคุณทำให้น้ำเย็นลงถึง 4°C และวางไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ชั้นผิวน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4°C น้ำจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวและก่อตัวเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำภายในระยะเวลาอันสั้น แต่ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันชั้นล่างของน้ำซึ่งจะยังคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4°C . นั่นเป็นเหตุผล กระบวนการต่อไปการระบายความร้อนจะเกิดขึ้นช้าลง ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลงและยกชั้นขึ้น น้ำอุ่นสู่พื้นผิว การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากที่อุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 ° C อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำประกอบด้วยก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นเสมอ - ออกซิเจนและ คาร์บอนไดออกไซด์. ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากมีความสามารถในการละลายน้ำได้ อุณหภูมิสูงด้านล่าง. ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซละลายน้อยกว่าน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม

การนำความร้อน

กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการใส่น้ำลงในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะบรรจุน้ำร้อนละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังช่องแช่แข็งและการนำความร้อน ส่งผลให้ความร้อนถูกดึงออกจากภาชนะน้ำร้อนได้เร็วกว่าภาชนะที่เย็น ในทางกลับกัน ภาชนะที่มีน้ำเย็นจะไม่ทำให้หิมะที่อยู่ด้านล่างละลาย เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถาม - ซึ่งหนึ่งในนั้นที่รับประกันการสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba 100% - ไม่เคยได้รับ ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน David Auerbach ได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดได้เร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นก็จะตกตะกอน ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้: การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป

แต่อย่างที่พวกเขาพูดกัน เหตุผลที่เป็นไปได้มากที่สุด

ตามที่นักเคมีเขียนไว้ในบทความของพวกเขา ซึ่งสามารถพบได้บนเว็บไซต์ preprint arXiv.org พันธะไฮโดรเจนในน้ำร้อนจะแข็งแกร่งกว่าในน้ำเย็น ดังนั้นปรากฎว่ามีพลังงานมากขึ้นถูกกักเก็บไว้ในพันธะไฮโดรเจนของน้ำร้อน ซึ่งหมายความว่าพันธะไฮโดรเจนของน้ำร้อนจะถูกปล่อยออกมามากขึ้นเมื่อถูกทำให้เย็นลง อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์. ด้วยเหตุนี้การชุบแข็งจึงเกิดขึ้นเร็วขึ้น

จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้ไขปริศนานี้ตามหลักทฤษฎีเท่านั้น เมื่อพวกเขาแสดงหลักฐานที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับเวอร์ชันของพวกเขา คำถามที่ว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นจึงถือเป็นเรื่องปิดได้

ในบทความนี้ เราจะมาดูคำถามว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น

น้ำอุ่นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นมาก! คุณสมบัติอันน่าอัศจรรย์ของน้ำซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถหาคำอธิบายที่แน่ชัดได้เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ ตัวอย่างเช่น แม้แต่ในอริสโตเติลก็ยังมีคำอธิบายอยู่ ตกปลาฤดูหนาว: ชาวประมงสอดคันเบ็ดเข้าไปในรูในน้ำแข็ง และเพื่อให้แข็งเร็วขึ้นจึงรดน้ำน้ำแข็ง น้ำอุ่น. ปรากฏการณ์นี้ตั้งชื่อตาม Erasto Mpemba ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 Mnemba สังเกตเห็นผลกระทบแปลกๆ ในขณะที่ทำไอศกรีม จึงหันไปหาดร. เดนิส ออสบอร์น ครูฟิสิกส์ของเขาเพื่อขอคำอธิบาย Mpemba และ Dr. Osborne ทดลองด้วยน้ำ อุณหภูมิที่แตกต่างกันและสรุปว่า: น้ำเกือบเดือดเริ่มแข็งตัวเร็วกว่าน้ำที่อุณหภูมิห้องมาก นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ทำการทดลองของตนเองและแต่ละครั้งก็ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน

คำอธิบายของปรากฏการณ์ทางกายภาพ

ไม่มีคำอธิบายที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ นักวิจัยหลายคนแนะนำว่าจุดทั้งหมดอยู่ที่การทำให้ของเหลวเย็นลงเป็นพิเศษ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากน้ำกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C น้ำที่เย็นยิ่งยวดอาจมีอุณหภูมิ เช่น -2°C และยังคงเป็นของเหลวโดยไม่กลายเป็นน้ำแข็ง เมื่อเราพยายามแช่แข็งน้ำเย็น มีโอกาสที่น้ำเย็นจัดในช่วงแรกและจะแข็งตัวหลังจากผ่านไประยะหนึ่งเท่านั้น กระบวนการอื่นๆ เกิดขึ้นในน้ำร้อน การเปลี่ยนรูปเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้นนั้นสัมพันธ์กับการพาความร้อน

การพาความร้อน- นี้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพซึ่งชั้นล่างของของเหลวที่อบอุ่นจะเพิ่มขึ้น และของเหลวชั้นบนที่เย็นลงจะตกลงมา

เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา(ความขัดแย้งของ Mpemba) - ความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

อริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรเน เดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ในคราวเดียว แต่ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียค้นพบว่าส่วนผสมของไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมเย็น

Erasto Mpemba เป็นนักเรียนที่ Magambi High School ในประเทศแทนซาเนีย โดยทำงานภาคปฏิบัติเป็นพ่อครัว เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น ปล่อยให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและล่าช้าในการทำส่วนแรกของงานให้เสร็จล่าช้า ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด

หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใด ในฐานะนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwava เขาขอให้ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น จากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์ เอส ซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายเรื่องฟิสิกส์แก่นักเรียน) โดยเฉพาะเกี่ยวกับน้ำ: “ถ้าคุณเรียน ภาชนะสองใบที่เหมือนกันซึ่งมีปริมาณน้ำเท่ากัน โดยภาชนะใบหนึ่งมีอุณหภูมิ 35°C และอีกใบมีอุณหภูมิ 100°C แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง จากนั้นในวินาทีนั้นน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม?" ออสบอร์นเริ่มสนใจประเด็นนี้ และในไม่ช้า ในปี 1969 เขาและเอ็มเพมบาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของพวกเขาในวารสาร Physics Education ตั้งแต่นั้นมา ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่า เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา.

จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba ก็คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิโดยรอบควรเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ภายในกรอบงานได้ นักฟิสิกส์ชื่อดัง. ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba:

การระเหย

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ จึงทำให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100 C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0 C

ผลการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองอุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนจากเฟสน้ำไปเป็นเฟสไอน้ำลดลง

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและอากาศเย็นมีมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงมีความรุนแรงมากขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น

อุณหภูมิร่างกายต่ำ

เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ –20 C

สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของคริสตัล หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงเพียงพอสำหรับผลึกที่จะก่อตัวได้เอง เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง

น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้

เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ได้ทำความเย็นยิ่งยวดจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ จะมีชั้นน้ำแข็งบางๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของภาชนะ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยออกไปอีก อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะลดลง ในกรณีของน้ำร้อนที่ต้องทำความเย็นแบบพิเศษ น้ำที่เย็นเป็นพิเศษนั้นจะไม่มีชั้นผิวป้องกันเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนได้เร็วกว่ามากเมื่อผ่านหลังคาแบบเปิด

เมื่อกระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ความร้อนจะสูญเสียไปอย่างมาก และทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น

นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิร่างกายลดลงเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba

การพาความร้อน

น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง

ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 C ถ้าคุณทำให้น้ำเย็นลงถึง 4 C และตั้งไว้ที่อุณหภูมิต่ำลง ชั้นผิวน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4 C น้ำจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวจนเกิดเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำภายในระยะเวลาอันสั้น แต่ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันชั้นล่างของน้ำซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 C ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นต่อจะช้าลง

ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลง ทำให้ชั้นน้ำอุ่นลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากที่อุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 C

อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซละลายน้อยกว่าน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม

การนำความร้อน

เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามใดที่ให้การสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ร้อยเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน David Auerbach ได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดได้เร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นก็จะตกตะกอน

ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป

โอ.วี. โมซิน

วรรณกรรมแหล่งที่มา:

"น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น เหตุใดจึงทำเช่นนั้น?" เจียร์ล วอล์คเกอร์ ใน The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237 เลขที่ 3, หน้า 246-257; กันยายน พ.ศ. 2520

"การแช่แข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", G.ส. เคลล์ใน American Journal of Physics, Vol. 37, เลขที่. 5, หน้า 564-565; พฤษภาคม 1969.

"Supercooling และเอฟเฟกต์ Mpemba", David Auerbach ใน American Journal of Physics, Vol. 63, เลขที่. 10, หน้า 882-885; ต.ค. 1995

"ผลกระทบของ Mpemba: เวลาเยือกแข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", Charles A. Knight, ใน American Journal of Physics, Vol. 64, เลขที่. 5, หน้า 524; พฤษภาคม 1996

เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา(ความขัดแย้งของ Mpemba) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในระหว่างกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ภายในกรอบของฟิสิกส์ที่รู้จัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba: