Мик О'Хара - Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого

Дж. Нил КейпПеникуик, Мидлотиан, Великобритания

В классическом эксперименте два металлических ведра выставляют на улицу в холодную и предпочтительно ветреную ночь. Стоячая вода плохо проводит тепло, лед образуется на поверхности и возле стенок. Если изначальная температура воды около 10 °C, в глубине вода охлаждается очень медленно, особенно после того, как поверхность затягивает лед, препятствуя нормальной конвекции. Более теплая вода не может вступить в контакт с остывшим ведром, и теплообмена не происходит.

Если начальная температура воды близка к 40 °C, сильная конвекция устанавливается до замерзания воды, вся ее масса остывает быстро и единообразно. Несмотря на то что лед начинает формироваться позже, чем на прохладной воде, полное замерзание горячей воды происходит быстрее, чем замерзание холодной.

В данном случае важны дополнительные условия. Очевидно, если начальная температура холодного ведра 0,1 °C, а горячего — 99,9 °C, результаты эксперимента вряд ли окажутся неожиданностью. Сосуды должны быть достаточно большими, чтобы конвекция наблюдалась при малых перепадах температур, но при этом настолько маленькими, чтобы тепло быстро улетучивалось с поверхности. Помогает принудительное воздушное охлаждение в ветреную ночь.

В домашнем морозильнике трудно создать подобные условия, но опыт можно воспроизвести в промышленном морозильнике или в лабораторной камере с искусственным климатом.

Алан КалвердБишопс-Стортфорд, Хартфордшир, Великобритания

Это правда, я лично проводил подобный опыт. Единственное условие заключается в том, что сосуд с водой должен быть относительно маленьким, чтобы способность морозильника отводить тепло не стала ограничивающим фактором.

На холодной воде раньше образуется плавучий лед, который препятствует в дальнейшем конвективному теплопереносу с поверхности воды. На горячей воде лед в первую очередь образуется у стенок и дна сосуда, а на поверхности вода остается чистой и сравнительно горячей, что обеспечивает теплопередачу в ускоренном темпе. Большой перепад температур приводит к интенсивной конвективной циркуляции, которая выносит тепло на поверхность даже после того, как большая часть воды замерзнет.

Том ХерингКегуорт, Лестершир, Великобритания

Это культурный миф. Горячая вода не будет замерзать в морозильнике быстрее, чем холодная. Но если горячую воду охладить до комнатной температуры, она замерзнет быстрее, чем вода, которую вообще не нагревали. Дело в том, что при нагревании из воды улетучиваются растворенные газы (в основном азот и кислород), которые замедляют процесс кристаллизации льда.

Том ТраллУниверситет Тасмании, Австралия

Скептически настроенному Тому Траллу из Университета Тасмании было бы полезно заглянуть в холодильник автора первого письма, Майкла Дэвиса, также из Университета Тасмании. Эксперименты подтверждают, что эффект действительно существует, а отсутствие растворенных газов может быть еще одним фактором, ускоряющим льдообразование.

Возможно, существует еще один фактор, о котором не упомянул ни один из корреспондентов, — переохлаждение. Недавние исследования показывают, что, поскольку вода может замерзать при перепаде температур» горячая вода начинает замерзать прежде, чем остынет.

Но замерзнет ли она полностью первой — это уже другой вопрос. — Ред.

В научных экспериментах этот эффект выглядит убедительно. Мы исходим из предположения, что температура в морозильнике остается постоянной на протяжении всего процесса замораживания, а также не меняются другие показатели: размер сосуда, теплопроводные и конвективные свойства внутри и снаружи его.

Но я полагаю, что в процессе задействована еще одна переменная, а именно — перепады температур в морозильнике. Колебания температур внутри морозильника зависят от чувствительности термоэлемента и таймера регулирующей системы. Можно предположить, что при стандартной температуре морозильника энергия, направленная на охлаждение, действует с известной скоростью. Если поставить в морозильник ведро с холодной водой, оно почти не окажет воздействия на расход энергии, потому что температурный датчик не среагирует на него. Но ведро с горячей водой легко может привести в действие датчик и вызвать непродолжительное, но мощное охлаждение внутри морозильника и чрезмерно понизить температуру в зависимости от показаний таймера.