Горячая вода замерзает быстрее!

Горячая вода замерзает быстрее!

«Гости должны были приехать на вечеринку через три часа, и мне надо было срочно приготовить определенное количество льда. Я слышала, что горячая вода замерзает быстрее холодной. Что же получается, мне надо было налить горячую воду в форму для кубиков льда?»

Этот парадоксальный факт — то, что горячая вода замерзает быстрее, чем холодная, — начали обсуждать еще в XVII веке, когда об этом явлении написал сэр Фрэнсис Бэкон. Даже в наши дни канадцы утверждают, что ведро с горячей водой, выставленное у дверей дома в холодную погоду, замерзнет быстрее, чем такое же ведро с холодной водой.

Хотите верьте, хотите нет, но горячая вода и вправду может замерзнуть быстрее, чем холодная. Иногда так бывает. При определенных условиях. Вероятность замерзания горячей воды зависит от многих факторов.

Интуитивно нам кажется, что это невозможно, ведь горячей воде надо пройти больший путь снижения температуры до точки замерзания. Для того чтобы снизить температуру на каждые 4 °C, каждый литр воды должен потерять около двух калорий тепла. Так что чем на большее количество градусов должна понизиться температура воды, тем больше теплоты из нее надо изъять, а значит, время остывания будет больше, при прочих равных условиях.

Но согласно «закону» повсеместного искажения, все прочие условия никогда не бывают равными. Как мы с вами увидим, горячая и холодная вода отличаются не только своей температурой.

Если загнать химика в угол и потребовать, чтобы он объяснил, отчего горячая вода может замерзнуть быстрее холодной, то он, скорее всего, станет бормотать что-то насчет большего количества растворенного воздуха в холодной воде: растворенные в воде вещества могут понизить ее температуру замерзания. Это правда, но этого объяснения недостаточно. Количество растворенного воздуха в холодной водопроводной воде снижает температуру замерзания менее чем на тысячную долю градуса, и такую мелочь вряд ли возможно точно проконтролировать. Так что версия о воздухе, растворенном в воде, просто неубедительна.

Настоящая разница между горячей и холодной водой состоит в том, что чем горячее вещество, тем быстрее оно рассеивает свою теплоту вокруг себя. То есть теплая вода остывает в более быстром темпе — теряет больше градусов (единиц измерения тепла) в минуту, — чем холодная вода. Эта разница особенно заметна, если контейнеры с водой неглубокие и большая поверхность воды контактирует с воздухом. Но все это не означает, что горячая вода первой достигнет замерзания, ведь неважно, насколько быстро она остывает сначала — ей все равно не удастся сделать больше, чем просто догнать холодную воду, то есть остыть. Тогда они уже будут на равных.

Большее отличие между горячей и холодной водой состоит в том, что горячая вода испаряется быстрее холодной. Так что если мы попытаемся заморозить равные количества горячей и холодной воды, то к тому моменту, когда ее температура наконец достигнет нуля градусов, в емкости с горячей водой останется меньше воды, чем в контейнере с холодной водой. А меньшее количество воды, естественно, замерзнет быстрее.

Может ли этот нюанс сыграть важную роль? Вода вообще очень часто оказывается необычной жидкостью. Например, из воды можно извлечь неожиданно большое количество теплоты, прежде чем ее температура упадет очень низко (с научной точки зрения, у воды высокая теплоемкость). Так что даже если контейнер с горячей водой потерял благодаря испарению лишь немногим больше воды — по сравнению с контейнером, наполненным холодной водой, — ему может понадобиться намного меньше времени, чтобы замерзнуть.

Но не спешите бежать в кухню и проверять эту теорию с формочками для льда — просто потому, что существует слишком много других факторов, влияющих на результат. Согласно уже упомянутому мною «закону», две формы для льда никогда не будут идентичными. Они никогда не находятся в одном и том же месте при одной и той же температуре, и они не остывают с одной и той же скоростью (одна из них обязательно окажется ближе к охлаждающему элементу в морозилке). Более того, как вы сможете определить наверняка, в какой именно момент вода уже замерзла? Когда сверху появляется первая корочка льда? Ну так это еще не значит, что все содержание формы для льда уже заморожено. Слишком часто заглядывать и проверять тоже не получится, поскольку открывание дверцы морозильной камеры может вызвать потоки воздуха с непредсказуемыми траекториями, что также повлияет на темпы испарения.

И, что самое обидное, не потревоженная никем вода имеет противную привычку остывать до температуры ниже нуля, прежде чем замерзнуть (научно говоря, она переохлаждается). Она может отказаться замерзать, пока какое-то очень непредсказуемое влияние извне не потревожит ее (например, вибрация, пыль или царапина на внутренней поверхности контейнера с водой). Короче говоря, в этой гонке у вас очень размытая линия финиша. В науке не все так просто.