Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?
8 Antworten
Daß dieser Mpemba-Effekt existiert ist erwiesen (habe ich selbst ausprobiert; Ergebnis ist signifikant, aber nicht immer reproduzierbar).
Bis jetzt gibt es keine schlüssige Erklärung.
Zu den gängigsten Hypothesen:
1) Warmes Wasser kühlt sich schneller ab als kaltes. Das ist unbestreitbar (ob durch Konvektion oder Verdampfung spielt keine Rolle). Nur: irgendwann ist das warme genauso kalt wie das kalte. Temperatur ist aber eine Zustandsfunktion, als wegunabhängig. Es ist nicht erklärbar, weshalb an diesem Punkt das heiße Wasser sich immer noch stärker abkühlen sollte als das kalte. Auch in dem recht vagen Wiki-Artikel wird in der Diskussion auf diesen Umstand verwiesen. Streng genommen dürfte das warme das kalte nicht einmal einholen, geschweige überholen.
2) Heißes Wasser enthält mehr Kondensationskeime. Das erscheint plausibler hat aber auch Probleme, aber ich kenne keine genaueren Untersuchungen.
2 Joghurtbecher im Winter auf das Fensterbrett, einer mit Leitungswasser, der andere mit abgekochtem. Becher gereinigt! Am Morgen war in einem ein massiver Eisklumpen, beim anderen eine dünne Eisschicht oben auf. Die Massen waren (nach Augenmaß) gleich. Selbst wenn sie sich um einen ml unterschieden hätten, kann ich das nicht für den Effekt verantwortlich machen. Angefroren waren beide nicht. Mir ist schon klar, daß das nicht "wissenschaftlich" ist, obwohl manche Versuche mit diesem Anspruch auch nicht genauer arbeiten. Zudem hat ein zweiter Versuch in der Tiefkühltruhe ein konträres Ergebnis gehabt.
Da dieser Effekt offensichtlich schon öfter beschrieben wurde, nehme ich an,daß er tatsächlich existiert.
Den Wikiartikel kenne ich. Ein beträchtlicher Teil z.B. der Abschnitt "Offenes System" ist nichtssagendes Geschwätz. Die "wesentlichen Einflußparameter" sind leicht zu neutralisieren.
Der Satz: "Der Mpemba-Effekt ist vollständig im Rahmen der klassischen Wärmelehre erklärbar. Mikroskopische Eigenschaften wie etwa die Struktur von Flüssigkeiten sind, abgesehen von ihrer Bedeutung für die kalorischen Daten der betrachteten Substanz, ohne Einfluss." ist schon mehr als mutig formuliert, denn gerade hier ist wohl die Ursache zu suchen.
Zwei Herzen schlagen, ach, in meiner Brust.
Der Winter naht, vielleicht muss ich doch selbst Hand anlegen, sprich Becher aufstellen. Dich kenne ich jedenfalls nicht als Laberkopp. Abgekochtes Wasser ist jedenfalls was anderes als kochend heißes, das wissen wir beide, und du benennst es.
... und bin so ratlos wie zuvor, ist auch ein Zitat, im Zweifel von Otto - neeeee, im Ernst.
Wozu gibt es "Jugend forscht". Die sollen das klären. Ich alter Sack hab besseres zu tun. Ich würde mich sogar als Betreuer anbieten, wenn Jugendliche das systematisch angehen wollen, mit so kleinen Tipps von einem Älteren.
So? Tut es das wirklich unter allen Bedingungen?
Hast du nicht vielleicht vergessen zu erwähnen, daß man keinen Deckel auf das Gefäß legen sollte? ;-)
Weil heißes Wasser durch seine geringere Dichte bei schneller Abfuhr von Wärmeenergie einen erheblich höheren Dichteunterschied aufweist, was zu einer Konvektion führt, durch welche die Wärmeabgabe erheblich beschleunigt wird.
Also, das Wasser außen am Gefäßrand verliert seine Energie nach außen schneller als es Wärme aus den Innenbereichen des Behälters bekommt.
Das Wasser, das nicht am Rand ist, verliert ja seine Wärmeenergie nicht durch den Rand sondern gibt diese an das Wasser ab, welches jewiels näher am Rand liegt. Dies ist jedoch langsamer als die Wärmeabgabe am Gefäßrand, im inneren ist das Wasser dadurch heißer, damit leichter, es steigt auf, breitet sich aus, kühlt oben, wenn es den Rand erreicht ab und sinkt an den Außenrändern ab.
Dadurch entsteht eine Strömung im Gefäß, innen hoch, außen abwärts. Dadurch wird in kurzer Zeit erheblich mehr Wärme insgesamt abgegeben als ohne diese Strömung. Je höher der Temperaturunterschied hierbei zwischen Gefäßrandwasser und Innenbereich ist, desto stärker die Konvektion, desto höher die Wärmeabgabe.
Wenn man z.B. heißes Wasser unter stetigen umrühren einfriert, verringert sich die Geschwindigkeit wieder erheblich, weil diese Konvektion hierbei gestört wird.
Kommt eine Anomalie des Wassers hinzu, welches entgegen anderer Flüssigkeiten seine maximale Dicht nicht im Gefrierpunkt oder darunter aufweist sondern knapp drüber, bei 4 Grad Celsius. Das bedeutet, 4 Grad kaltes Wasser ist dichter als Eis.
Beim Einfrieren des Wassers bleibt die Temperatur im Moment der höchsten Dichte hierdurch trotz Wärmeabgabe eine gewisse Zeit gleich, bevor sie weiter absinkt - trotz abgegebener Energie. Dadurch verlangsamt sich das Einfrieren.
Da in diesem Punkt das Wasser jedoch nicht fest sondern noch flüssig ist, wird diese Phase der latenten Energieabgabe durch die höhere Konvektion bedingt durch das verhandensein weit wärmeren Wassers in den Innenbereichen erheblich schneller durchlaufen, das warme Wasser überholt hierbei das kalte Wasser und friert schließlich früher ein.
Diesen Vorgang macht sich im Übrigen ein kleiner "Kühlschrank" zu nutze.
Wie kühle ich eine Bierdose im Sommer von 30 Grad innerhalb 120 Sekunden auf 6 Grad ab?
Man nehme einen Behälter mit Eiswürfel und spanne hier hinein eine Bierdose auf eine motorbetriebene Achse schräg zur Erdoberfläche (hochkant klaptt es nicht. Dann drehe man das Teil 2 Minuten lang stetig schnell um die eigene Achse im Eis.
Hierbei entsteht in der Dose genau diese Konvektion und das DIng ist in kürzester Zeit kalt, jeder normale Kühlschrank mit stehender Dose braucht dafür eine Stunde.
Leider funktioniert das aber auch ohne Konvektion, siehe Mpemba-Effekt.
Dieser sogenannte https://de.wikipedia.org/wiki/Mpemba-Effekt tritt nur unter ganz speziellen Bedingungen ein.
Und allen Angaben würde ich erst mal misstrauen, weil wirklich wissenschaftliche Versuche nicht berichtet werden.
google: heißes wasser gefriert schneller.
Dazu der Haushaltstipp:
Heißes Wasser einfrieren, dann hat man im Notfall immer welches bereit.
Bissu Blondine?
Die gucken auch gen Himmel, wenn sie "guck mal, ein toter Vogel" hören.
Nee, nix blo(e)/(n)d. Alles echte Füsik. Ich seh das wie ein Proton: immer positiv!
Das Ausprobieren sagt aber nicht viel aus, wenn du die Bedingungen nicht verrätst. So bleiben mögliche Fehlerquellen offen:
Das sind die, die mir gerade einfallen.
Den Masseverlust durch Verdunstung würde ich nicht so hoch einschätzen, es sei denn, die Umgebung hat Grad-Bruchteile unter 0°C.