Vì sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh?

Vì sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh? Hiện tượng này được gọi là ” hiệu ứng Mpemba” được đặt tên theo một học sinh người Tanzania. Cậu bé Erasto Mpemba đã nhận ra hỗn hợp kem nóng sẽ đông nhanh hơn hỗn hợp kem lạnh trong lớp học nấu ăn vào những năm 1960.

Năm 1969, Mpemba cùng với một giáo sư vật lý Denis G. Osborne đã công bố báo cáo khối lượng nước nóng & khối lượng nước lạnh tương đương nhau sẽ đóng băng ở thời điểm khác nhau, và nước nóng đã đóng băng trước.

Hiện tượng kỳ lạ này đã gây nhiều tranh cãi trong nhiều năm. Các nhà vật lý đưa ra nhiều giả thuyết cho hiệu ứng Mpemba bao gồm sự bay hơi, đối lưu, quá trình đóng tuyết, sự chậm đông… tuy nhiên vẫn chưa thuyết phục.

Năm 2010, James Bulangliqi đã đăng trên tạp chí New Scientist, được cho là làm sáng tỏ hiệu ứng này. Ông cho rằng, các tạp chất trong nước mới là nhân tố then chốt dẫn tới quá trình đóng băng nhanh của nước nóng.

Trong suốt 10 năm, James đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm về hiệu ứng Mpemba. Cuối cùng, ông đã phát hiện chứng cứ chứng minh hiệu ứng Mpemba xuất phát từ hiện tượng supercool (làm quá lạnh) bất ổn định.

James cho hay: “Nước chưa đóng băng khi nhiệt độ ở 0 độ C, nhiệt độ thấp hơn mới bắt đầu đóng băng, tức là hiện tượng supercool. Điểm đông quyết định ở tạp chất hình thành nên mối quan hệ giữa nước và băng. Thông thường, nước có thể có một số loại tạp chất như bụi, muối tan, nấm và vi khuẩn. Mỗi một tạp chất đều có thể tác động đến cơ chế đóng băng dưới nhiệt độ đặc biệt.”

James Bulangliqi tiến hành thí nghiệm trên “hai mẫu nước máy” ở cùng nhiệt độ là 20 °C. Đầu tiên James bỏ mẫu nước vào trong ống nghiệm, sau đó đưa vào tủ lạnh để làm đông. Hỗn hợp ngẫu nhiên của tạp chất đã làm cho “hai mẫu nước” này có điểm đông khác nhau, trong đó có một mẫu có điểm đông cao hơn. Nếu như sự khác biệt này đủ lớn, thì hiệu ứng Mpemba sẽ xuất hiện.

James lựa chọn “mẫu nước” có điểm đông tự nhiên cao hơn và tăng nhiệt mẫu này tới 80 °C, mẫu nước còn lại chỉ tăng nhiệt bằng nhiệt độ phòng, sau đó lại đưa hai ống nghiệm vào tủ lạnh. James Bulangliqi cho hay, nếu như điểm đông của nước nóng cao tối thiểu 5 °C, thì tốc độ đóng băng của nó sẽ nhanh hơn nhiều so với nước lạnh.