Tämä näennäisen yksinkertainen kysymys aiheuttaa edelleen huomattavia kiistoja. Takamasa Takahashi, fyysikko St. Norbert Collegessa De Peressä, Wis., Yrittää antaa lopullisen vastauksen:
”Kylmä vesi ei kiehu nopeammin kuin kuuma vesi. Nesteen kuumenemisnopeus riippuu nesteen ja sen ympäristön välisen lämpötilaeron suuruus (esimerkiksi takan liekki). Tämän seurauksena kylmä vesi absorboi lämpöä nopeammin, kun se on vielä kylmä; kun se saavuttaa lämmin veden lämpötilan, lämmitysnopeus hidastuu ja sieltä sen kiehuminen kestää yhtä kauan kuin kuuma vesi aluksi. Koska kylmällä vedellä kestää jonkin aikaa saavuttaakseen kuuman veden lämpötilan, kylmällä vedellä kestää selvästi kauemmin kiehua kuin kuumaa vettä. Pelissä voi olla psykologisia vaikutuksia; kylmä vesi alkaa kiehua aikaisemmin kuin voisi odottaa edellä mainitun suuremman lämmön imeytymisnopeuden vuoksi, kun vesi on kylmempää.
”Alkuvaiheeseen kysymys – ”Jäätyykö kuuma vesi nopeammin kuin kylmä vesi?” – a nswer on ”Ei yleensä, mutta mahdollisesti tietyissä olosuhteissa.” Yhden gramman veden höyrystäminen vie 540 kaloria, kun taas yhden gramman nestemäisen veden tuominen 0 ° C: sta 100 ° C: seen vaatii 100 kaloria. Kun vesi on yli 80 ° C, jäähdytysnopeus nopeasti höyrystämällä on hyvin korkea, koska jokainen haihtuva gramma vetää vähintään 540 kaloria jäljessä olevasta vedestä. Tämä on erittäin suuri lämpömäärä verrattuna yhteen kaloriin celsiusastetta kohti, joka saadaan jokaisesta grammasta vettä, joka jäähtyy säännöllisen lämmönjohtamisen avulla.
”Kaikki riippuu jäähdytyksen nopeudesta ja käy ilmi, että kuuma vesi ei jääty ennen kylmää vettä, vaan jäätyy ennen haaleaa vettä. Esimerkiksi 100 ° C: n lämpötila jäätyy ennen kuin lämpötila on yli 60 ° C, mutta ei ennen kuin lämpötila on yli 60 ° C. Tämä ilmiö on erityisen ilmeinen, kun nopealla haihdutuksella jäähtyvä pinta-ala on suuri verrattuna mukana olevaan vesimäärään, esimerkiksi kun peset autoa kuumalla vedellä kylmänä talvipäivänä.
”Toinen tilanne, jossa kuuma vesi voi jäätyä nopeammin, kun pakastinosastoon asetetaan pannu kylmää vettä ja saman massainen pannu kuumaa vettä. Edellä on mainittu haihtumisen vaikutus, ja myös lämpökontakti pakastushyllyn kanssa viilentää vesimuodostuman alaosaa. Jos vesi on tarpeeksi kylmää, lähellä neljää astetta (lämpötila, jolla vesi on tiheintä), pohjassa oleva lähellä jäätyvä vesi nousee ylös. Konvektiovirrat jatkuvat, kunnes koko vesimuodostuma on 0 astetta C, jolloin kaikki vesi jäätyy lopulta. Jos vesi on aluksi kuumaa, jäähdytetty vesi pohjassa on tiheämpää kuin yläosan kuuma vesi, joten konvektiota ei tapahdu ja alaosa alkaa jäätyä, kun yläosa on vielä lämmin. Tämä vaikutus yhdessä haihdutusvaikutuksen kanssa voi saada kuuman veden jäätymään joissakin tapauksissa nopeammin kuin kylmä vesi. Tällöin pakastin on tietysti työskennellyt kovemmin tietyn ajanjakson aikana, vetämällä enemmän lämpöä kuumasta vedestä. ”
Robert Ehrlich George Mason Universitystä, Fairfax, Va., Lisää joitain Takahashin esittämiä seikkoja:
”Kuuma vesi voi jäätyä nopeammin kuin kylmä vesi, kahdella tavalla. Yksi tapa riippuu siitä, että kuuma vesi haihtuu nopeammin, joten jos aloitat yhtä suurella massalla kuumaa ja kylmää vettä, jäähtymistä olisi pian vähemmän, ja siten se ohittaa kylmän veden ja jäätyy ensin, koska pienempi massa, sitä lyhyempi jäätymisaika. Toinen tapa, jolla se voi tapahtua (jos pakastimessa on tasainen pohjainen astia vettä), on, että kuuma vesi sulattaa jään astian pohjan alle, mikä johtaa parempaan lämpökosketukseen, kun se jäätyy. ”
Tunnetko edelleen olevasi skeptinen? Fred W. Decker, Oregonin osavaltion yliopiston meteorologi Corvallisissa, kannustaa lukijoita ratkaisemaan kysymyksen itse:
”Voit helposti perustaa kokeen oppiaksesi joka jäätyy aikaisemmin: alun perin kuuma vesi tai alun perin kylmä vesi. Käytä annettua asetusta sähköisellä keittolevyllä ja kello käynnistyksen ja kiehumisen välillä tietylle kattilalle, joka sisältää esimerkiksi yhden litran vettä; aloita ensin vedellä niin kylmällä kuin hana tarjoaa, ja toista se sitten kuumimmalla vedellä, joka on saatavilla hanasta. Panostan aluksi kuuman vesimäärän kiehuvaan paljon lyhyemmässä ajassa kuin aluksi kylmän vesimäärän.
”Jäädytyskokeilua on vaikeampaa suorittaa, koska se vaatii ihanteellisesti kylmävarastokammion, joka on asetettu pakkasen alapuolelle. Ota kammioon kaksi neljän tilavuuden maitopulloa, jotka on täytetty vedellä, yksi kuumasta hanasta ja toinen kammion ulkopuolella olevasta kylmästä hanasta. Aikaa ne jäätymiseen, ja vedon vielä kerran, että aluksi kylmempi vesi jäätyy aikaisemmin kuin aluksi kuuma vesi. ”
Decker päättelee että ”paljon kansanperinnettä on seurausta siitä, että yritetään vastata tällaiseen kysymykseen olosuhteissa, jotka eivät tee” kaikkia muita asioita tasa-arvoisiksi ”, kuten edelliset kokeilut tekevätkin.
Tuntuuko edelleen epäilevältä? Fred W. Decker, meteorologi Oregonin osavaltion yliopisto Corvallisissa kannustaa lukijoita ratkaisemaan kysymyksen itse:
”Voit helposti aloittaa kokeen oppiaksesi, mikä jäätyy aikaisemmin: aluksi kuuma vesi tai alun perin kylmä vesi. Käytä annettua asetusta sähköisellä keittolevyllä ja kello käynnistyksen ja kiehumisen välillä tietylle kattilalle, joka sisältää esimerkiksi yhden litran vettä; aloita ensin vedellä niin kylmällä kuin hana tarjoaa, ja toista se sitten kuumimmalla vedellä, joka on saatavilla hanasta. Panostan aluksi kuuman vesimäärän kiehumiseen paljon lyhyemmässä ajassa kuin alun perin kylmän vesiliuos.
”Pakastuskoketta on vaikea suorittaa, koska se vaatii ihanteellisesti kävelyä. kylmävarastokammiossa, joka on asetettu pakkasen alapuolelle. Ota kammioon kaksi neljän tilavuuden maitopulloa, jotka on täytetty vedellä, yksi kuumasta hanasta ja toinen kylmästä hanasta kammion ulkopuolella. Aikaa ne jäätymiseen, ja vedon vielä kerran, että alun perin kylmempi vesi jäätyy aikaisemmin kuin alun perin kuuma vesi. älä tee ”kaikki muut asiat tasa-arvoisiksi”, kuten edellä esitetyt kokeet tekevät.