Cette question apparemment simple continue de susciter une controverse considérable. Takamasa Takahashi, physicien au Collège St. Norbert de De Pere, Wisconsin, tente une réponse définitive:
« Leau froide ne bout pas plus vite que leau chaude. La vitesse de chauffage dun liquide dépend de la lamplitude de la différence de température entre le liquide et son environnement (la flamme du poêle, par exemple). Par conséquent, leau froide absorbera la chaleur plus rapidement alors quelle est encore froide; une fois quelle atteint la température de leau chaude, la vitesse de chauffage ralentit et à partir de là, il faut autant de temps pour lamener à ébullition que leau qui était chaude au départ. Parce quil faut un certain temps à leau froide pour atteindre la température de leau chaude, leau froide prend clairement plus de temps à bouillir que leau chaude. Il peut y avoir un effet psychologique en jeu; leau froide commence à bouillir plus tôt que prévu en raison du taux dabsorption de chaleur plus élevé mentionné ci-dessus lorsque leau est plus froide.
« Vers la première partie de la question – « Leau chaude gèle-t-elle plus vite que leau froide? » – le a nswer est « Pas généralement, mais peut-être sous certaines conditions. » Il faut 540 calories pour vaporiser un gramme deau, alors quil faut 100 calories pour amener un gramme deau liquide de 0 degrés Celsius à 100 degrés C.Lorsque leau est plus chaude que 80 degrés C, le taux de refroidissement par vaporisation rapide est très élevé parce que chaque gramme qui sévapore tire au moins 540 calories de leau laissée derrière. Il sagit dune très grande quantité de chaleur par rapport à une calorie par degré Celsius tirée de chaque gramme deau qui se refroidit par conduction thermique régulière.
« Tout dépend de la rapidité du refroidissement, et il savère que leau chaude ne gèlera pas avant leau froide mais gèlera avant leau tiède. Leau à 100 degrés C, par exemple, gèlera avant que leau ne dépasse 60 degrés C mais pas avant que leau ne soit inférieure à 60 degrés C. Ce phénomène est particulièrement évident lorsque la surface qui se refroidit par évaporation rapide est grande par rapport à la quantité deau impliquée, comme lorsque vous lavez une voiture avec de leau chaude par une froide journée dhiver.
« Une autre situation leau peut geler plus rapidement lorsquune casserole deau froide et une casserole deau chaude de masse égale sont placées dans un compartiment congélateur. Il y a leffet de lévaporation mentionné ci-dessus, et le contact thermique avec létagère du congélateur refroidira la partie inférieure de la masse deau. Si leau est suffisamment froide, proche de quatre degrés C (la température à laquelle leau est la plus dense), leau presque gelée en bas montera vers le haut. Les courants de convection continueront jusquà ce que la masse deau entière atteigne 0 ° C, moment auquel toute leau gèle finalement. Si leau est initialement chaude, leau refroidie en bas est plus dense que leau chaude en haut, donc aucune convection ne se produira et la partie inférieure commencera à geler alors que le dessus est encore chaud. Cet effet, combiné à leffet dévaporation, peut faire geler leau chaude plus rapidement que leau froide dans certains cas. Dans ce cas, bien sûr, le congélateur aura travaillé plus dur pendant la durée donnée, extrayant plus de chaleur de leau chaude. «
Robert Ehrlich de lUniversité George Mason, à Fairfax, en Virginie, ajoute à certains des points soulevés par Takahashi:
« Il y a deux façons dont leau chaude peut geler plus rapidement que leau froide. Une façon dépend du fait que leau chaude sévapore plus rapidement, de sorte que si vous avez commencé avec des masses égales deau chaude et froide, il y aurait bientôt moins deau chaude à geler, et par conséquent, elle dépasserait leau froide et gèlerait en premier, car plus la masse est faible, plus le temps de congélation est court. Lautre façon dont cela pourrait arriver (dans le cas dun plat deau à fond plat placé dans un congélateur) est si leau chaude fait fondre la glace sous le fond du plat, conduisant à un meilleur contact thermique lors de la recongélation. «
Toujours sceptique? Fred W. Decker, météorologue à l’Oregon State University à Corvallis, encourage les lecteurs à régler eux-mêmes la question:
« Vous pouvez facilement mettre en place une expérience pour apprendre qui gèle plus tôt: eau initialement chaude ou eau initialement froide. Utilisez un réglage donné sur une plaque chauffante électrique et chronométrez le temps entre le début et lébullition pour une casserole donnée contenant, par exemple, un litre deau; Commencez dabord avec de leau aussi froide que celle fournie par le robinet, puis répétez-la avec leau la plus chaude disponible à partir de ce robinet. Je parierais que le litre deau initialement chaude arrivera à ébullition en beaucoup moins de temps que le litre deau initialement froide.
« Lexpérience de congélation est plus difficile à réaliser, car elle nécessite idéalement une chambre froide de plain-pied réglée à une température inférieure à zéro. Mettez dans la chambre deux bouteilles de lait dun quart de volume remplies deau, lun dun robinet chaud et lautre dun robinet froid à lextérieur de la chambre. Faites-les refroidir, et je parierais encore que leau initialement plus froide gèlera plus tôt que leau initialement chaude. «
Decker conclut que « beaucoup de folklore résulte dessayer de répondre à une telle question dans des conditions qui ne font pas » toutes choses égales par ailleurs « , ce que font les expériences précédentes.
Toujours sceptique? Fred W. Decker, météorologue à LOregon State University à Corvallis encourage les lecteurs à résoudre eux-mêmes la question:
«Vous pouvez facilement mettre en place une expérience pour savoir lequel gèle plus tôt: leau qui est initialement chaude ou leau qui est initialement froide. Utilisez un réglage donné sur une plaque chauffante électrique et chronométrez le temps entre le début et lébullition pour une casserole donnée contenant, par exemple, un litre deau; Commencez dabord avec de leau aussi froide que celle fournie par le robinet, puis répétez-la avec leau la plus chaude disponible à partir de ce robinet. Je parierais que le litre d’eau initialement chaude portera à ébullition en beaucoup moins de temps que le litre d’eau initialement froide.
«L’expérience de congélation est plus difficile à réaliser, car elle nécessite idéalement une promenade. dans une chambre froide réglée à une température inférieure à zéro. Prenez dans la chambre deux bouteilles de lait dun quart de volume remplies deau, lune provenant dun robinet chaud et lautre dun robinet froid à lextérieur de la chambre. Faites-les geler, et je parierais à nouveau que leau initialement plus froide gèlera plus tôt que leau initialement chaude. «
Decker conclut que » beaucoup de folklore résulte dessayer de répondre à une telle question dans des conditions qui le font ne pas rendre «toutes choses égales par ailleurs», ce que font les expériences précédentes.