Natuurkunde

mpemba-effect


Inleiding

Zet eens twee bakken met evenveel water, waarbij de ene gevuld is met water van 5˚C en de andere met water van 35˚C in de vriezer. Dan zal de bak met het warmere water eerder bevroren zijn dan koudere water. Alhoewel dit tegenstrijdig klinkt, is dit wel het geval. Deze paradoks heet het Mpemba-effect.  

Ontdekking

Het effect is vernoemd naar de Tanzaniaanse scholier Erasto Mpemba. Toen Mpemba ijs maakte tijdens kooklessen merkte hij dat warme ijsmengsels soms eerder bevroren dan koude ijsmengsels. Geïntrigeerd door dit fenomeen legde hij zijn probleem voor aan zijn docent die helaas Mpemba’s waarnemingen niet serieus nam. Later kwam Mpemba in contact met Dr. Denis G. Osborne aan wie hij het probleem ook voorlegde. Deze testte thuis het fenomeen en kwam tot de conclusie dat Mpemba inderdaad gelijk had. Nadat ze verder onderzoek hadden gedaan publiceerden ze in 1969 hun resultaten. 

Mechanisme

De vraag is natuurlijk hoe het mogelijk is dat warmer water sneller bevriest dan kouder water. Er zijn verschillende variabelen die allemaal bij dragen aan het effect. De belangrijkste zijn: conductie, convectie, verdamping, superkoeling en de aard van het materiaal dat bevroren wordt. Natuurlijk spelen definitiekwesties ook een grote rol in het effect. Want wanneer is water bevroren? Is dat als het overal de vaste vorm heeft aangenomen, of als het 0˚C is? Verder zijn er nog een aantal kleinere variabelen die wellicht invloed hebben op het effect.

onderzoeksvragen

Temperatuur
Bij welke temperaturen bevriest water het snelst en wanneer het langzaamst? Voer het experiment zelf een aantal keer uit om tot resultaten te komen.

Andere vloeistoffen
Bij welke vloeistoffen is het Mpemba-effect ook waar te nemen? En geldt daarvoor dezelfde relatie tussen de tijd dat de stof bevriest en de begintemperatuur?

Variabelen
Wat zijn de mechanismen van de variabelen precies en hoe dragen ze bij aan het Mpemba-effect?