أيهما يتجمد أسرع : الماء الساخن أم الماء البارد ؟

بسم الله الرحمن الرحيم

من المعروف أن الماء يتجمد عند درجة حرارة صفر مئوي .
وقد وجد أن الماء الساخن قد يتجمد أسرع من الماء البارد في بعض الحالات.

وتعرف هذه الخاصية الطبيعية بـتأثير مبيمبا Mpemba effect““ وسميت بذلك بعد أن لاحظ ذلك لأول مرة طالب الثانوية التنزاني إراستو مبيمبا عام 1963.
تظهر هذه الخاصية الطبيعية عندما تتعرض كتلتان متساويتان من الماء مختلفتان في درجة الحرارة لمحيط درجة حرارته أقل من الصفر فيتجمد الماء الأكثر حرارة أولا. عززت ملاحظة مبيمبا حدس الكثير من المفكرين العظام كأرسطو ورينيه ديكارت وفرانسيس بيكون؛ والذين اعتقدوا أيضا أن الماء الساخن يتجمد أولا.

تبخر الماء هو أقوى الأفكار المرشحة لتفسير هذه الظاهرة. فعندما يوضع الماء الساخن في وعاء مفتوح ويبدأ تبريده تكون الكتلة الإجمالية للماء قد نقصت نتيجة لتبخر جزء من الماء ( أكثر مما قد يتبخر من الماء البارد). ومع وجود كتلة أقل من الماء لتتجمد تستغرق عملية فقدان حرارة الماء ووصوله للتجمد وقتا أقل . لكن هذا التفسير لا يصلح دائما ؛ خاصة إذا ما استخدمنا وعاء مغلقا يمنع الماء المتبخر من الهروب.

إذن التبخر ليس السبب الوحيد الذي يجعل الماء الساخن يتجمد بشكل أسرع. أحد التفسيرات أيضا أن كمية الغاز المذابة في الماء الساخن أقل من كميته في الماء البارد؛ مما قد يغير من بعض خصائص الماء كطبيعة نقل وإيصال الحرارة بين جزيئات الماء فيسمح ذلك بالتجمد أسرع. لكن لم يتمكن فيزيائيون بولنديون من إثبات هذه العلاقة حين حاولوا ذلك في العقد 1980م.

التوزيع غير المتماثل لدرجة الحرارة في الماء قد يــفسر أيضا ظاهرة مبيمبا. فالماء الساخن يصعد إلى أعـلى الوعـاء قبل أن يخـرج منه تاركا الماء البارد بالأســفل ومــشكلا قمـة ساخـنة “ “hot top. هذه الحركة ؛ اتجاه الماء الساخن للأعلى والماء البارد للأسفل تسمى تيار الحمل ( convection current ) . هذا التيار طريقة شائعة لنقل الحرارة في السوائل والغازات تحدث في المحيطات وفي المدافئ المركزية في الحجرات الباردة. هذا التوزيع المتفاوت لدرجة الحرارة يسرع من عملية التبريد؛ لأننا نعتقد أن الماء يفقد حرارته عبر سطحه الخارجي و درجة حرارة الماء الآن في السطح أعلى من معدل درجة الحرارة الكلية، إذن سيفقد سطح الماء الأكثر حرارة في هذا الوضع حرارة أكثر مما كان سيفقدها لو كان توزيع الحرارة متجانسا.

ومن المعتقدات التي تتعلق بالتجمد أيضا ؛ أن درجة حرارة الماء الساخن تتناقص بمعدل أسرع من تناقص درجة حرارة الماء الأقل حرارة ( الماء البارد).

و الآن ( ما رأيك أن تجربي بنفسك ؟؟!! )