آب داغ سریع تر یخ می‌زند یا آب سرد؟

روزیاتو: اگر دو سطل پر از مقدار مساوی آب داشته باشیم، یکی داغ و دیگری سرد و آنها را در یک صبح سرد زمستانی درون برف بگذاریم چه اتفاقی می‌افتد؟ کدام‌یک زودتر یخ می‌زند؟ جواب حتما غافلگیرتان می‌کند.

چه اتفاقی باید بیفتد؟

هر آدم منطقی فکر می‌کند که یخ زدن سطل آب داغ بیشتر از سطل آب سرد طول خواهد کشید. از این گذشته، آب داغ زمان بیشتری نیاز دارد تا به دمای سطل سرد برسد. وقتی سطل داغ بالاخره به دمایی که سطل سرد در ابتدا بود می‌رسد، احتمالا سطل سرد دیگر منجمد شده است.

در حقیقت چه اتفاقی می‌افتد؟

چندین عامل وجود دارد که به یخ زدن سریع‌ تر سطل گرم منجر می‌شود. در ادامه مهم‌ترین عوامل این پدیده را بررسی می‌کنیم:

لایه‌ای از یخ بالای آب سرد تشکیل می‌شود

احتمال اینکه آب داغ بدون انجماد بسیار سرد شود زیاد است. این به این معنی است که دمای آب گرم با احتمال بیشتری تا دمای زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می‌شود. در آب سرد منجمدنشده، کریستال های یخ تشکیل شده، به سمت بالا شناور می‌شوند و یک لایه عایق بین هوای سرد و آب ایجاد می‌کنند. این لایه یخ همچنین از تبخیر جلوگیری می‌کند. در آب داغی که بدون انجماد سرد شده (و بنابراین دیگر داغ نیست) وقتی آب یخ می‌زند، تماما یخ می‌زند.

چرا احتمال سرد شدن بدون انجماد آب داغ بیشتر است؟

زیرا آب داغ حباب‌های گاز کمتری دارد. حباب های گاز با سرد شدن آب و از گازهای محلول تشکیل می‌شوند. هنگام جوشیدن آب جوش ممکن است این گازهای محلول خارج شده باشند. در آب سرد، کریستال های یخ از حباب های ریز به عنوان نقطه شروع شکل گیری استفاده می‌کنند. اما در آب داغ هیچ حبابی وجود ندارد، بنابراین نقطه شروع زیادی برای کریستال های یخ وجود ندارد.

گازهای محلول نیز نقطه انجماد را کاهش می‌دهند. از آنجایی که گاز گرم شده کمتر حاوی گازهای محلول است، احتمال اینکه زودتر یخ بزند بیشتر است.

آب موجود در سطل آب داغ سریع تر از آب سرد تبخیر می‌شود. این موضوع دو کار انجام می‌دهد:

اولا، فرآیند تبخیر گرماگیر است، به این معنی که برای تبخیر یک چیز انرژی لازم است. هنگامی که یک مولکول آب تبخیر می‌شود، سطح آب را ترک کرده و به جو پرواز می‌کند. بنابراین به عبارت ساده، مولکول انرژی گرمایی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند. از آنجایی که آب گرم سریع‌ تر از آب سرد تبخیر می‌شود، انرژی گرمایی را سریع‌تر از انرژی سرد از دست می‌دهد.

دوما، از آنجایی که مقداری از آب گرم تبخیر می‌شود، آب کمتری برای یخ زدن باقی می‌ماند.