Est-ce vrai que l'eau chaude gèle plus vite que le froid?

Oui, l'eau chaude peut geler plus rapidement que l'eau froide. Cependant, cela ne se produit pas toujours et la science n'a pas expliqué exactement Pourquoi cela peut arriver.

Points clés à retenir: température de l'eau et taux de gel

• Parfois, l'eau chaude gèle plus rapidement que l'eau froide. C'est ce qu'on appelle l'effet Mpemba d'après l'élève qui l'a observé.
• Les facteurs qui peuvent faire geler plus rapidement l'eau chaude comprennent le refroidissement par évaporation, moins de risques de surfusion, une faible concentration de gaz dissous et la convection.
• Que l'eau chaude ou froide gèle plus rapidement dépend des conditions spécifiques.

L'effet Mpemba

Bien qu'Aristote, Bacon et Descartes aient tous décrit l'eau chaude congelant plus rapidement que l'eau froide, la notion a surtout été résistée jusqu'aux années 1960 lorsqu'un élève du secondaire nommé Mpemba a remarqué que le mélange de crème glacée chaude, lorsqu'il était placé dans le congélateur, gèlerait avant la crème glacée mélange qui avait été refroidi à température ambiante avant d'être placé dans le congélateur. Mpemba a répété son expérience avec de l'eau plutôt qu'avec un mélange de crème glacée et a trouvé le même résultat: l'eau chaude a gelé plus rapidement que l'eau plus froide. Lorsque Mpemba a demandé à son professeur de physique d'expliquer les observations, le professeur a dit à Mpemba que ses données devaient être erronées, car le phénomène était impossible.

Mpemba a posé la même question à un professeur de physique invité, le Dr Osborne. Ce professeur a répondu qu'il ne savait pas, mais qu'il allait tester l'expérience. Le Dr Osborne a demandé à un technicien de laboratoire d'effectuer le test de Mpemba. Le technicien de laboratoire a rapporté qu'il avait reproduit le résultat de Mpemba, "Mais nous continuerons à répéter l'expérience jusqu'à ce que nous obtenions le bon résultat." (Um… ouais… ce serait un exemple de mauvaise science.) Eh bien, les données étaient les données, donc quand l'expérience a été répétée, elle a continué à donner le même résultat. En 1969, Osborne et Mpemba ont publié les résultats de leurs recherches. Maintenant, le phénomène dans lequel l'eau chaude peut geler plus rapidement que l'eau froide est parfois appelé effet Mpemba.

Pourquoi l'eau chaude gèle parfois plus vite que l'eau froide

Il n'y a aucune explication définitive pour expliquer pourquoi l'eau chaude peut geler plus rapidement que l'eau froide. Différents mécanismes entrent en jeu, selon les conditions. Les principaux facteurs semblent être:

• Évaporation: Plus d'eau chaude s'évapore que l'eau froide, réduisant ainsi la quantité d'eau restant à congeler. Les mesures de masse nous portent à croire que c'est un facteur important lors du refroidissement de l'eau dans des conteneurs ouverts, bien que ce ne soit pas le mécanisme qui explique comment l'effet Mpemba se produit dans des conteneurs fermés.
• Surfusion: L'eau chaude a tendance à ressentir moins un effet de surfusion que l'eau froide. Lorsqu'il a été surrefroidi, il peut rester liquide jusqu'à ce qu'il soit perturbé, même bien en dessous de sa température de congélation normale. L'eau non surfondue est plus susceptible de devenir solide lorsqu'elle atteint le point de congélation de l'eau.
• Convection: L'eau développe des courants de convection en se refroidissant. La densité de l'eau diminue généralement à mesure que la température augmente, de sorte qu'un récipient d'eau de refroidissement est généralement plus chaud en haut qu'en bas. Si nous supposons que l'eau perd la plus grande partie de sa chaleur sur sa surface (ce qui peut ou non être vrai, selon les conditions), alors l'eau avec un dessus plus chaud perdrait sa chaleur et gèlerait plus rapidement que l'eau avec un dessus plus froid.
• Gaz dissous: L'eau chaude a moins de capacité à retenir les gaz dissous que l'eau froide, ce qui peut affecter sa vitesse de congélation.
• Effet de l'environnement: La différence entre les températures initiales de deux récipients d'eau peut avoir un effet sur l'environnement qui pourrait influencer la vitesse de refroidissement. Un exemple serait l'eau chaude faisant fondre une couche de givre préexistante, permettant un meilleur taux de refroidissement.

Testez-le vous-même

Maintenant, ne me croyez pas sur parole! Si vous doutez que l'eau chaude gèle parfois plus rapidement que l'eau froide, testez-la par vous-même. Sachez que l'effet Mpemba ne sera pas visible dans toutes les conditions expérimentales, vous devrez donc peut-être jouer avec la taille de l'échantillon d'eau et de l'eau de refroidissement (ou essayez de faire de la crème glacée dans votre congélateur, si vous l'acceptez comme démonstration de l'effet).

Sources

• Burridge, Henry C .; Linden, Paul F. (2016). "Remise en question de l'effet Mpemba: l'eau chaude ne refroidit pas plus vite que le froid". Rapports scientifiques. 6: 37665. doi: 10.1038 / srep37665
• Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). "Différentes façons de se lier à l'hydrogène dans l'eau - Pourquoi l'eau chaude gèle-t-elle plus vite que l'eau froide?". Journal of Chemical Theory and Computation. 13 (1): 55-76. doi: 10.1021 / acs.jctc.6b00735