Nous savons tous que l’eau gèle à 0°C sous des conditions normales. Mais combien de temps cela prend-il ? On pourrait penser que plus l’eau est chaude, plus elle met de temps à geler. En réalité, ce n’est apparemment pas le cas : l’eau chaude gèle plus vite que l’eau froide. Ce phénomène totalement contre-intuitif est connu sous le nom de Effet Mpemba. Bien qu’il ait déjà été décrit par Aristote, et il est également reproductible à la maison ou à l’extérieur par une froide journée d’hiver, son étude en termes scientifiques n’a commencé qu’en 1969. Depuis, malgré nos efforts, nous n’avons toujours pas d’explication définitive à cet étrange phénomène. L’histoire de ce mystère physique commence avec un collégien tanzanien occupé à préparer des glaces. Regardons la situation ensemble et passons en revue les hypothèses en vogue pour expliquer cet étrange phénomène.
La découverte de l’effet Mpemba
L’Effet Mpemba tire son nom des observations de Érasto Mpembaalors collégien dans la ville de Magamba, IN Tanzanie. Dans le 1963lors d’une activité culinaire à l’école au cours de laquelle la classe préparait des portions de glaceMpemba avait mis son mélange au congélateur alors qu’il était encore ébullitionalors que ses compagnons l’avaient laissé se rafraîchir température ambiante: à la fin du cours, son complexe était déjà geléalors que celui de ses compagnons ne l’était pas encore.
Frappé par cela, Mpemba demandera plus tard au physicien britannique des explications sur le phénomène. Denis Osborne, professeur à l’Université de Dar es Salaam, alors qu’il venait donner une conférence dans son lycée de la ville d’Iringa. Malgré ses appréhensions initiales, Osborne avait reproduit l’expérience, confirmant le phénomène. Par la suite, étudiant et professeur ont publié ensemble dans 1969 un article scientifique intitulé Cool? dans le magazine Éducation physique.
Une considération à prendre en compte est que, même si jusqu’àarticle de Mpemba et Osborne personne ne l’avait jamais étudié systématiquement, le phénomène avait déjà été remarqué depuis l’Antiquité. Ils en ont parlé, par exemple, Aristote dans son traité Météorologiquemais aussi le philosophe naturel Francis Bacon et le philosophe Descartes. Il s’agit donc d’un phénomène connu depuis un certain temps, même si jusqu’à il y a quelques années les explications étaient de nature non scientifique.
Depuis la publication de l’article de 1969, de nombreux physiciens se sont demandé si cet effet existait. réel ou à cause de erreurs expérimentales. Mais même ceux qui sont convaincus de son existence le recherchent encore. explication de ce phénomène apparemment contre-intuitif. Certains ont été identifiés au fil des années hypothèse, mais aucun n’a encore été pleinement pris en compte satisfaisant dans toutes les situations.
Pourquoi l’eau chaude gèle avant l’eau froide : explications possibles
Bien que cela puisse paraître un phénomène simple, le gel – et en général toutes les transitions d’état – est très complexe lorsqu’on l’analyse à l’échelle moléculaire. De nombreux scientifiques ont tenté de donner une idée explication possible à l’effet Mpemba, et les hypothèses vont de plusieurs banal à ceux plus complexe.
Évaporation
L’explication la plus simple est l’évaporation : l’eau chaude s’évapore rapidement, réduisant ainsi la quantité d’eau dans le récipient et donc le temps de congélation.
Transfert de chaleur
L’évaporation est un processus qui élimine la chaleur d’une masse d’eau, réduisant ainsi le temps nécessaire à sa congélation.
Convection
L’eau chaude présente à l’intérieur des courants convectifs plus rapides, qui améliorent l’échange thermique avec l’extérieur et réduisent ainsi le temps de congélation.
Dispersion des noyaux gelés
Un taux de convection élevé pourrait également disperser plus uniformément les noyaux de congélation autour desquels l’eau se solidifie, favorisant ainsi une congélation plus rapide.
Isolation thermique
Toujours en raison des courants convectifs, dans l’eau chaude, une couche gelée est moins susceptible de se former à la surface, isolant thermiquement le reste de la masse d’eau.
Libération de gaz dissous et précipitation de solutés
Le chauffage de l’eau peut provoquer la libération de gaz dissous ou la précipitation de solutés dans le liquide, réduisant ainsi les noyaux de congélation et provoquant ainsi un gel plus rapide de l’eau.
Superfusion
Le phénomène de superfusion se produit lorsqu’un liquide est à une température inférieure à la température de congélation mais est incapable d’effectuer le changement d’état, par exemple en raison de l’absence de noyaux de congélation, ou en raison de la difficulté d’orienter correctement les molécules pour que s’intégrer dans la structure cristalline du solide : cela ralentit la vitesse de congélation d’un liquide. L’eau chaude, grâce aux courants convectifs et à la moindre présence d’impuretés, est moins sujette au phénomène de surfusion, et gèle donc plus rapidement.
Liaisons hydrogène
La dernière hypothèse, et la plus complexe, concerne les liaisons hydrogène qui se forment à l’intérieur de l’eau liquide : des liaisons plus faibles que celles qui lient les atomes à l’intérieur des molécules et les molécules à l’intérieur des solides, mais suffisamment fortes pour donner à l’eau son caractère chimique particulier. -caractéristiques physiques (température de fusion, température d’ébullition, viscosité, tension superficielle). La présence et la force des liaisons hydrogène changent avec la température et peuvent expliquer pourquoi l’eau chaude gèle plus rapidement.
L’importance de regarder avec les yeux de la science
Bien qu’à ce jour aucune explication complète du phénomène n’ait été trouvée qui satisfasse pleinement toutes les situations, leEffet Mpemba c’est la démonstration comme le science à la fois précieux et fascinant dans le vie couranteet comment regarder la réalité à travers les yeux de la science nous montre toujours bizarreries Et curiosité n’attend plus qu’à être découvert.