Heet water bevriest sneller dan koud water.

Dit verrassende effect (Mpemba Effect) is genoemd naar de Tanzaniaanse scholier Erasto Mpemba die het in 1963 voor het eerst waarnam bij het bevriezen van roomijs in de kookles. Hij ging door met experimenteren en publiceerde zijn bevinginen samen met dr. Denis Osborne in 1969. In eerste instanatie werd de scholier niet geloofd door de kookleraar. Die dacht dat hij wel iets fout zou hebben gedaan. Uiteindelijk bleek Erasto toch gelijk te hebben.

Hij was echter niet de eerste die dit effect aankaartte. Zelfs Aristoteles was hier al op de hoogte van en schreef ooit (300 jaar voor Christus): "The fact that water has previously been warmed contributes to its freezing quickly; for so it cools sooner. Hence many people, when they want to cool hot water quickly, begin by putting it in the sun.".

Het effect lijkt in strijd te zijn met de wet van Fourier, maar is in laboratoriumomstandigheden vaak getest, en met succes. Er lijkt een aantal verschillende factoren een rol te spelen, maar de precieze werking is tot nu toe onbekend.

mpemba effect

De factoren die mogelijk een rol spelen bij het Mpemba-effect zijn:

- Verdamping, van het relatief warmere water zal meer water verdampen, waardoor er een kleiner volume gekoeld hoeft te worden. Op termijn kan dit ervoor zorgen dat het relatief warmere water het koudere inhaalt. Er zijn experimenten uitgevoerd waarbij ervoor gezorgd is dat verdamping niet op kon treden, en toch gold het Mpemba-effect nog wel. Als het dus een factor is, is het niet de enige.

- Het effect van het koken op opgeloste gassen en ionen. Naargelang meer opgelost materiaal wordt toegevoegd, daalt het vriespunt en is er meer tijd nodig om te bevriezen. Als men puur water gebruikt is dit uiteraard geen factor. Ook dan gaat het Mpemba-effect wel op, en dus geldt ook hier weer dat indien het een factor is, het niet de enige is.

- Convectie. In een relatief warmere vloeistof treedt uiteraard meer convectie op. Doordat de warmte dus beter circuleert, gaat de koeling efficiënter. Wel moet gezegd worden dat als de relatief warmere vloeistof de temperatuur bereikt heeft waar de koudere mee begon, dat de mate van convectie op hetzelfde punt komt als dat waar de koudere mee begon. Convectie zorgt er dus voor dat de warmere vloeistof eerder het verschil met de koudere overbrugt, maar het verklaart niet dat de warmere vloeistof de koudere inhaalt.

- Omgevingsinvloeden zoals het isolerende effect van aangevroren ijs. Het is best mogelijk dat het koudere water eigenlijk wel eerder bevriest dan het warmere, maar vervolgens zorgt het laagje ijs aan de rand ervoor dat de vloeistof wordt geïsoleerd, waardoor de verkoeling een stuk langzamer gaat.

- Superkoeling, water dat eerst heet is zou minder gemakkelijk superkoelen dan koud water. Hierdoor wordt het laagje ijs uit de vorige factor wellicht eerder gevormd.

- Ook speelt het materiaal dat bevroren wordt een rol. Door Mpemba’s oorspronkelijke metingen weten we dat het effect opgaat voor roomijsmengsels, en de meeste experimenten worden gedaan met water. Toch geldt het Mpemba-effect voor meerdere vloeistoffen, zoals ook glycerol.

- Bovendien zijn er verschillende definities van het begrip "bevriezen". Is het de fysische definitie van het punt waar het water zijn smeltpunt bereikt, of het punt waar de vloeistof een zichtbare ijslaag vormt, of het punt waar een gans volume water een vaste blok ijs is geworden?

Mpemba's verhaal wordt dikwijls aangehaald als een waarschuwing voor degenen die theorieën en experimenten verwerpen alleen om willen van het feit dat ze tegen de intuïtie ingaan. In de jaren tussen Mpemba's ontdekking en de publicatie ervan werden zijn ideeën meermaals verworpen door zijn fysicaleraren en andere autoriteiten. Alleen door de reproduceerbaardheid van het effect door hemzelf en anderen werd Mpemba gedreven door te zetten, tegen alle weerstand in.

Bronnen: Dr. ir Tom Bert, Technology Center, Barco N.V. http://nl.wikipedia.org/wiki/Mpemba-effect


<-- terug