Effetto Mpemba

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

L'effetto Mpemba è un effetto riscoperto casualmente nel 1969 dallo studente tanzaniano Erasto Mpemba, ma in realtà già descritto nel IV secolo a.C. da Aristotele (Μετεωρολογικά, I, 12).

Ponendo in freezer due bicchieri d'acqua, identici tra loro tranne che per la temperatura iniziale del liquido, il bicchiere contenente acqua calda congela prima di quello contenente acqua a temperatura ambiente.

Un revisore del Physics World ha recentemente scritto, "Sebbene l'effetto Mpemba sia reale, non è chiaro se la spiegazione sia banale o illuminante."[1]

Sono state proposte molte teorie per giustificare questo comportamento anti intuitivo. Fattori certamente significativi sono:

1) se si pone in freezer un liquido molto caldo, la massa di liquido nel bicchiere diminuisce per evaporazione;

2) il bicchiere caldo scioglie il leggero strato di ghiaccio che di norma ricopre i ripiani di un congelatore, e pone a contatto diretto il bicchiere col metallo freddo. Il bicchiere con l'acqua a temperatura ambiente, invece, resta poggiato su uno straterello di brina che conduce il calore peggio del metallo, ed è, sia pure in minima misura, isolato dal ripiano del congelatore. Quindi si ha una minore dispersione di calore per conduzione;

3) nel liquido più caldo si produce un moto di convezione che migliora lo scambio di calore con l'esterno;

4) il riscaldamento riduce la presenza di gas disciolti all'interno del liquido con la conseguenza che la convezione avviene a maggiore velocità;

5) l'effetto della convezione diminuisce il surraffreddamento (la fase del congelamento nel quale la temperatura del liquido scende al di sotto della temperatura di solidificazione, prima che gli atomi comincino ad allinearsi per formare la fase solida cristallina).

Bisogna tenere in conto che il congelamento è un fenomeno complesso che non si riduce alla mera cessione di calore da parte del liquido, ma necessita del passaggio degli atomi e/o molecole del liquido alla forma cristallina. Alcuni liquidi (come ad esempio il vetro) non riescono a cristallizzare a causa del notevole aumento della viscosità che ne intrappola le molecole impedendo a queste di assumere il corretto allineamento.[2]

Vi sono altri effetti secondari (come il precipitare di soluti) che contribuiscono all'effetto quando non si utilizzi semplice acqua ma soluzioni. Tuttavia l'effetto, riscontrato da Mpemba nel congelamento di un preparato per il gelato, è stato studiato soprattutto con semplice acqua.

L'effetto, indubbiamente non intuitivo, dimostra la necessità di considerare tutti i parametri di possibile rilevanza e l'uso dei migliori strumenti teorici nello studio di un problema fisico. Una descrizione dettagliata dell'effetto e delle diverse teorie per darne spiegazione si può trovare in un lavoro di N. Bregovic, vincitore della "Mpemba Competition". http://www.rsc.org/mpemba-competition/ [3]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ P. Ball, Does hot water freeze first? in Physics World, 19(4), aprile 2006, pp. 19–21.
  2. ^ Mikhail V. et al. Volkenstein, Entropy and Information (Progress in Mathematical Physics), Birkhauser, 2003. ISBN 978-3034600774.
  3. ^ Nikola Bregovic, Mpemba effect from a viewpoint of an experimental physical chemist.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Erasto Mpemba and Denis Osborne, Cool? Physics Education 1, 1969 (May, Vol 4) pp 172-175
  • Monwhea Jeng, The Mpemba effect: When can hot water freeze faster than cold? in American Journal of Physics, volume 74, 2006, numero 6, pagina 514.

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

Termodinamica Portale Termodinamica: accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Termodinamica