Bolehkah Air Panas Membeku Lebih Cepat?

Bayangkan dua bekas air yang serupa dimasukkan ke dalam persekitaran sejuk, tetapi satu bermula lebih panas. Secara intuitif, sampel panas perlu terlebih dahulu melalui suhu awal sampel yang lebih sejuk. Namun laporan tertentu mendapati sampel yang bermula lebih panas kadang-kadang mencapai suatu tanda pembekuan lebih awal. Fenomena yang bergantung pada keadaan ini dikenali sebagai kesan Mpemba.

Bukan hukum bahawa air panas sentiasa membeku dahulu

Eksperimen terkawal tidak memberikan satu keputusan universal. Satu kajian terperinci pada air mendapati tiada bukti bahawa sampel yang hanya berbeza pada suhu awal secara bermakna menyejuk ke sifar darjah Celsius lebih cepat apabila bermula lebih panas. Kajian lain dan kerja teori menunjukkan tingkah laku seperti Mpemba boleh wujud dalam sistem tertentu. Jadi soalan yang tepat bukan sekadar sama ada kesan itu wujud, tetapi keadaan, ukuran dan definisi apakah yang digunakan.

Apakah yang dimaksudkan dengan membeku?

Masa untuk suhu purata mencapai takat tertentu tidak sama dengan masa kristal ais pertama muncul, dan kedua-duanya tidak sama dengan masa seluruh sampel menjadi ais. Air juga boleh mengalami penyejukan lampau, iaitu kekal cair walaupun suhunya turun di bawah takat lebur keseimbangan. Pembentukan nukleus ais bergantung pada permukaan, bendasing, gangguan dan sejarah sampel. Dua bekas yang kelihatan serupa boleh mula membentuk ais pada masa berlainan.

Beberapa proses boleh mengubah perlumbaan

Sampel panas boleh kehilangan lebih banyak air melalui penyejatan, membentuk corak perolakan yang berbeza dan mengalami sejarah gas terlarut atau penyejukan lampau yang berbeza. Semua proses ini boleh mengubah kadar kehilangan haba atau masa nukleasi ais. Tetapi menyenaraikan mekanisme yang munasabah tidak membuktikan bahawa satu mekanisme tertentu menerangkan semua laporan kesan Mpemba pada air.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?