ऐसे कई कारक हैं जो प्रभावित करते हैं कि कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, लेकिन सवाल ही थोड़ा अजीब लगता है। निहितार्थ, और यह भौतिकी से ज्ञात है, यह है कि गर्म पानी को बर्फ में बदलने के लिए तुलना किए जा रहे ठंडे पानी के तापमान तक ठंडा होने में अभी भी समय लगता है। इस चरण को छोड़ा जा सकता है, और, तदनुसार, वह समय पर जीत जाती है।

लेकिन इस सवाल का जवाब कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म - बाहर ठंड में, उत्तरी अक्षांशों का कोई भी निवासी जानता है। वास्तव में, वैज्ञानिक रूप से, यह पता चला है कि किसी भी मामले में, ठंडा पानी तेजी से जमने के लिए बाध्य है।

भौतिकी के शिक्षक, जिनसे 1963 में स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने संपर्क किया था, ने भी यही बात सोची और यह समझाने का अनुरोध किया कि भविष्य की आइसक्रीम का ठंडा मिश्रण समान, लेकिन गर्म आइसक्रीम की तुलना में जमने में अधिक समय क्यों लेता है।

"यह सार्वभौमिक भौतिकी नहीं है, बल्कि कुछ प्रकार की एमपीईएमबीए भौतिकी है"

उस समय, शिक्षक केवल इस पर हँसे, लेकिन भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न, जिन्होंने एक समय उसी स्कूल का दौरा किया था जहाँ एरास्टो ने अध्ययन किया था, ने प्रयोगात्मक रूप से इस तरह के प्रभाव की उपस्थिति की पुष्टि की, हालांकि तब इसके लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं था। 1969 में एक लोकप्रिय वैज्ञानिक पत्रिका में इन दोनों लोगों का एक संयुक्त लेख प्रकाशित हुआ था, जिसमें इस अजीबोगरीब प्रभाव का वर्णन किया गया था।

तब से, वैसे, यह सवाल कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा - का अपना नाम है - एमपेम्बा प्रभाव, या विरोधाभास।

यह प्रश्न काफी समय से बना हुआ है

स्वाभाविक रूप से, ऐसी घटना पहले भी हुई थी, और इसका उल्लेख अन्य वैज्ञानिकों के कार्यों में भी किया गया था। इस मुद्दे में न केवल स्कूली बच्चों की दिलचस्पी थी, बल्कि रेने डेसकार्टेस और यहां तक ​​​​कि अरस्तू ने भी एक समय में इसके बारे में सोचा था।

लेकिन उन्होंने इस विरोधाभास को हल करने के तरीकों की तलाश बीसवीं सदी के अंत में ही शुरू कर दी।

विरोधाभास घटित होने की स्थितियाँ

आइसक्रीम की तरह, यह सिर्फ सादा पानी नहीं है जो प्रयोग के दौरान जम जाता है। यह बहस शुरू करने के लिए कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म, कुछ शर्तें मौजूद होनी चाहिए। इस प्रक्रिया की प्रगति पर क्या प्रभाव पड़ता है?

अब, 21वीं सदी में, कई विकल्प सामने रखे गए हैं जो इस विरोधाभास को समझा सकते हैं। कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, यह इस तथ्य पर निर्भर हो सकता है कि ठंडे पानी की तुलना में इसकी वाष्पीकरण दर अधिक है। इस प्रकार, इसकी मात्रा कम हो जाती है, और जैसे-जैसे मात्रा घटती है, ठंड का समय कम हो जाता है यदि हम ठंडे पानी की समान प्रारंभिक मात्रा लेते हैं।

आपको फ़्रीज़र को डीफ़्रॉस्ट किए हुए कुछ समय हो गया है।

कौन सा पानी तेजी से जमता है और ऐसा क्यों होता है, यह बर्फ की परत से प्रभावित हो सकता है जो प्रयोग के लिए उपयोग किए गए रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर में मौजूद हो सकता है। यदि आप दो कंटेनर लेते हैं जो मात्रा में समान हैं, लेकिन उनमें से एक में गर्म पानी है और दूसरे में ठंडा है, तो गर्म पानी वाले कंटेनर के नीचे की बर्फ पिघल जाएगी, जिससे रेफ्रिजरेटर की दीवार के साथ थर्मल स्तर के संपर्क में सुधार होगा। ठंडे पानी का एक कंटेनर ऐसा नहीं कर सकता। यदि रेफ्रिजरेटर डिब्बे में बर्फ की ऐसी कोई परत नहीं है, तो ठंडा पानी तेजी से जम जाएगा।

ऊपर से नीचे

साथ ही, पानी के तेजी से जमने की घटना - गर्म या ठंडा - को इस प्रकार समझाया गया है। कुछ नियमों का पालन करते हुए, ठंडा पानी ऊपरी परतों से जमना शुरू कर देता है, जब गर्म पानी इसके विपरीत होता है - यह नीचे से ऊपर तक जमना शुरू कर देता है। यह पता चला है कि ठंडा पानी, जिसके ऊपर पहले से ही बर्फ की एक ठंडी परत होती है, इस प्रकार संवहन और थर्मल विकिरण की प्रक्रिया को खराब कर देता है, जिससे यह पता चलता है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। शौकिया प्रयोगों की तस्वीरें संलग्न हैं, और यह यहां स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

गर्मी बाहर निकलती है, ऊपर की ओर बढ़ती है, और वहां वह एक बहुत ठंडी परत से मिलती है। ऊष्मा विकिरण के लिए कोई मुक्त पथ नहीं है, इसलिए शीतलन प्रक्रिया कठिन हो जाती है। गर्म पानी के रास्ते में ऐसी कोई बाधा नहीं है। कौन तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म, संभावित परिणाम क्या निर्धारित करता है? आप यह कहकर उत्तर का विस्तार कर सकते हैं कि किसी भी पानी में कुछ पदार्थ घुले होते हैं।

परिणाम को प्रभावित करने वाले कारक के रूप में पानी में अशुद्धियाँ

यदि आप धोखा नहीं देते हैं और समान संरचना वाले पानी का उपयोग करते हैं, जहां कुछ पदार्थों की सांद्रता समान होती है, तो ठंडा पानी तेजी से जम जाएगा। लेकिन यदि ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जहां घुले हुए रासायनिक तत्व केवल गर्म पानी में मौजूद होते हैं, और ठंडे पानी में नहीं होते हैं, तो गर्म पानी को पहले जमने का अवसर मिलता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पानी में घुले पदार्थ क्रिस्टलीकरण केंद्र बनाते हैं, और इन केंद्रों की कम संख्या के साथ, पानी को ठोस अवस्था में बदलना मुश्किल होता है। यह भी संभव है कि पानी अत्यधिक ठंडा होगा, इस अर्थ में कि शून्य से नीचे के तापमान पर यह तरल अवस्था में होगा।

लेकिन ये सभी संस्करण, जाहिरा तौर पर, वैज्ञानिकों को पूरी तरह से पसंद नहीं आए और उन्होंने इस मुद्दे पर काम करना जारी रखा। 2013 में, सिंगापुर में शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि उन्होंने एक सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है।

चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह का दावा है कि इस प्रभाव का रहस्य पानी के अणुओं के बीच उसके बंधनों, जिन्हें हाइड्रोजन बांड कहा जाता है, में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में निहित है।

चीनी वैज्ञानिकों का जवाब

निम्नलिखित जानकारी है, जिसे समझने के लिए आपको रसायन विज्ञान का कुछ ज्ञान होना आवश्यक है ताकि यह समझ सकें कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जैसा कि ज्ञात है, इसमें दो H (हाइड्रोजन) परमाणु और एक O (ऑक्सीजन) परमाणु होते हैं, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

लेकिन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणु भी पड़ोसी अणुओं की ओर, उनके ऑक्सीजन घटक की ओर आकर्षित होते हैं। इन बंधों को हाइड्रोजन बंध कहा जाता है।

यह याद रखने योग्य है कि एक ही समय में, पानी के अणु एक दूसरे पर प्रतिकारक प्रभाव डालते हैं। वैज्ञानिकों ने नोट किया कि जब पानी गर्म होता है, तो उसके अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, और यह प्रतिकारक शक्तियों द्वारा सुगम होता है। यह पता चला है कि ठंडी अवस्था में अणुओं के बीच समान दूरी तय करने से, उन्हें फैलने के लिए कहा जा सकता है, और उनके पास ऊर्जा की अधिक आपूर्ति होती है। यह वह ऊर्जा भंडार है जो तब निकलता है जब पानी के अणु एक-दूसरे के करीब आने लगते हैं, यानी ठंडा होने लगता है। यह पता चला है कि गर्म पानी में ऊर्जा का एक बड़ा भंडार होता है, और उप-शून्य तापमान तक ठंडा होने पर इसकी अधिक रिहाई ठंडे पानी की तुलना में तेजी से होती है, जिसमें ऐसी ऊर्जा का एक छोटा भंडार होता है। तो कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म? सड़क पर और प्रयोगशाला में, एमपेम्बा का विरोधाभास घटित होना चाहिए, और गर्म पानी तेजी से बर्फ में बदलना चाहिए।

लेकिन सवाल अभी भी खुला है

इस समाधान की केवल सैद्धांतिक पुष्टि है - यह सब सुंदर सूत्रों में लिखा गया है और प्रशंसनीय लगता है। लेकिन जब प्रयोगात्मक डेटा जिस पर पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा - व्यावहारिक उपयोग में लाया जाता है, और उनके परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं, तो एमपीईएमबीए के विरोधाभास का प्रश्न बंद माना जा सकता है।

म्पेम्बा प्रभाव(एमपेम्बा का विरोधाभास) एक विरोधाभास है जो बताता है कि कुछ परिस्थितियों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, हालांकि जमने की प्रक्रिया के दौरान इसे ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, अधिक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है, जबकि कम गर्म शरीर को उसी तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है।

इस घटना को एक समय में अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने देखा था, लेकिन 1963 में ही तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने पाया कि गर्म आइसक्रीम का मिश्रण ठंडे की तुलना में तेजी से जम जाता है।

तंजानिया के मगंबी हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एरास्टो मपेम्बा ने रसोइया के रूप में व्यावहारिक काम किया। उसे घर पर आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान तक ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने कार्य के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किए गए उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया।

इसके बाद एमपेम्बा ने न सिर्फ दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया। किसी भी मामले में, पहले से ही मक्वावा सेकेंडरी स्कूल में एक छात्र के रूप में, उन्होंने दार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए स्कूल निदेशक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप लेते हैं पानी की समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रखें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों? ओसबोर्न को इस मुद्दे में रुचि हो गई और जल्द ही, 1969 में, उन्होंने और एमपेम्बा ने अपने प्रयोगों के परिणामों को फिजिक्स एजुकेशन पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को कहा जाने लगा म्पेम्बा प्रभाव.

अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालाँकि कई हैं। यह सब गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि इस मामले में कौन से गुण भूमिका निभाते हैं: सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर अलग-अलग तापमान.

एमपेम्बा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान कोई शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है वह इस शरीर और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होना चाहिए। यह नियम न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में इसकी कई बार पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 100°C तापमान वाला पानी 35°C तापमान वाले समान मात्रा के पानी की तुलना में 0°C तापमान तक तेजी से ठंडा होता है।

हालाँकि, यह अभी तक कोई विरोधाभास नहीं दर्शाता है, क्योंकि एमपीईएमबीए प्रभाव को ज्ञात भौतिकी के ढांचे के भीतर समझाया जा सकता है। यहां एमपीईएमबीए प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं:

वाष्पीकरण

गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान पर पानी की छोटी मात्रा तेजी से जम जाती है। 100 C तक गर्म किया गया पानी 0 C तक ठंडा होने पर अपने द्रव्यमान का 16% खो देता है।

वाष्पीकरण प्रभाव दोहरा प्रभाव है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरी बात, तापमान इस तथ्य के कारण कम हो जाता है कि जल चरण से भाप चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है।

तापमान अंतराल

इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी और ठंडी हवा के बीच तापमान का अंतर अधिक होता है, इसलिए इस मामले में गर्मी विनिमय अधिक तीव्र होता है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।

अल्प तपावस्था

जब पानी 0 C से नीचे ठंडा होता है, तो वह हमेशा जमता नहीं है। कुछ परिस्थितियों में, यह सुपरकूलिंग से गुजर सकता है और शून्य से नीचे के तापमान पर भी तरल बना रह सकता है। कुछ मामलों में, पानी -20 C के तापमान पर भी तरल रह सकता है।

इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए क्रिस्टल निर्माण केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक कि तापमान अपने आप क्रिस्टल बनने के लिए पर्याप्त न गिर जाए। जब वे सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू हो जाएंगे, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, जिससे स्लश बर्फ बनेगी, जो जम कर बर्फ बन जाएगी।

गर्म पानी हाइपोथर्मिया के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होता है क्योंकि इसे गर्म करने से घुली हुई गैसें और बुलबुले निकल जाते हैं, जो बदले में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण के लिए केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं।

हाइपोथर्मिया के कारण गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है? ठंडे पानी के मामले में जो सुपरकूल्ड नहीं है, निम्नलिखित होता है। ऐसे में बर्तन की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी। बर्फ की यह परत पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करेगी और आगे वाष्पीकरण को रोकेगी। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल बनने की दर कम होगी। सुपरकूलिंग के अधीन गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल्ड पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, खुले शीर्ष के माध्यम से यह बहुत तेजी से गर्मी खो देता है।

जब सुपरकूलिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी नष्ट हो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बनती है।

इस आशय के कई शोधकर्ता एमपेम्बा प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं।

कंवेक्शन

ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे ऊष्मा विकिरण और संवहन की प्रक्रिया ख़राब हो जाती है, और परिणामस्वरूप गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमना शुरू हो जाता है।

इस प्रभाव को जल घनत्व में विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4 C पर होता है। यदि आप पानी को 4 C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान पर रखते हैं, तो पानी की सतह की परत तेजी से जम जाएगी। चूँकि यह पानी 4 C के तापमान वाले पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में, कुछ ही समय में पानी की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी, लेकिन बर्फ की यह परत एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो पानी की निचली परतों की रक्षा करेगी, जो 4 C के तापमान पर रहेगी। इसलिए, आगे शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी।

गर्म पानी के मामले में स्थिति बिल्कुल अलग है। वाष्पीकरण और अधिक तापमान अंतर के कारण पानी की सतह परत अधिक तेज़ी से ठंडी हो जाएगी। इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में सघन होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब जाएगी, जिससे गर्म पानी की परत सतह पर आ जाएगी। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है।

लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक क्यों नहीं पहुंचती? संवहन के इस दृष्टिकोण से म्पेम्बा प्रभाव को समझाने के लिए, यह मानना ​​आवश्यक होगा कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 C से नीचे जाने के बाद भी संवहन प्रक्रिया जारी रहती है।

हालाँकि, इस परिकल्पना का समर्थन करने के लिए कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन की प्रक्रिया द्वारा अलग हो जाती हैं।

गैसें पानी में घुल गईं

पानी में हमेशा गैसें घुली रहती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो ये गैसें पानी से बाहर निकल जाती हैं क्योंकि उच्च तापमान पर पानी में उनकी घुलनशीलता कम होती है। इसलिए, जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो उसमें हमेशा बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में कम घुली हुई गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और वह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाला कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं है।

ऊष्मीय चालकता

जब पानी को छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर डिब्बे के फ्रीजर में रखा जाता है तो यह तंत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी का एक कंटेनर फ्रीजर के नीचे बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार के साथ थर्मल संपर्क और तापीय चालकता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, ठंडे पानी के कंटेनर की तुलना में गर्म पानी के कंटेनर से गर्मी तेजी से निकल जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को नहीं पिघलाता है।

इन सभी (साथ ही साथ अन्य) स्थितियों का अध्ययन कई प्रयोगों में किया गया था, लेकिन सवाल का एक स्पष्ट उत्तर - उनमें से कौन सा एमपीईएमबीए प्रभाव का एक सौ प्रतिशत पुनरुत्पादन प्रदान करता है - कभी प्राप्त नहीं हुआ था।

उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑउरबैक ने इस प्रभाव पर सुपरकूलिंग पानी के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, अतिशीतित अवस्था में पहुंचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। लेकिन ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से अतिशीतित अवस्था में पहुंचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है।

इसके अलावा, एउरबैक के परिणामों ने पिछले आंकड़ों का खंडन किया कि गर्म पानी कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त करने में सक्षम था। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब उसे उबाला जाता है तो उसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं।

अभी के लिए, केवल एक ही बात कही जा सकती है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन उन परिस्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि इसे हमेशा पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है।

इस लेख में हम इस सवाल पर गौर करेंगे कि ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है।

गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमता है! पानी का यह अद्भुत गुण, जिसके लिए वैज्ञानिक अभी भी सटीक स्पष्टीकरण नहीं पा सके हैं, प्राचीन काल से ज्ञात है। उदाहरण के लिए, अरस्तू में भी शीतकालीन मछली पकड़ने का वर्णन है: मछुआरों ने बर्फ में छेद में मछली पकड़ने की छड़ें डालीं, और ताकि वे तेजी से जम जाएं, उन्होंने बर्फ पर गर्म पानी डाला। इस घटना का नाम 20वीं सदी के 60 के दशक में एरास्टो मपेम्बा के नाम पर रखा गया था। आइसक्रीम बनाते समय मेनेम्बा ने एक अजीब प्रभाव देखा और स्पष्टीकरण के लिए अपने भौतिकी शिक्षक, डॉ. डेनिस ओसबोर्न के पास गए। एमपेम्बा और डॉ. ओसबोर्न ने अलग-अलग तापमान पर पानी के साथ प्रयोग किया और निष्कर्ष निकाला कि लगभग उबलता पानी कमरे के तापमान पर पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमना शुरू कर देता है। अन्य वैज्ञानिकों ने अपने-अपने प्रयोग किए और हर बार समान परिणाम प्राप्त किए।

एक भौतिक घटना की व्याख्या

ऐसा क्यों होता है, इसका कोई आम तौर पर स्वीकृत स्पष्टीकरण नहीं है। कई शोधकर्ताओं का सुझाव है कि पूरा बिंदु तरल के सुपरकूलिंग में है, जो तब होता है जब इसका तापमान हिमांक बिंदु से नीचे चला जाता है। दूसरे शब्दों में, यदि पानी 0°C से नीचे के तापमान पर जमता है, तो सुपरकूल्ड पानी का तापमान, उदाहरण के लिए, -2°C हो सकता है और फिर भी बर्फ में बदले बिना तरल बना रह सकता है। जब हम ठंडे पानी को जमने की कोशिश करते हैं, तो संभावना है कि यह पहले अतिशीतल हो जाएगा और कुछ समय बाद ही कठोर हो जाएगा। अन्य प्रक्रियाएँ गर्म पानी में होती हैं। इसका बर्फ में तेजी से परिवर्तन संवहन से जुड़ा है।

कंवेक्शन- यह एक भौतिक घटना है जिसमें तरल की गर्म निचली परतें ऊपर उठती हैं, और ऊपरी, ठंडी परतें गिरती हैं।

गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है इसका संक्षिप्त उत्तर

इससे पता चलता है कि तरल अपने आप मिश्रित और ठंडा होने लगता है। इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी में संवहन प्रक्रिया सक्रिय रूप से होती है, सतह से बर्फ के क्रिस्टल तेजी से गिरेंगे और तल पर गर्म पानी को ठंडा कर देंगे।

म्पेम्बा प्रभाव(एमपेम्बा का विरोधाभास) एक विरोधाभास है जो बताता है कि कुछ परिस्थितियों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, हालांकि जमने की प्रक्रिया के दौरान इसे ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, अधिक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है, जबकि कम गर्म शरीर को उसी तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है।

इस घटना को एक समय में अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने देखा था, लेकिन 1963 में ही तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने पाया कि गर्म आइसक्रीम का मिश्रण ठंडे की तुलना में तेजी से जम जाता है।

तंजानिया के मगंबी हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एरास्टो मपेम्बा ने रसोइया के रूप में व्यावहारिक काम किया। उसे घर पर आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान तक ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने कार्य के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किए गए उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया।

इसके बाद एमपेम्बा ने न सिर्फ दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया। किसी भी मामले में, पहले से ही मक्वावा सेकेंडरी स्कूल में एक छात्र के रूप में, उन्होंने दार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए स्कूल निदेशक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप लेते हैं पानी की समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रखें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों? ओसबोर्न को इस मुद्दे में रुचि हो गई और जल्द ही, 1969 में, उन्होंने और एमपेम्बा ने अपने प्रयोगों के परिणामों को फिजिक्स एजुकेशन पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को कहा जाने लगा म्पेम्बा प्रभाव.

अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालाँकि कई हैं। यह सब गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि इस मामले में कौन से गुण भूमिका निभाते हैं: सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर अलग-अलग तापमान.

एमपेम्बा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान कोई शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है वह इस शरीर और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होना चाहिए। यह नियम न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में इसकी कई बार पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 100°C तापमान वाला पानी 35°C तापमान वाले समान मात्रा के पानी की तुलना में 0°C तापमान तक तेजी से ठंडा होता है।

हालाँकि, यह अभी तक कोई विरोधाभास नहीं दर्शाता है, क्योंकि एमपीईएमबीए प्रभाव को ज्ञात भौतिकी के ढांचे के भीतर समझाया जा सकता है। यहां एमपीईएमबीए प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं:

वाष्पीकरण

गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान पर पानी की छोटी मात्रा तेजी से जम जाती है। 100 C तक गर्म किया गया पानी 0 C तक ठंडा होने पर अपने द्रव्यमान का 16% खो देता है।

वाष्पीकरण प्रभाव दोहरा प्रभाव है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरी बात, तापमान इस तथ्य के कारण कम हो जाता है कि जल चरण से भाप चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है।

तापमान अंतराल

इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी और ठंडी हवा के बीच तापमान का अंतर अधिक होता है, इसलिए इस मामले में गर्मी विनिमय अधिक तीव्र होता है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।

अल्प तपावस्था

जब पानी 0 C से नीचे ठंडा होता है, तो वह हमेशा जमता नहीं है। कुछ परिस्थितियों में, यह सुपरकूलिंग से गुजर सकता है और शून्य से नीचे के तापमान पर भी तरल बना रह सकता है। कुछ मामलों में, पानी -20 C के तापमान पर भी तरल रह सकता है।

इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए क्रिस्टल निर्माण केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक कि तापमान अपने आप क्रिस्टल बनने के लिए पर्याप्त न गिर जाए। जब वे सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू हो जाएंगे, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, जिससे स्लश बर्फ बनेगी, जो जम कर बर्फ बन जाएगी।

गर्म पानी हाइपोथर्मिया के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होता है क्योंकि इसे गर्म करने से घुली हुई गैसें और बुलबुले निकल जाते हैं, जो बदले में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण के लिए केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं।

हाइपोथर्मिया के कारण गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है? ठंडे पानी के मामले में जो सुपरकूल्ड नहीं है, निम्नलिखित होता है। ऐसे में बर्तन की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी। बर्फ की यह परत पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करेगी और आगे वाष्पीकरण को रोकेगी। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल बनने की दर कम होगी। सुपरकूलिंग के अधीन गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल्ड पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, खुले शीर्ष के माध्यम से यह बहुत तेजी से गर्मी खो देता है।

जब सुपरकूलिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी नष्ट हो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बनती है।

इस आशय के कई शोधकर्ता एमपेम्बा प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं।

कंवेक्शन

ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे ऊष्मा विकिरण और संवहन की प्रक्रिया ख़राब हो जाती है, और परिणामस्वरूप गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमना शुरू हो जाता है।

इस प्रभाव को जल घनत्व में विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4 C पर होता है। यदि आप पानी को 4 C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान पर रखते हैं, तो पानी की सतह की परत तेजी से जम जाएगी। चूँकि यह पानी 4 C के तापमान वाले पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में, कुछ ही समय में पानी की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी, लेकिन बर्फ की यह परत एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो पानी की निचली परतों की रक्षा करेगी, जो 4 C के तापमान पर रहेगी। इसलिए, आगे शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी।

गर्म पानी के मामले में स्थिति बिल्कुल अलग है। वाष्पीकरण और अधिक तापमान अंतर के कारण पानी की सतह परत अधिक तेज़ी से ठंडी हो जाएगी। इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में सघन होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब जाएगी, जिससे गर्म पानी की परत सतह पर आ जाएगी। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है।

लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक क्यों नहीं पहुंचती? संवहन के इस दृष्टिकोण से म्पेम्बा प्रभाव को समझाने के लिए, यह मानना ​​आवश्यक होगा कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 C से नीचे जाने के बाद भी संवहन प्रक्रिया जारी रहती है।

हालाँकि, इस परिकल्पना का समर्थन करने के लिए कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन की प्रक्रिया द्वारा अलग हो जाती हैं।

गैसें पानी में घुल गईं

पानी में हमेशा गैसें घुली रहती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो ये गैसें पानी से बाहर निकल जाती हैं क्योंकि उच्च तापमान पर पानी में उनकी घुलनशीलता कम होती है। इसलिए, जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो उसमें हमेशा बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में कम घुली हुई गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और वह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाला कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं है।

ऊष्मीय चालकता

जब पानी को छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर डिब्बे के फ्रीजर में रखा जाता है तो यह तंत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी का एक कंटेनर फ्रीजर के नीचे बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार के साथ थर्मल संपर्क और तापीय चालकता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, ठंडे पानी के कंटेनर की तुलना में गर्म पानी के कंटेनर से गर्मी तेजी से निकल जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को नहीं पिघलाता है।

इन सभी (साथ ही साथ अन्य) स्थितियों का अध्ययन कई प्रयोगों में किया गया था, लेकिन सवाल का एक स्पष्ट उत्तर - उनमें से कौन सा एमपीईएमबीए प्रभाव का एक सौ प्रतिशत पुनरुत्पादन प्रदान करता है - कभी प्राप्त नहीं हुआ था।

उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑउरबैक ने इस प्रभाव पर सुपरकूलिंग पानी के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, अतिशीतित अवस्था में पहुंचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। लेकिन ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से अतिशीतित अवस्था में पहुंचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है।

इसके अलावा, एउरबैक के परिणामों ने पिछले आंकड़ों का खंडन किया कि गर्म पानी कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त करने में सक्षम था। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब उसे उबाला जाता है तो उसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं।

अभी के लिए, केवल एक ही बात कही जा सकती है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन उन परिस्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि इसे हमेशा पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है।

ओ. वी. मोसिन

साहित्यिकसूत्रों का कहना है:

"गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। ऐसा क्यों होता है?", द एमेच्योर साइंटिस्ट, साइंटिफिक अमेरिकन, वॉल्यूम में जेरल वॉकर। 237, नं. 3, पीपी 246-257; सितंबर, 1977.

"गर्म और ठंडे पानी का जमना", जी।एस। अमेरिकन जर्नल ऑफ फिजिक्स, वॉल्यूम में केल। 37, नहीं. 5, पीपी 564-565; मई, 1969.

"सुपरकूलिंग एंड द एमपेम्बा इफ़ेक्ट", डेविड ऑउरबैक, अमेरिकन जर्नल ऑफ़ फ़िज़िक्स, वॉल्यूम में। 63, नहीं. 10, पीपी 882-885; अक्टूबर 1995.

"द एमपेम्बा इफ़ेक्ट: द फ़्रीज़िंग टाइम्स ऑफ़ हॉट एंड कोल्ड वॉटर", चार्ल्स ए. नाइट, अमेरिकन जर्नल ऑफ़ फ़िज़िक्स, वॉल्यूम में। 64, नहीं. 5, पृष्ठ 524; मई, 1996.

पानी दुनिया के सबसे अद्भुत तरल पदार्थों में से एक है, जिसमें असामान्य गुण होते हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ, तरल की एक ठोस अवस्था, का विशिष्ट गुरुत्व पानी से कम होता है, जिससे पृथ्वी पर जीवन का उद्भव और विकास काफी हद तक संभव हो सका। इसके अलावा, छद्म वैज्ञानिक और वैज्ञानिक दुनिया में इस बात पर चर्चा होती रहती है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जो कोई भी यह साबित कर सकता है कि गर्म तरल कुछ शर्तों के तहत तेजी से जम जाता है और वैज्ञानिक रूप से उनके समाधान की पुष्टि करता है, उसे ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्स से £1,000 का इनाम मिलेगा।

पृष्ठभूमि

तथ्य यह है कि कई परिस्थितियों में, गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, यह मध्य युग में देखा गया था। फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना को समझाने में बहुत प्रयास किया। हालाँकि, शास्त्रीय ताप इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, इस विरोधाभास को समझाया नहीं जा सकता है, और उन्होंने इसके बारे में संकोचपूर्वक चुप रहने की कोशिश की। बहस को जारी रखने के लिए प्रेरणा कुछ हद तक दिलचस्प कहानी थी जो 1963 में तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा के साथ घटी थी। एक दिन, एक शेफ स्कूल में मिठाइयाँ बनाने के पाठ के दौरान, लड़के के पास अन्य चीजों से ध्यान भटकने के कारण समय पर आइसक्रीम मिश्रण को ठंडा करने और दूध में चीनी का गर्म घोल फ्रीजर में रखने का समय नहीं था। उन्हें यह देखकर आश्चर्य हुआ कि उत्पाद उनके साथी छात्रों की तुलना में कुछ तेजी से ठंडा हुआ, जिन्होंने आइसक्रीम तैयार करने के लिए तापमान शासन का पालन किया था।

घटना के सार को समझने की कोशिश करते हुए, लड़के ने एक भौतिकी शिक्षक की ओर रुख किया, जिसने विवरण में जाए बिना, उसके पाक प्रयोगों का उपहास किया। हालाँकि, एरास्टो गहरी दृढ़ता से प्रतिष्ठित थे और उन्होंने दूध पर नहीं, बल्कि पानी पर अपने प्रयोग जारी रखे। उन्हें विश्वास हो गया कि कुछ मामलों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है।

दार एस सलाम विश्वविद्यालय में प्रवेश करने के बाद, एरास्टो मपेम्बे ने प्रोफेसर डेनिस जी. ओसबोर्न के एक व्याख्यान में भाग लिया। इसके पूरा होने के बाद, छात्र ने वैज्ञानिक को उसके तापमान के आधार पर पानी के जमने की दर के बारे में एक समस्या बताई। डी.जी. ओसबोर्न ने सवाल उठाने का ही मज़ाक उड़ाया और आत्मविश्वास से कहा कि कोई भी गरीब छात्र जानता है कि ठंडा पानी तेजी से जम जाएगा। हालाँकि, युवक की स्वाभाविक दृढ़ता ने खुद को महसूस किया। उन्होंने यहीं प्रयोगशाला में एक प्रायोगिक परीक्षण करने का प्रस्ताव रखते हुए प्रोफेसर से शर्त लगा ली। एरास्टो ने फ्रीजर में पानी के दो कंटेनर रखे, एक 95°F (35°C) पर और दूसरा 212°F (100°C) पर। प्रोफेसर और आसपास के "प्रशंसकों" के आश्चर्य की कल्पना करें जब दूसरे कंटेनर में पानी तेजी से जम गया। तब से, इस घटना को "एमपेम्बा विरोधाभास" कहा जाता है।

हालाँकि, आज तक "एमपेम्बा विरोधाभास" की व्याख्या करने वाली कोई सुसंगत सैद्धांतिक परिकल्पना नहीं है। यह स्पष्ट नहीं है कि कौन से बाहरी कारक, पानी की रासायनिक संरचना, उसमें घुली गैसों और खनिजों की उपस्थिति, विभिन्न तापमानों पर तरल पदार्थों के जमने की दर को प्रभावित करते हैं। "एमपेम्बा प्रभाव" का विरोधाभास यह है कि यह आई. न्यूटन द्वारा खोजे गए कानूनों में से एक का खंडन करता है, जिसमें कहा गया है कि पानी का ठंडा होने का समय तरल और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर के सीधे आनुपातिक है। और यदि अन्य सभी तरल पदार्थ पूरी तरह से इस नियम का पालन करते हैं, तो कुछ मामलों में पानी इसका अपवाद है।

गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है?टी

गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है, इसके कई संस्करण हैं। इनमें से मुख्य हैं:

• गर्म पानी तेजी से वाष्पित हो जाता है, जबकि इसकी मात्रा कम हो जाती है, और तरल की एक छोटी मात्रा तेजी से ठंडी हो जाती है - जब पानी को + 100°C से 0°C तक ठंडा किया जाता है, तो वायुमंडलीय दबाव पर वॉल्यूमेट्रिक नुकसान 15% तक पहुंच जाता है;
• तापमान का अंतर जितना अधिक होगा, तापमान का अंतर उतना ही अधिक होगा, तरल और पर्यावरण के बीच गर्मी विनिमय की तीव्रता उतनी ही अधिक होगी, इसलिए उबलते पानी की गर्मी का नुकसान तेजी से होता है;
• जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो इसकी सतह पर बर्फ की परत बन जाती है, जो तरल को पूरी तरह से जमने और वाष्पित होने से रोकती है;
• उच्च पानी के तापमान पर, संवहन मिश्रण होता है, जिससे ठंड का समय कम हो जाता है;
• पानी में घुली गैसें हिमांक को कम कर देती हैं, जिससे क्रिस्टल निर्माण के लिए ऊर्जा समाप्त हो जाती है - गर्म पानी में कोई घुली हुई गैसें नहीं होती हैं।

इन सभी स्थितियों का प्रयोगात्मक रूप से बार-बार परीक्षण किया गया है। विशेष रूप से, जर्मन वैज्ञानिक डेविड ऑरबैक ने पाया कि गर्म पानी का क्रिस्टलीकरण तापमान ठंडे पानी की तुलना में थोड़ा अधिक होता है, जिससे गर्म पानी का अधिक तेज़ी से जमना संभव हो जाता है। हालाँकि, बाद में उनके प्रयोगों की आलोचना की गई और कई वैज्ञानिक आश्वस्त हैं कि "एमपेम्बा प्रभाव", जो यह निर्धारित करता है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, केवल कुछ शर्तों के तहत ही पुन: उत्पन्न किया जा सकता है, जिसे अब तक कोई भी खोज और निर्दिष्ट नहीं कर पाया है।