¿El agua caliente se congela más rápido que el agua fría?

¿Es cierto que el agua caliente se congela más rápido que el agua fría y, de ser así, qué aplicaciones prácticas se han encontrado para este fenómeno?

Lo sé porque Peggy Knapp lo hizo en la Apple de Newton . Ese fue un gran programa.
Probé esto poniendo dos vasos con el mismo volumen de agua en el congelador, un vaso tenía agua a temperatura ambiente y el otro tenía agua más caliente, recién hervida. Mi resultado fue que el agua fría se congeló primero como era de esperar. Sin embargo, es un efecto bien documentado y me interesaría saber por qué mi experimento dio un resultado negativo.
Si la evaporación es un factor clave, entonces el área superficial será importante para el experimento. Dos vasos de agua en un congelador no darán el mismo resultado que dos cantidades poco profundas de agua distribuidas en un pie cuadrado cada una. El agua caliente se evaporará mucho más rápido cuando sea muy poco profunda y se extienda. Tiene menos masa total para retener el calor y mucha más superficie para enfriarlo y evaporarlo. El agua caliente se evaporará reduciendo la masa y luego se congelará más rápido que el agua fría. La humedad relativa del aire también será una variable a tener en cuenta.
Una vez escuché una refutación a esto afirmando que el agua caliente debe convertirse en agua fría antes de que pueda convertirse en agua congelada. Encuentro que es un buen ejemplo de perder completamente el punto.

Respuestas (4)

En ciertos entornos, el agua fría se congela más lentamente que el agua caliente. Esto se llama el efecto Mpemba .

El efecto Mpemba es la observación de que el agua más caliente a veces se congela más rápido que el agua más fría. Aunque la observación ha sido verificada, no existe una única explicación científica para el efecto.

¿Puede el agua caliente congelarse más rápido que el agua fría? , Monwhea Jeng, Universidad de California, 1998

De hecho, el agua caliente puede congelarse más rápido que el agua fría en una amplia gama de condiciones experimentales. Este fenómeno es extremadamente contradictorio y sorprendente incluso para la mayoría de los científicos, pero de hecho es real. Se ha visto y estudiado en numerosos experimentos. Si bien este fenómeno se conoce desde hace siglos y fue descrito por Aristóteles, Bacon y Descartes [1—3], no fue presentado a la comunidad científica moderna hasta 1969, por un estudiante de secundaria de Tanzania llamado Mpemba.

Algunas razones sugeridas dadas en el documento:

  1. Evaporación — A medida que el agua inicialmente más caliente se enfría a la temperatura inicial del agua inicialmente más fría, puede perder cantidades significativas de agua por evaporación. La masa reducida facilitará que el agua se enfríe y se congele. Entonces, el agua inicialmente más caliente puede congelarse antes que el agua inicialmente más fría, pero producirá menos hielo. [...]

  2. Gases disueltos: el agua caliente puede contener menos gas disuelto que el agua fría y grandes cantidades de gas se escapan al hervir. Entonces, el agua inicialmente más cálida puede tener menos gas disuelto que el agua inicialmente más fría. [...]

Creo que vale la pena dar al menos algunas de las razones sugeridas aquí (por ejemplo, más evaporación del agua caliente significa menos agua para congelar).
@Oddthinking gracias, editó la respuesta. @Kit Sunde ¡Lo secundo!
Estas teorías, en particular la teoría de la evaporación, ¿no serían fácilmente probadas? Por ejemplo, medir cuánto hielo hay en cada muestra después del experimento.
@mplungjan Ese es en realidad un fenómeno diferente llamado superenfriamiento, donde un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación sin que realmente se congele (porque carece de un punto central desde donde debería comenzar la congelación), y se congela instantáneamente al aplicar un choque, o algo que lo hace no homogéneo. Consulte wikipedia para obtener más información: en.wikipedia.org/wiki/Supercooling
Lo sé. Pero me sigue gustando :) Y tal vez se sobreenfriaría más rápido si hubiera sido una cerveza tibia ;)
ciencia, a veces, me estás fallando.
Un truco relacionado: youtube.com/watch?v=zFj_i6HtebM
¿No se podría probar el n. ° 2 hirviendo primero el agua y luego dejándola enfriar antes de congelarla?
@Christopher Scott: Wikipedia afirma que ya lo intentaron e implica (pero no afirma) que el efecto persiste incluso cuando el agua fría se hierve originalmente para eliminar el gas disuelto.
@cularis: En su porción de evaporación, debe incluir el calor latente de vaporización. Cuando el agua se evapora, obtiene la mayor parte de la energía necesaria del resto del agua, lo que ayuda a bajar la temperatura del agua.
Impresionante, simplemente impresionante.
Mi profesor de Ciencias Físicas me habló de esto hace unos años. Completamente alucinante.
@Christopher Scott, puede hacer exactamente eso para obtener cubitos de hielo cristalinos en casa, ya que elimina el gas del agua que causa la turbidez.
Una explicación plausible es que el agua más caliente tiene una corriente de convección más fuerte cuando se enfría. El momento angular de la corriente de convección sostiene la corriente después de caer a una temperatura más baja, por lo que el agua se enfría más rápidamente.
Llevo toda mi vida llenando mis bandejas de cubitos de hielo con agua tibia del grifo... mi esposa piensa que es una estupidez. ¡decir ah!
medium.com/editors-picks/d8a2f611e853 Recientemente investigado y 'resuelto' aparentemente
Una respuesta interesante está en la web del MIT: ¿El agua caliente se congela más rápido que el agua fría? Su conclusión es no .
En lugar de dejar que su mente se sorprenda con algo que no es reproducible, tal vez solo sea escéptico. Dos volúmenes desiguales se enfriarán y congelarán a diferentes velocidades.
He sabido de esto desde HS. El profesor de física dijo que la razón es que el agua más cálida tiene corrientes de convección más activas que ponen el agua en contacto con el aire frío con mayor frecuencia.

Este fue, en realidad, mi experimento de la Feria de Ciencias de 6º y 5º grado . :)

Y nunca antes había oído hablar de este efecto; fue un experimento aleatorio en el que pensé y probé.

Mi respuesta: depende de lo que entiendas por "congelar" .

El agua fría comienza a congelarse antes (entra en 0 grados C), pero el agua caliente termina de congelarse antes (sale de 0 grados C). Medí esto con un termómetro digital.

No tengo idea de por qué, pero estoy seguro de que mi experimento fue preciso.

Editar:

¡Encontré los datos!

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Borré los años para evitar la datación por carbono. ;)

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@LarianLeQuella: ¿Cuenta la investigación original?
Solo si fue publicado y revisado por pares. :)
@LarianLeQuella: ¿De dónde fue esa cita, por cierto?
¿Te refieres a mi primer comentario? Es de una función de revisión que tiene stackexchange. Acabo de hacer un simple copiar/pegar. Hay una discusión sobre meta que habla sobre el tipo de referencias que se requieren aquí.
@LarianLeQuella: Nunca vi la discusión, pero no vi nada de eso en las preguntas frecuentes ni nada. Lo eliminaré una vez que se convierta en una regla. :)
@LarianLeQuella: ¡Ver editar!
¿La "publicación" y la "revisión por pares" en una feria de ciencias no cuentan en estos días? ;p Por cierto, ¿ganaste algo?
@DanMoulding: Jaja... no, lamentablemente no hubo premio. :)
¡Bravo! De todas formas, el hecho de que tú, a los diez años, tuvieras acceso a un ordenador para realizar análisis ya te data parcialmente del carbono. :)
Sí, supongo que salí con silicio yo mismo :)
Su fase de meseta de temperatura más amplia a 0 ° C para (inicialmente) agua más fría se traduce directamente en el hecho de que hay más (masa) de agua más fría que en el caso de agua más caliente. Porque en esta fase el agua "vende" calor de fusión para resistir una nueva caída de temperatura. El agua más fría dura más tiempo en esa fase porque hay más agua de la que se puede vender el calor de fusión. Su experimento confirmó la hipótesis de la evaporación.
@Scrontch: Asumes que tenían una masa diferente porque... ¿por qué? Y el agua fría tardó entre un 50 % y un 100 % más en congelarse. ¿Cuánta masa más crees que había para explicar esto?
@user541686 observe cómo los tazones alcanzaron los 0ºC aproximadamente al mismo tiempo cuando estaban juntos. Esto sugiere que el recipiente caliente estaba transfiriendo calor al recipiente frío. El mecanismo más probable para esto sería la condensación de vapor de agua en el recipiente frío que se había evaporado del recipiente caliente. Obviamente, querrás medir sus masas para probar esta hipótesis, pero en ausencia de esas medidas, sigue siendo la hipótesis más convincente.
@phoog: pensamiento interesante, no se me había ocurrido.

Recientemente se ha publicado un nuevo artículo sobre este fenómeno. Ofrece otra explicación e incluso ha llamado la atención de los medios populares.

doi:10.1038/srep03005

arXiv:1310.6514v2 [física.química-ph]

Dicen que la interacción entre los enlaces de hidrógeno y los enlaces más fuertes que mantienen unidos los átomos de hidrógeno y oxígeno en cada molécula, conocidos como enlaces covalentes, es lo que causa el efecto. Normalmente, cuando se calienta un líquido, los enlaces covalentes entre los átomos se estiran y almacenan energía. Los científicos argumentan que en el agua, los enlaces de hidrógeno producen un efecto inusual que hace que los enlaces covalentes se acorten y almacenen energía cuando se calientan. Esto, dicen, hace que los enlaces liberen su energía de forma exponencial en comparación con la cantidad inicial almacenada cuando se enfrían en un congelador. Entonces, el agua caliente perderá más energía más rápido que el agua fría. El Dr. Changqing dijo: “El calentamiento almacena energía al acortar y endurecer el enlace covalente HO. “Enfriando en un refrigerador, el enlace HO libera su energía a un ritmo que depende exponencialmente de la energía almacenada inicialmente y, por lo tanto, ocurre el efecto Mpemba”. La Royal Society of Chemistry recibió más de 22.000 respuestas a su llamado para una solución al efecto Mpemba y todavía recibe teorías a pesar de que la competencia se cerró hace un año.

Citado de Telegraph.co.uk .

Es cierto, en las circunstancias adecuadas.

La explicación científica para eso se relaciona con el hecho de que la temperatura de congelación puede aumentar con la presión.

El efecto Mpemba consiste en congelar muestras calientes más rápido que las frías, lo que puede no representar una diferencia sustancial con pequeñas variaciones de presión, pero fenómenos como el sobreenfriamiento y el sobrecalentamiento tienen aplicaciones prácticas, como una mejor conservación de órganos en refrigeradores médicos y superconductividad en dispositivos eléctricos.

Puedes encontrar más sobre esto en: El efecto Mpemba: por qué el agua caliente a veces puede congelarse más rápido que la fría .

La temperatura de congelación en realidad disminuye cuando aumenta la presión... (ver el diagrama de fase del agua: 1.bp.blogspot.com/_Ukz5Qzczfbc/TVEUPJxtDfI/AAAAAAAAB54/… )
¿El agua caliente se congela más rápido que el agua fría?
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