Lugeja küsib: kuidas kõige kiiremini vett külmutada?
Novaatori lugeja avastas, et klaasi kallatud jook on liiga soe, aga sügavkülmast said kõik jääkuubikud otsa. Kas uue jää tegemiseks kasutatav vesi peaks olema soe või külm, et see kiiremini jäätuks?
Max Plancki komplekssüsteemide füüsika instituudi füüsiku Sander Paekivi sõnul on lihtne tõdeda, et külm vesi jäätub kiiremini. Küll aga on olemas Mpemba efekt. Teatud tingimustel jäätub soe vesi selle nähtuse tõttu kiiremini kui külm. Paekivi selgitas, et efekti on üritatud ühte ja teistpidi selgitada.
"Kui ma nüüd veidike kirjandust üle vaatasin, siis paistab, et see efekt on täitsa olemas," sõnas ta. See võib olla seotud konvektsiooni ehk soojusülekandega, kiirema aurustumise või energiakaoga.
Kaks aastat tagasi avaldatud artiklis leiti Paekivi sõnul müsteeriumile ka vastus. Põhjus peitub nukleatsioonis. Nukleatsioon on protsess, mille käigus muutub aine olek. Näiteks hakkab vedel vesi jäätuma.
"Peamine põhjus sooja vee kiiremini jäätumises tundub siiski olevat vee alajahtumine, kuna sinna on vähem nukleatsioonipunkte sattunud mistahes põhjusel," ütles ta.
Selleks, et vesi jäätuks, peab see tagama mingisuguse energeetiliselt stabiilse oleku. "Jää nullist allpool on justkui stabiilsem kui vesi ise, olenemata vee puhtusest. Selleks, et seda tagada, peame suutma viia kogu vee üle faasi, et see protsess hakkaks kuskilt otsast pihta. Kust see pihta hakkab ja kas ta üldse saab pihta hakata, ongi see, mis mängib Mpemba efekti juures kõige suuremat rolli," lausus ta.
Mida selle all silmas peetakse? On vaja kohta, kus tekib jääkristalli tsenter. Kui sellist kohta ei ole, siis võib vesi olla ka palju madalamal temperatuuril kui null, aga ikka olla vedel. Seda nimetatakse ülejahtunud või ülijahtunud vedelikuks.
Paekivi rääkis, et soojema vee anumas tekib seinte peale rohkem kraapeid, teravaid punkte, kus vee molekulid saavad hakata kergemini moodustama struktureeritud ahelat, selle asemel, et üksteise ümber natuke voolata ja igas suunas sikutada. "Jah, soe vesi saab jahtuda kiiremini kui külm, aga see on suuresti seetõttu, et on rohkem piirkond, mis võivad alustada jää tekkimist," sõnas füüsik.
Novaator proovis ka ise Mpemba efekti ära kasutada, küll aga tulutult, sest kiiremini jäätus jahe vesi. Paekivi sõnul tuleb Mpemba efekt välja suurte temperatuurivahedega, aga isegi, kui katse jaoks oleks vormidesse valatud tulist vett, oleks ikkagi külm vesi kiiremini jäätunud. Vee temperatuurist suuremat rolli mängib anum, kuhu vesi kallatakse.
"Kui tahate proovida, kas soe vesi jäätub kiiremini kui külm, peaksite võtma liivapaberi ja sooja vee anuma seinad üle hõõruma. See võib tagada piisavalt palju karedust, mis võimaldab soojal veel jäätuda kiiremini kui jahedamal veel," lausus Paekivi.
Kodus katsete tegemisel tasub ka arvestada, et eksperimentides mängib rolli teatud juhus. "On praktiliselt võimatu saada identseid anumaid ja veekoguseid ilma laborita ning ka siis on see raske," nentis Paekivi. Kes aga eksperimenteerida ei viitsi ja tahab lihtsalt kiirelt jääd, sellel tasub vormi kallata jahe vesi.
Kuula lähemalt Raadio 2 saatest "Pulss", kui kiiresti hakkas vesi jäätuma.