Wat is het Mpemba-effect?

Nu de temperaturen gedurende de nacht opnieuw onder het vriespunt duiken, moeten de automobilisten ’s ochtends vaak krabben. Als we logisch nadenken, lijkt het makkelijk om snel wat warm water over je auto te gieten om de auto sneller te laten ontdooien. Maar dit is absoluut geen goed idee: het warm water over je bevroren autoraam kan je raam doen barsten. Bovendien zal het warme water ook sneller aanvriezen dan als je koud water gebruikt. Dit noemt men ook wel eens het Mpemba-effect. Het is een verschijnsel waarin warm water onder bepaalde omstandigheden sneller bevriest dan koud water. 

mpemba effect

Een mooi voorbeeld van het Mpemba-effect. Kokend water wordt bij strenge vorst meteen damp in de lucht.

Wie is Erasto B. Mpemba?

Erasto B. Mpemba is afkomstig uit Tanzania. Hij was een jong kind van amper 9 jaar toen hij de eerste keer in contact kwam met het fenomeen. Hij merkte het effect op toen hij roomijs invroor. Hij besloot toen in 1966 samen met zijn leerkracht het effect verder te bestuderen. In 1969 publiceerde hij zijn bevindingen. Veel wetenschappers geloofden niet in de bevindingen van Mpemba. Het verschijnsel gaat dan ook tegen alle natuurwetten in. Maar de experimenten van Mpemba waren makkelijk te reproduceren en elke keer werden de effecten opnieuw bewezen. Mpemba had dus gelijk dat onder bepaalde omstandigheden warm water sneller bevriest dan koud water.

mpemba

Erasto B. Mpemba ontdekte op zijn 9 jaar dat warme vloeistof sneller bevriest dan koude vloeistof onder bepaalde omstandigheden. (Bron: www.eoht.info)

Factoren die meespelen in het Mpemba-effect

Er zijn veel factoren die meespelen om het Mpemba-effect te verkrijgen. Wetenschappers kunnen geen precieze uitleg geven waarom het Mpemba-effect plaatsvindt. Men vond wel verschillende factoren die een effect hadden op het verschijnsel.

Bijvoorbeeld de verdamping van het warme water. Als we 2 potjes in de diepvriezer zetten, één potje met warm water en het andere vullen we met koud water. Het warme water zal meer verdampen dan het koudere water. Hierdoor zal het warme potje water minder volume hebben dan het koude potje water. In het warme potje moet er dus minder water gekoeld worden waardoor het sneller bevriest dan het potje met koud water.

Een andere factor waarvan men ook dacht dat die meespeelde is convectie. In een warme vloeistof is er meer convectie. Doordat de warmte beter circuleert, kan de vloeistof sneller afkoelen. Deze factor roept toch wel enkele vragen op. Als de oorspronkelijk warme vloeistof dezelfde temperatuur heeft bereikt als de koudere vloeistof heeft deze factor geen betekenis meer. Want op dat moment is er evenveel convectie in beide potjes.

Het Mpemba-effect eindelijk ontrafeld?

Een groep Singaporese wetenschappers hebben het Mpemba-effect bestudeerd in 2013 en zijn tot een conclusie gekomen. Het is zo dat warm water sneller bevriest dan koud water. De wetenschappers Sun Changqing en Xi Zhang zeggen dat dit verschijnsel te verklaren is door de ongewone interactie tussen de moleculen van water. Water bestaat uit ontelbaar veel moleculen, elke watermolecule is verbonden aan zijn naburige molecule. Deze verbinding noemt men de waterstofbrug. Het zijn deze waterstofbruggen die verklaren hoe water energie opslaat en vrijgeeft.

De wetenschappers stellen dat de snelheid waarmee water energie vrijgeeft te maken heeft met de begintoestand van het water. Warm water zou volgens de wetenschappers sneller energie vrijgeven dan koud water. Desondanks deze hele studie blijkt ook deze theorie maar één van de vele. Wetenschappers kunnen tot op de dag vandaag nog geen precieze uitleg geven over het Mpemba-effect.

Probeer het ook thuis

Er zijn verschillende toepassingen waarmee je het Mpemba-effect thuis aanschouwelijk kan maken. De leukste manier om dit te doen is buiten te gaan staan met een kop heet water en dit water in de lucht te gooien. De buitentemperatuur moet wel onder de -10°C liggen om een mooi effect te krijgen. Je zal dan zien dat het water vrijwel onmiddellijk verandert in damp. Let wel op dat het hete water niet op iemand terechtkomt. Als het toch nog niet koud genoeg is, kan het hete water lelijke brandwonden veroorzaken! Bekijk hieronder hoe het Mpemba-effect er uit ziet.

Bronnen: nature.com


Lees ook eens:

  • Mathias Bernaerts

    De afname van het zeeijs op de noordpool staat volgens mij los van het Mpemba-effect. Het Mpemba-effect is enkel van toepassing op kokend of erg warm water. De sterke afname van zeeijs op de noordpool is te wijten aan de opwarming van de aarde.

  • Iemand die extra uitleg kan bieden? Misschien Mathias?

  • happy godutch

    Zou het mpemba effect een reden kunnen zijn dat er zo weinig zeeijs Is op de noordpool?