Mpemba-Effekt – Ab wann gefriert kochendes Wasser?

✳ Mpemba-Effekt – Ab wann gefriert kochendes Wasser? ✳ Diese Frage stellte ich mir am langen Dreikönigs Wochenende – Ab wie viel Grad °C Außentemperatur gefriert kochendes Wasser oder wie wird Wasser schockgefrostet. Im Internet konnte ich viele Informationen zu dem Mpemba-Effekt herausfinden, aber nirgends wurde mir die Frage beantwortet, ab wann gefriert eigentlich kochendes Wasser in der Luft?

Ich selber war immer der Annahme, dass die Außentemperatur für das schockfrosten von kochendem Wasser wirklich weit unter 0°C sein müsste. Auf mehreren Webseiten und Foren konnte ich die unterschiedlichen Aussagen zur benötigten Temperatur finden, aber keinen, der eine genaue Angabe machen konnte. Meistens waren die Werte zwischen -25 und -35 °C, damit das Wasser sofort verdampft.

So kalt war es bei uns dann doch wieder nicht, aber -17 °C und strahlender Sonnerschein waren meiner Meinung nach einen Versuch wert. Wasserkocher an, Kaffee-to-go Becher voll gemacht und raus in die Kälte. Deckel runter und im hohen Bogen in die Luft schleudern, in guter Tom Hanks Manier fasziniert feststellen „Ich habe SCHNEE gemacht“. Noch bevor sie den Boden erreicht, verwandelt sich die Flüssigkeit in eine Wolke mit Hagelkörnern, die hörbar auf die Erde prasseln.

✳ Mpemba-Effekt – Ab wann gefriert kochendes Wasser? ✳

Das Faszinierende daran ist nämlich: Wenn statt der heißen Flüssigkeit kaltes Wasser verwendet wird, bleibt der Effekt aus. Warum genau das so ist, konnten Physiker noch nicht abschließend erklären. Es dürften jedoch einige Faktoren eine Rolle spielen, die für ein schon sehr lange bekanntes Paradoxon diskutiert werden: Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes.

Woher kommt der Name Mpemba-Effekt?

Nachdem der 13-jährige Erasto Mpemba in Tansania bei einem Schulprojekt schluderte, geriet 1963 der Effekt wieder ins Visier der Forscher. Beim Versuch, aus Milch Eiscreme herzustellen, stellte er die noch heiße Ausgangsflüssigkeit ungeduldig in den Kühlschrank. Seine Creme gefror schneller als die Proben seiner Schulkollegen, die brav abwarteten, bis ihre Flüssigkeiten Raumtemperatur erreicht hatten, und sie erst dann in den Kühlschrank stellten. Seitdem wird der Effekt, den Mpemba gemeinsam mit dem britischen Physiker Denis Osborne, damals am University College Daressalaam, Tansania, 1969 im Journal Physics Education beschrieb, als Mpemba-Effekt oder -Paradoxon bezeichnet.

Im engeren Sinne bezieht sich der Name auf folgendes Experiment: Zwei identische offene Behälter werden mit derselben Menge Wasser gefüllt. Die eine Flüssigkeit ist wärmer als die andere. Dann werden beide gleichzeitig unter identischem Druck und derselben Umgebungstemperatur abgekühlt (etwa im Kühlschrank oder im Winter im Freien). Die Temperatur des wärmeren Wasser sinkt dann schneller auf etwa drei Grad ab, behält diese Temperatur eine Weile und gefriert dann deutlich früher als die zuvor kältere Flüssigkeit.

 Es gibt seitdem eine ganze Reihe von Vorschlägen, das Phänomen zu erklären:

  • So liegt die Vermutung nahe, dass es einen Zusammenhang mit der schnelleren Verdunstung von heißem Wasser gibt. Dadurch verringert sich das Volumen der Flüssigkeit, die letztlich gefrieren muss. Der Prozess der Verdunstung selbst hat zudem eine kühlende Wirkung.
  • Gasblasen, von denen es in wärmerem Wasser weniger gibt, spielen vermutlich eine Rolle.
  • Im Wasser gelöste Salze senken den Gefrierpunkt. In heißem Wasser aber fallen diese eher aus, ihr Einfluss nimmt dadurch ab.
  • Außerdem ist heißes Wasser in der Mitte natürlich wärmer als an den schneller abkühlenden Rändern. Durch diese Temperaturdifferenzen kommt es zu Strömungen innerhalb des Wassers, die ebenfalls zur Abkühlung beitragen. In warmem Wasser ist diese „Konvektion“ stärker als in kaltem Wasser.
  • Auch die „Unterkühlung“ (Supercooling) gehört zu den vorgeschlagenen Erklärungen. Dabei handelt es sich um das Phänomen, dass Flüssigkeiten unter bestimmten Bedingungen weit unter ihrem eigentlichen Gefrierpunkt flüssig bleiben und erst fest werden, wenn ein Kristallisationskeim hineinkommt – das kann schon ein Staubpartikel sein.

Quellenangaben: Süddeutsche Zeitung, Wikipedia

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