Um novo experimento mostra como a água quente pode congelar mais rápido do que a fria

 Caros Leitores;

Às vezes, a água quente pode congelar mais rápido do que a fria. Um novo experimento baseado em minúsculas contas de vidro pode ajudar a explicar o porquê.

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Na física, relaxar não é tão simples quanto parece.

Um objeto quente pode esfriar mais rapidamente do que um quente, descobriu um novo estudo. Quando resfriado, um sistema mais quente resfriava em menos tempo do que um sistema mais frio para atingir a mesma temperatura baixa. E, em alguns casos, a aceleração foi até exponencial, relatam os físicos na Nature de 6 de agosto .

O experimento foi inspirado em relatórios do efeito Mpemba, a observação contra-intuitiva de que a água quente às vezes congela mais rápido do que a fria. Mas os experimentos que estudam esse fenômeno foram confundidos pelas complexidades da água e do processo de congelamento, tornando os resultados difíceis de reproduzir e deixando os cientistas discordando sobre o que causa o efeito, como defini-lo e se é mesmo real ( SN: 1/6 / 17 ).

Para contornar essas complexidades, Avinash Kumar e John Bechhoefer, ambos da Simon Fraser University em Burnaby, Canadá, usaram minúsculas contas de vidro, 1,5 micrômetro de diâmetro, em vez de água. E os pesquisadores definiram o efeito Mpemba com base no resfriamento, em vez do processo mais complicado de congelamento.

O resultado: “Esta é a primeira vez que um experimento pode ser reivindicado como um experimento limpo e perfeitamente controlado que demonstra esse efeito”, diz o químico teórico Zhiyue Lu, da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.

No experimento, uma esfera representou o equivalente a uma única molécula de água, e as medições foram realizadas 1.000 vezes sob um determinado conjunto de condições para produzir uma coleção de "moléculas". Um laser exerceu forças em cada conta, produzindo uma paisagem de energia ou potencial. Enquanto isso, o cordão foi resfriado em um banho de água. A "temperatura" efetiva dos grânulos dos testes combinados pode ser derivada de como eles atravessaram a paisagem de energia, movendo-se em resposta às forças transmitidas pelo laser.

Para estudar como o sistema esfriava, os pesquisadores acompanharam os movimentos das contas ao longo do tempo. As contas começaram com uma temperatura alta ou moderada, e os pesquisadores mediram quanto tempo levou para que esfriassem até a temperatura da água. Sob certas condições, as contas que começaram mais quentes esfriaram mais rápido, e às vezes exponencialmente mais rápido, do que as contas mais frias. Em um caso, os grânulos mais quentes resfriaram em cerca de dois milissegundos, enquanto os grânulos mais frios levaram 10 vezes mais.

Pode parecer sensato presumir que uma temperatura inicial mais baixa proporcionaria uma vantagem insuperável. Em uma corrida direta pelo termômetro, o objeto quente primeiro teria que atingir a temperatura original do objeto quente, sugerindo que uma temperatura mais alta só aumentaria o tempo de resfriamento.

Mas em certos casos, essa lógica simples está errada - especificamente, para sistemas que não estão em um estado de equilíbrio térmico, em que todas as partes atingiram uma temperatura uniforme. Para tal sistema, “seu comportamento não é mais caracterizado apenas por uma temperatura”, diz Bechhoefer. O comportamento do material é muito complicado para um único número descrevê-lo. Conforme as contas esfriavam, elas não estavam em equilíbrio térmico, o que significa que suas localizações na paisagem de energia potencial não eram distribuídas de uma maneira que permitiria que uma única temperatura as descrevesse.

Para esses sistemas, em vez de um caminho direto do quente para o frio, pode haver vários caminhos para o frio, permitindo atalhos em potencial. Para as contas, dependendo do formato da paisagem, começar com uma temperatura mais alta significava que elas poderiam se reorganizar mais facilmente em uma configuração que correspondesse a uma temperatura mais baixa. É como um caminhante pode chegar a um destino mais rapidamente começando mais longe, se esse ponto de partida permitir ao caminhante evitar uma escalada árdua por cima de uma montanha.

Lu e o físico Oren Raz haviam previsto anteriormente que esses atalhos de resfriamento eram possíveis. “É muito bom ver que realmente funciona”, diz Raz, do Instituto Weizmann de Ciência em Rehovot, Israel. Mas, ele observa, “não sabemos se este é o efeito na água ou não”.

A água é mais complexa, incluindo as peculiaridades de impurezas na água , evaporação e a possibilidade de super-resfriamento, no qual a água é líquida abaixo da temperatura normal de congelamento ( SN: 23/03/10 ).

Mas a simplicidade do estudo faz parte de sua beleza, diz a física teórica Marija Vucelja, da Universidade da Virgínia em Charlottesville. “É uma dessas configurações muito simples e já é rica o suficiente para mostrar esse efeito.” Isso sugere que o efeito Mpemba pode ir além de contas de vidro ou água. “Imagino que esse efeito apareça de forma bastante genérica na natureza em outro lugar, só que não prestamos atenção a ele”.

Fonte:  Science News / Emily Conover / 12-08-2020

https://www.sciencenews.org/article/physics-new-experiment-hot-water-freeze-faster-cold-mpemba-effect?signup=success   

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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