מה קופא קודם: מים קרים או חמים?

גיל היקר,

לפני כ־50 שנה, בטנזניה שבאפריקה, תלמיד תיכון בשם אראסטוֹ מְפֶּמְבָּה (שנתקל בתופעה בעת שהכין גלידה) העז להפנות את השאלה שלך למרצה אורח, ד"ר דניס אוסבורן. אראסטו הצעיר שאל מדוע מים כמעט רותחים קופאים מהר יותר ממים בטמפרטורת החדר. המורים צחקו. זה לא נשמע הגיוני - המים החמים חייבים להתקרר לטמפרטורת החדר בטרם יקפאו. אבל המרצה לא צחק. כדוקטור לפיזיקה, הוא ידע שמים הרבה יותר מורכבים ומעניינים ממה שרוב האנשים חושבים.

כשאוסבורן חזר לאוניברסיטת דר א-סלאם הוא ביקש מעוזר מעבדה לשחזר את הניסוי. העוזר דיווח בהפתעה שהמים החמים קפאו מהר יותר, והבטיח לחזור על הניסוי "עד שתתקבל התוצאה הנכונה". אוסבורן הרגיע את העוזר והזמין את מפמבה לפרסם איתו מאמר, ומאז, אף על פי שכמה אנשים הבחינו בתופעה הזו לפני אראסטו (אריסטו, למשל, הזכיר אותה בכתביו), מכנים אותה "אפקט מפמבה".

ברז מים צילום: cc-by אנדרו קרייקר

מה גורם לאפקט? החשוד המיידי הוא קצב האידוי. המים החמים מתאדים ומותירים פחות מים להקפיא. אז החוקרים ניסו להשתמש בכלים אטימים והאפקט אכן נחלש. לפעמים נחלש מספיק כדי שהמים הקרים יקפאו קודם. ולפעמים לא. חוקרים אחרים חשדו במקפיא עצמו: המים החמים מחממים את האוויר, מפעילים את התרמוסטט וגורמים למקפיא לקרר ביתר שאת. ועדיין, לפעמים האפקט מופיע גם כשמניחים את שני הכלים באותו מקפיא באותו זמן.

וכך זה ממשיך. ככל שנערכים יותר מחקרים מתגלות יותר סיבות. החימום משנה את צפיפות המים ומעודד זרמים שמסיעים את החום, אז המים החמים יגיעו לטמפרטורת החדר כשיש בהם אזורים קרים יותר, קרובים יותר לקיפאון, ואזורים חמימים שמאבדים חום מהר יותר.

במים יש גזים מומסים, כמו דו־תחמוצת הפחמן, שהחימום מסלק. אבל יש בהם גם מומסים מוצקים, כמו הסידן והמגנזיום שיוצרים את האבנית, והחימום מעלה את הריכוז שלהם כמו שבישול "מצמצם" ומרכז את המרק. לשינוי בהרכב המים יש שלל השפעות מורכבות הן על קצב הקירור והן על טמפרטורת הקיפאון המדויקת, שיכולה להיות כמה מעלות טובות מתחת לאפס.

הנקודה החשובה היא שהתוצאות משתנות ממעבדה למעבדה, מברז לברז ומכלי לכלי. אפקט מפמבה מופיע ונעלם. וההפכפכות הזו מבהירה את הנקודה החשובה בעסק: למים יש המון תכונות חשובות חוץ מטמפרטורה, ולשאול אם מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים זה קצת כמו לשאול אם כדאי לתקן את המקרר אצל סנדלר או אצל נגר.

שאלות לבלדד השוחי askbildad@calcalist.co.il