Come un bambino ha sfidato la teoria della termodinamica di Newton.
La storia dell’africano Erasto Mpemba è una storia di rivoluzione scientifica e una lotta per dimostrare con esperimenti qualcosa di ridicolmente inimmaginabile. L’acqua calda si congela prima dell’acqua a temperatura ambiente o fredda (a certe condizioni) e anche se sembra un’assurdità termodinamica è la sacrosanta verità.
Quando Mpemba chiese ai suoi insegnanti di fisica il perché delle sue osservazioni, più di uno gli disse che si stava confondendo, che non era possibile. I compagni meno sagaci si burlavano del ridicolo di tale affermazione e i più studiosi gli fecero notare che non aveva capito nulla sulla legge di raffreddamento di Newton (e dobbiamo ammettere che Newton era un ragazzo troppo intelligente per osare sfidare una legge sua)
<La legge del raffreddamento di Newton afferma che la velocità alla quale un oggetto si raffredda è proporzionale alla differenza tra la sua temperatura e la temperatura del mezzo in cui si trova l’oggetto.
Per coloro che comprendono, l’equazione è T2 = T0 + (T1 – T0) * e (-k * Δt) dove: T2: temperatura finale, T1: temperatura iniziale, T0: temperatura ambiente costante, Δt: differenza in tempo tra T2 e T1 e k: la costante da trovare.>
Altri grandi studiosi della storia come Aristotele, Cartesio e Bacone avevano notato tale effetto. Ma fu solo grazie alla caparbietà del giovane Mpemba, che dal 1963 al 1969 lavorò per dimostrare l’effetto partendo da esperimenti controllati, che il fenomeno venne accettato come scientificamente possibile. Certo, affinché si verifichi l’effetto occorrono differenze di temperatura di 30° o più e ad alte temperature, per esempio 35° C e 90° C.
Ecco un estratto dell’articolo presentato da Mpemba nel 1969:
“ En 1963, cuando me encontraba en el 3er grado de la Escuela Secundaria Magamba” en Tanzania solía hacer helado. Los chicos de la escuela lo hacen hirviendo leche y añadiendo azúcar y poniéndolo en el congelador después que se ha enfríado a la temperatura ambiente. Muchos chicos lo hacen, con lo cual hay prisa por por obtener espacio en el congelador. Un día compré leche a las mujeres locales y comencé a hervirla. Otro chico que también había comprado leche para hacer helado, corrió hacer su mezcla sin hervir para no perder la oportunidad utilizar la última bandeja. Sabiendo que que si yo tenía que esperar a que la mezcla se enfriara un poco antes de ponerla en la nevera perdería mi espacio, así que decidí arriesgar arruinar la nevera aquél día poniendo leche caliente en ella. Los dos volvimos una hora y media después y encontramos que el contenido de mi bandeja se había convertido en helado mientras que la de aquel chico era un líquido espeso, pero aún no congelada. Pregunté a mi profesor de física el porqué había sucedido aquello, y la respuesta que me dió fue -Estabas confundido, eso no puede suceder- “ (Erasto Mpemba and Denis Osborne, ‘Cool?’ Physics Education1, 1969 (May, Vol 4) pp 172-175)
Las neveras se podrían dañar en caso que se ponga un producto demasiado caliente en dónde pasan los conductos del refrigerante (normalmente la zona más fría de la nevera). Ya que en esa área pasa el gas comprimido y si un material se elaborará de forma violenta podría llegar a dañar estos conductos que suelen ser muy finos.
Perché si verifica questo effetto?
Esistono sono molte teorie, ad esempio che in un contenitore caldo il liquido circola meglio, quindi l’acqua della zona centrale si muove più velocemente verso l’esterno, raffreddandosi più rapidamente Un’altra spiegazione nota è che quanto più caldo è un liquido meno gas disciolti contiene (i gas impediscono il congelamento). E un’altra delle spiegazioni più comuni è che l’acqua più calda perde più massa rispetto all’acqua fredda a causa dell’evaporazione.
La verità è che ancora non si sa con certezza, nel 2013 la Royal Society of Chemistry offrì un premio di 1.000£ a chi avrebbe fornito la migliore spiegazione del perché funzionava l’effetto Mpemba. RIcevettero circa 22.000 risposte, e, infine, scelse la spiegazione di un assistente di ricerca chimica presso l’Università di Zagabria, Nikola Begovic.
Sempre nel 2013 si pubblicò un importante articolo di fisici dell’Università Nanyang di Singapore, nel quale spiegano che l’effetto ha a che fare con il modo in cui l’energia viene immagazzinata nei legami tra gli atomi di idrogeno che si trovano legati alle molecole d’acqua.
Ricordiamo che ogni molecola di acqua contiene un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno (H2O), questi atomi sono legati attraverso legami covalenti (legami tra atomi che condividono elettroni). Gli atomi di idrogeno di una molecola sono attratti dagli atomi di ossigeno delle altre molecole vicine attraverso il covalente d’idrogeno, ma allo stesso tempo le molecole di acqua si respingono mantenendo una certa distanza.
I ricercatori Dott. Sun Changqing e Dott. Xi Zhang Han hanno notato che la distanza che mantengono le molecole tra loro dipende dalla temperatura.
Nell’acqua calda la distanza è maggiore e, con essa anche repulsione, che ha come conseguenza legami idrogeno più “tesi” e che quindi immagazzinano più energia.
Questa energia viene emessa più rapidamente nella fase di raffreddamento dell’acqua calda che ha una misura maggiore rispetto quella che ha la stessa quantità di acqua a temperatura ambiente o fredda.
Il rilascio di questa energia tende, quindi, ad avvicinare le molecole d’acqua ad una velocità proporzionale che è proporzionale alla quantità di energia che possiedono. DI conseguenza tanto più calda è l’acqua maggiore sarà l’energia rilasciata nella fase di raffreddamento traducendosi in un più veloce congelamento.
Nikola Bregovic, il vincitore del concorso della Royal Society of Chemistry, condusse vari esperimenti e suggerisce che ad essere probabilmente responsabile dell’effetto Mpemba era l’effetto della convezione.
Ci sono ancora molte discussioni e polemiche riguardo a questo effetto, e sebbene mi sembri tutto estremamente interessante non riesco a non pensare a quanto sia quasi paradossale, che a volte la conoscenza empirica debba combattere con quella “scientifica”. Lo stesso anno della sua scoperta nel 1963 Mpemba visitò un amico che viveva in un’altra città e lavorava vendendo gelato e osservò che il suo amico metteva il composto caldo nel frigorifero per fare il gelato; quando gli chiese il motivo il suo amico rispose: Mio fratello ha trascorso cinque anni producendo gelati e dice che così si fanno più velocemente”.
Una bella lezione di umiltà sul fatto che la conoscenza non è necessariamente qualcosa che si deve comprendere a livello scientifico.
Hai voglia di sperimentare?
