음펨바 효과 / 뜨거운 물은 정말 빨리 얼까?
1969년 아프리카 탄자니아에서 음펨바라는 고등학생은 아이스크림 만드는 실습에서 식히지 않고 그냥 냉동고에 넣었다가 자신의 것이 먼저 얼어 있는 것을 발견했다.
의문을 떨치지 못 한 음펨바는 오스본 교수와 함께 실험했고 한 저널에 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 언다는 실험 결과가 올라왔다.
이를 음펨바 효과라고 부른다.
의문이 풀리지 않다가 2013년 싱가폴 남양이공대학에서 음펨바 현상의 원인을 수소결합과 공유결합의 상관관계에서 발견했다는 연구결과를 발표했다.
대충 정리하자면 물 분자들이 가까이 있으면 분자들끼리의 수소결합으로 인해 서로 끌어당기는데 이때 수소와 산소 원자 사이의 공유결합이 길어지며 에너지가 축적된다. 이 물을 끓이면 수소결합이 길어지며 공유결합이 다시 줄어들며 축적했던 에너지를 방출한다.
즉, 많은 에너지를 축적한 뜨거운 물이 냉각 시 더 빠르게 에너지를 방출하기 때문에 빨리 어는 것이고 연구팀은 각각 온도가 다른 물을 얼리면서 에너지 방출량을 측정해 이 이론을 입증했다.
이 논문에 나온 표, 논문에 따르면 ωx는 진동주파수, EX는 결합 에너지고 위로 갈수록(뜨거울수록) 주파수, 결합에너지 둘 다 높은 것을 확인 할 수 있다.
그런데 2016년 nature라는 학술 사이트에 음펨바 효과에 대한 의문: 뜨거운 물은 차가운 물보다 더 빨리 얼지 않는다.(Questioning the Mpemba effect: hot water does not cool more quickly than cold)라는 제목의 논문이 올라왔다.
말 그대로 뜨거운 물은 차가운 물보다 빨리 얼지 않는다는 내용이었고 아주 다양한 변수들로 세부적인 분석이 일반적으로 부족하며 실험 결과 자체도 뜨거운 물은 어는데 더 오래걸렸다는 것이다.
이 논문에 실린 많은 실험 팀들의 결과를 보면 결과가 다 중구난방이다.
실제로도 유튜브에 실험 영상들을 보면 누구는 실패하고 누구는 성공한, 각기 다른 경우가 많다.
결론
엄청나게 많은 변수가 존재하기 때문에 정말로 뜨거운 물이 더 빨리 어는지는 알 수가 없다. 하지만 실제 실험 결과들을 보면 뜨거운 물이 더 빨리 어는 경우가 있으니 확실한 결론을 도출하는데 어려움이 있다.
참고
음펨바 효과
같은 냉각 조건에서 높은 온도의 물이 낮은 온도의 물보다 빨리 어는 현상. | 외국어 표기 | Mpemba effect(영어) | 음펨바 효과는 35℃ 물과 5℃ 물로 실험하였을 때 비교효과가 극대화된다. 1963년 탄자니아의 에라스토 음펨바(Erasto B. Mpemba)가 중학교 조리수업 시간에 아이스크림을 만들다가 뜨거운 상태의 용액을 얼렸더니 식힌 후 얼린 것 보다 먼저 어는 것을 발견하였다. 물리학자 데니스 오스본이 실험을 통해 이를 확인하고 1
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수소결합
2개의 원자 사이에 수소 원자가 끼어들어 좌우의 원자들과 전기적으로 결합하는 것. | 외국어 표기 | 水素結合(한자) hydrogen bond(영어) | 수소결합력은 공유결합력의 10분의 1밖에 되지 않으며, 단백질, DNA의 이중나선과 같은 것을 결합하고 있다. 결합력이 약해서 단백질 분해가 잘되어서 필요한 단백질로 바꾸기가 쉽다. DNA의 이중나선도 두 가닥으로 쉽게 분리되어 세포분열이 잘 이뤄지게 된다. 수소결합도 방향성 반복결합이 이뤄지면 나무처럼
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뜨거운 물이 찬물보다 빨리 언다?
뜨거운 물이 빨리 얼까, 차가운 물이 빨리 얼까? 대부분의 사람들은 너무나 당연하게 차가운 물이 빨리 얼 것이라고 생각한다.그러나 정답은 ‘뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 얼 수도 있다’이다. 뜨거운 물이 차가운 물보다 먼저 언다는 것은 사실 납득이 잘 되지 않는다. 50도의 물과 30도의 물을 얼릴 때, 50도의 물이 얼려면 온도가 30도까지 떨어져야 하는데, 그만큼 시간이 더 걸리는 것은 상식처럼 보인다.이 상식을 깨는 위대한 발견은 고정관념을 벗어난
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Questioning the Mpemba effect: hot water does not cool more quickly than cold
O:H-O Bond Anomalous Relaxation Resolving Mpemba Paradox
O:H-O Bond Anomalous Relaxation Resolving Mpemba Paradox
We demonstrate that the Mpemba paradox arises intrinsically from the release rate of energy initially stored in the covalent H-O part of the O:H-O bond in water albeit experimental conditions. Generally, heating raises the energy of a substance by lengthen
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