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【解明】お湯が冷水よりも早く凍る「ムペンバ効果」のナゾが解明される!

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1: なんかれ 2020/08/13(木) 10:38:23.45 ID:CAP_USER
→お湯が冷たい水よりも先に凍るムペンバ効果の原因は物理学永遠の謎だった
→しかし謎は解明され温度のむらが原因だと判明する
→温度にむらがあるとき局所的に高温になった物質は低温の分子状態に素早く移行できる

ムペンバ効果を現実の熱システムに応用できれば温度革命が起こる
お湯は冷たい水よりも先に凍ります。

この直感に反した不思議な現象について、最初に言及したのは2300年前のアリストテレスでした。

彼は著書において「お湯を早く冷ますには、まず日なたに置くべきである」と記しています。

しかしアリストテレスは「ウナギは泥から発生する」など現代ではとても科学的とは言えない記述も残しており、「お湯を冷ますには温めろ」との言葉も、賢者の世迷言として長い間、忘れられてきました。

しかし1963年にタンザニアに住む13歳の少年、ムペンバ君は、熱い水のほうが冷たい水よりも早く凍ることを発見し、学校で研究成果を発表しました。

はじめは学校中の生徒と先生に笑われた発表でしたが、著名な物理学者がムペンバ君の主張が正しかったことを証明すると流れは一転。

「熱いもののほうが冷たいものより早く凍る現象(ムペンバ効果と命名)」は、物理学における巨大な謎として現在まで君臨し続けていました。

実はアリストテレスによって記録され、ムペンバ少年によって再発見されたこの不思議な現象は、今日に至るまで誰も仕組みを解明することができなかったからです。

しかし今回、カナダのサイモンフレイザー大学の研究者たちにより、長年の謎解明につながる大きな発見がなされ、研究が世界で最も権威ある学術雑誌「Nature」に掲載されました。

いったいどんな仕組みが、熱いモノを冷たいモノよりも早く冷やしていたのでしょうか?
no title

■物体の状態は温度が決めているのではなかった

no title

ムペンバ効果が発見されてから様々な実験が行われてきた結果、熱いモノのほうが冷たいモノより早く冷却するという現象は、水以外にも磁気系、クラスレート水和物、ポリマー、ナノチューブ共振器、量子系、低温ガスなどでも起こることがわかってきました。

そこで研究者らは、水やポリマーよりも遥かに単純なシステムで、ムペンバ効果を再現することができれば、その解明に大きく近づけると考えました。

具体的には、小さなビーズを水分子に見立てて、ビーズをレーザーで熱し、そして水で冷却しすることで、ビーズ内部のエネルギー(電位)が減少していく過程を観察したのです。

結果、ビーズであってもムペンバ効果があらわれることがわかりました。

すなわち、高温に熱したビーズのほうが、低温で熱したビーズよりも早く冷却水の中で冷めることが確認できたのです。
no title

さらに特定の条件下では、高温のビーズは低温のビーズよりもかなり早く、時には指数関数的な速度で急速冷却されました。

一例を示せば、ある低温のビーズは冷却に20ミリ秒かかった一方で、高温のビーズは同じ温度までの冷却に2ミリ秒しかかかりませんでした。
no title

そして研究チームは得られたデータを分析しました。

結果、「熱い物体が冷却されるためにはまず、ぬるくならねばならない」という直感的な常識が、現実世界の「むらのある冷却」においては必ずしも当てはまらないことを発見しました。

そしてこの、むらのある冷却が起きているときには、熱い部分が局所的に、低温にマッチした構造に再配置する現象も発見します。

これは、むらのある冷却において高エネルギー領域は、低エネルギーの分子構造にいち早く変化できる…という近道を使えることを意味します。

続きはソースで

お湯が冷水よりも早く凍る「ムペンバ効果」のナゾが解明される! | ナゾロジー
point お湯が冷たい水よりも先に凍るムペンバ効果の原因は物理学永遠の謎だった しかし謎は解明され温度のむらが原因だと判明する 温度にむらがあると...

13: なんかれ 2020/08/13(木) 11:00:06.61 ID:Jtkiw5bE
自分は

4℃の水が一番体積が小さくなるように、
むしろ分子間距離で潰れすぎているものを無くす
つまりある程度温めた方が、早く氷の結晶になり易い

って意味だと思ってた

でも>>1の説明だと、4℃で体積最小とか関係なく
>>5みたいな説明の方が良い
つまり、分子間の距離が自由に動いてる方が良いって事になるのかなあ

64: なんかれ 2020/08/13(木) 13:52:20.57 ID:7B1cJpkh
>>1
もしかしてレンジで温めたものが早く冷めるのってムベンバ効果が強く出ているから?
95: なんかれ 2020/08/13(木) 18:34:29.85 ID:uIqK0Aml
>>1又いい加減な嘘を
2: なんかれ 2020/08/13(木) 10:50:07.44 ID:TyFtfkEP
韓国人をもっとファビョンさせててみよう
きっと近いうちに落ち着くはず
32: なんかれ 2020/08/13(木) 11:38:05.27 ID:gKxoiHwP
>>2
いい韓国人になるのか、脳の血管が切れて・・・
3: なんかれ 2020/08/13(木) 10:50:23.75 ID:w90XJPmC
局所的に熱の伝達速度が高効率になるから
たぶん
4: なんかれ 2020/08/13(木) 10:50:34.59 ID:rzs4wdi/
まあ趣味なんかも極度に入れ込むとすぐに熱が覚めることが多いもんな
ゆるーくやっている方が熱が長く続くもんだ
5: なんかれ 2020/08/13(木) 10:51:03.90 ID:zTjhDZxh
振動ある方が詰まるの早いということか
6: なんかれ 2020/08/13(木) 10:51:15.76 ID:iz1srWgw
鉄は熱いうちに打て ってやつですね
わかります!
7: なんかれ 2020/08/13(木) 10:51:40.45 ID:LJ/COy3l
左利きという利点を捨てて何故かほとんど右足でボールタッチするムバッペ効果
8: なんかれ 2020/08/13(木) 10:52:08.09 ID:6Sl2TW4I
日本人はテーブルにこぼれた水を拭くときふきんをまず濡らして絞る、
というところがむかしはよく日本人の不思議として挙げられていた。
じっさい木綿の布は湿っていたほうが水をよく吸うわけだが。
22: なんかれ 2020/08/13(木) 11:16:11.96 ID:egtjpQTt
>>8
この例えの説明で十分
91: なんかれ 2020/08/13(木) 18:28:50.16 ID:Xbr0+e/o
>>8
昔の人は経験則としてあるんだろうな。
9: なんかれ 2020/08/13(木) 10:56:57.94 ID:ldKX/sWt
で、何でむらのある冷却だとムペンバ効果がおきるんだ?
14: なんかれ 2020/08/13(木) 11:05:49.93 ID:kU07XOg0
>結果、ビーズであってもムペンバ効果があらわれることがわかりました。
callingよりultra soulの方が客も冷めやすいのか
15: なんかれ 2020/08/13(木) 11:06:27.05 ID:d4apVIiI
粘度は関係無いのかな?
温度が高い方がサラサラしていて粘度が低く、熱エネルギーの交換が早いとか。
16: なんかれ 2020/08/13(木) 11:06:29.80 ID:xCKejMEj
つまり、分子の運動加速度にも慣性の法則が働いてるということだな
17: なんかれ 2020/08/13(木) 11:08:34.72 ID:j8JVGW3D
モケーレ・ムベンバ
30: なんかれ 2020/08/13(木) 11:34:20.48 ID:Jtkiw5bE
>>17
実際にモケーレ・ムベンベも
ムペンバ効果も
よくオカルト本でネタになってたからなあ

前者は「サイがたまたま水に潜って涼んでいた時の見間違い」なんて説が出ているw
だが後者は、モデル化と数値計算の進歩が解明に欠かせない本物の物理現象だった

18: なんかれ 2020/08/13(木) 11:12:08.64 ID:u83trn0/
火事になったら飛び出すだろ?それと同じ
遅れた奴は高熱にやられる
外が寒かったら建物に入るだろ?それと同じ
遅れた奴は凍傷にやられる
23: なんかれ 2020/08/13(木) 11:16:25.01 ID:5lxSiWCe
>>18
すごい!IQ55くらいありそう
19: なんかれ 2020/08/13(木) 11:13:28.53 ID:UtS4RMJG
アリストテレスの話は宇宙への放射冷却の話ではなかろうか
20: なんかれ 2020/08/13(木) 11:14:25.46 ID:di9iATvM
急いで氷を作りたいときには
製氷皿に湯を入れればいいのか!
これはいいこと聞いた!
21: なんかれ 2020/08/13(木) 11:14:29.75 ID:FVtnRIkn
作りたてのあったかい麦茶を冷凍に入れたらサッサと冷たくなるってこと?
68: なんかれ 2020/08/13(木) 14:55:14.42 ID:zne6yZE0
>>21
そう、冷凍庫の能力が一定の場合ほんのちょっとだがお湯のほうが先に凍るんだよ

ヤカンの麦茶ぐらいの量を入れると
たいてい家庭用冷蔵庫が負けてしまうけどw
氷皿で作られる一個ぐらいであれば実験可能ですよ

24: なんかれ 2020/08/13(木) 11:20:26.62 ID:xUtryxTI
お湯入れると庫内の温度が上がるから、冷蔵庫の温度センサーが働いて
温度下げようとフル回転するからじゃね~の?
25: なんかれ 2020/08/13(木) 11:24:47.25 ID:yEDZxEMi
つまり買ってきたアイスは一回レンジでチンしてから冷凍庫に入れたほうがいいてことか?
76: なんかれ 2020/08/13(木) 16:35:14.35 ID:7Zkyf24+
>>25
シャーベットは一度溶けるとより固くなるみたいなもんかな
27: なんかれ 2020/08/13(木) 11:28:06.58 ID:dgAQyqLa
朝鮮人を殴り倒すと喜ばれる
28: なんかれ 2020/08/13(木) 11:28:09.10 ID:Xkv/bhxJ
徐々に冷やすと凍らずに過冷却になるのと似てるな
29: なんかれ 2020/08/13(木) 11:30:28.53 ID:kzgduGoR
俺が小2の自由研究でやったやつだ
33: なんかれ 2020/08/13(木) 11:41:42.68 ID:Lm3nxgws
これ日本人だったらタカシ効果みたいな名称になってたんかな
ムペンバ君はまだ生きてそう
35: なんかれ 2020/08/13(木) 11:45:19.51 ID:t0mQNvqx
この現象は面白いけど、冷凍庫で製氷するときどちらが消費電力が大きいのかを知りたい。
38: なんかれ 2020/08/13(木) 11:50:52.84 ID:9bY4AgKq
おおよそ理解できるわ
低温の場合、液体であってもところどころに固まりみたいなのができてる状態
高温な場合、水分子同士の結合が完全にバラバラ

レゴブロックに例えると、
カタマリ状態のレゴを滑らかに積み上げるのと
完全バラのレゴを滑らかに積み上げるのとでは、
明らかに後者のほうが難易度が低い

おおよそこれ

45: なんかれ 2020/08/13(木) 12:05:58.23 ID:+Z9lWFP9
>>38
お酒で超音波を当てると熟成が進むのは
酒の中でアルコールと水が均等になるからって話があるよな

冷水も超音波当てまくってやると早く凍るのかな

47: なんかれ 2020/08/13(木) 12:08:32.21 ID:d4apVIiI
>>45
波打つ冷却水の中に入れて食材を数秒で凍らせる機械あるよ。
39: なんかれ 2020/08/13(木) 11:52:18.57 ID:mMhgMovS
流体の粘度とかも関係してそうだな
ある程度熱を持っていて粘度が小さい方が早く冷えた安定状態になりやすいとか

地球温暖化で平均気温が上昇したほうが空気の粘度が下がり夏冬の寒暖差が大きくなることにも関係ありそう

41: なんかれ 2020/08/13(木) 11:59:51.36 ID:k4krkJwQ
>研究者はこの奇妙な結果をヒッチハイクに例えました。

>すなわち、遠くから出発するヒッチハイカーのほうが
>条件によっては、近場から出発するヒッチハイカーよりも
>早く目的地につくことができる現象に似ているとのこと。

42: なんかれ 2020/08/13(木) 12:00:14.09 ID:f2/qAiOQ
50℃で葉物野菜を洗うと冷水よりシャキッとさせるみたいな?

引用元: http://2chspa.com/thread/scienceplus/1597282703

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