Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• teplota tuhnutí
• skupenské teplo tuhnutí
• mpebma efekt

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je poukázat na jistou zvláštnost. Teplá voda zamrzne v mrazničce dříve než studená.

Poznámky k realizaci experimentu

• Jde o časově náročný experiment. Proto je lepší spustit jej buď ráno nebo odpoledne, aby se mohla zaznamenávat teplota alespoň 10 hodin. Žáci by však měly být alespoň při spouštění experimentu.

Návod na zpracování dat

• Z vykresleného grafu s vybereme pouze část, která nás zajímá. Na této části by mělo být vidět, jak klesala teplota teplé a studené vody a také to, že teplá voda zamrzla dříve. To se projeví tím, že teplota teplé vody začne klesat pod 0 ° C dříve než studená voda.
• Vysvětlení jevu je uvedeno v žákovském listu.

Závěry z experimentu

• Žáci by měli z grafu vyčíst, že teplá voda zamrzne dříve.

Žákovské aktivity

• V závěru je uveden návrh dalšího experimentu, který mohou žáci realizovat.

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Asi se všichni shodneme na tom, že studená voda zamrzne v mrazničce dříve než horká, protože horká musí nejprve ochladit na teplotu tuhnutí.
• Při TUHNUTÍ se snižuje kinetická energie částic vody. Postupně se utvářejí vazby mezi částicemi a vzniká krystalická mřížka ledu. Tyto děje souvisí se snižováním teploty vody.
• Překvapivý průběh tohoto experimentu se nazývá Mpemba efekt. Objevil ho tanzanský student v roce 1969, když si dělal zmrzlinu. Vědci se snažili tento jev vysvětlit, ale všechny teorie jsou pouze spekulativní. Existují tři hlavní důvody, které by tento jev mohly způsobovat:
• Vedení tepla
• Když dáme do mrazničky teplou vodu, způsobí to, že na krátký čas roztaje námraza v mrazničce. Námraza pak opět zamrzne, čímž se mezi nádobou s teplou vodou a mrazákem vytvoří lepší kontakt než mezi nádobou se studenou vodou a mrazákem. Proto je mezi mrazákem a teplou vodou lepší výměna tepla než mezi studenou vodou a mrazákem. Teplá voda se tedy ochlazuje rychleji.
• Vypařování
• Pokud je dostatečně velký volný povrch vody, teplá voda se vypařuje rychleji než studená. Z teplé vody se odpaří větší množství vody než ze studené. Teplé vody je proto menší množství, spíše se ochladí a spíše i zamrzne.
• Proudění
• Při ochlazování teplé vody po teplotu 4 ° C roste i její hustota a tato hustší voda proudí dolů. Teplejší voda se přitom vytlačuje nahoru. Pokud klesá teplota pod 4 ° C, klesá její hustota a voda stoupá vzhůru. Tato cirkulace způsobuje lepší výměnu energie mezi částicemi jako u studené vody, ve které není až tak výrazná.