Mpemba Effekt: Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes?

Das heißes Wasser schneller gefrieren könnte als kaltes, scheint völlig kontraintuitiv. Doch tatsächlich wurde das Phänomen schon oft beobachtet. Es stellt sich in diesem Zusammenhang also die berechtigte Frage, welche physikalischen Prinzipien zu diesem Ergebnis führen.

Zunächst einmal sollten Sie wissen, dass dieses seltsame Phänomen sogar einen Namen hat. Wissenschaftler nennen ihn den Mpemba-Effekt. Benannt wurde er nach einem tansanischen Studenten, der in den 1960er Jahren über diese Erfahrung berichtete.

Wissenschaftler, die sich für dieses Phänomen interessieren, haben jedoch Schwierigkeiten, die experimentellen Bedingungen festzulegen, die es ermöglichen, das Phänomen auszulösen. Das ernsthafte Studium dieses Phänomens ist daher äußert mühsam.

Einige von Ihnen dürften bemerken, dass die Behauptung – „heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser“ – seltsam klingt. Doch wenn man bedenkt, wie viel Energie für die Abkühlung des Wassers unter seinen Erstarrungspunkt aufgewendet wird, kann man in der Tat sehr leicht zu dem Schluss kommen, dass der Mpemba-Effekt real ist.

Mehrere Hypothesen für den Mpemba-Effekt

An Hypothesen zur Erklärung dieses seltsamen Phänomens mangelt es bei weitem nicht. Die einfachste ist, dass die Verdampfung des Warmwasservolumens die Ursache für eine Verringerung der Masse dieses Wassers gegenüber der des kalten Wassers ist. Dies würde ausreichen, um die Leute schlichtweg zu täuschen. Auch die Unterkühlung wurde erforscht. Dieses Phänomen ermöglicht es dem Wasser, unter 0°C flüssig zu bleiben. Warmes Wasser ist weniger empfindlich für dieses Phänomen und könnte schneller zu gefrieren scheinen als kaltes Wasser.

Im Jahr 2012 startete die Royal Society of Chemistry (UK) einen Wettbewerb, der Forscher dazu aufforderte, sich mit dem Thema ernsthaft auseinanderzusetzen. Der Gewinner, ein kroatischer Doktorand, kam zu dem Schluss, dass der Konvektionseffekt die plausibelste Erklärung für den Mpemba-Effekt ist. Wenn Sie einen Behälter mit heißem Wasser in eine kalte Umgebung stellen, wird es tatsächlich Bewegungen geben, die die Wärme durch Konvektion transportieren und das Wasser schneller abkühlen lassen. Außerdem scheinen alle darauf bezogene Experimente zu zeigen, dass der Effekt aufgehoben wird, wenn das Wasser während des Abkühlvorgangs regelmäßig geschüttelt wird. Hierdurch werden die Konvektionsbewegungen nämlich unterbrochen.

Das Rätsel scheint im großen und ganzen aber dennoch noch immer nicht vollständig gelöst zu sein. Als Beweis stellen Wissenschaftler immer wieder – teils sehr exotische – Hypothesen auf. Manch einer behauptet sogar, dass es den Mpemba-Effekt gar nicht gibt.

Urhebender Autor: Nathalie Mayer