Qu'est-ce qui gèle le plus vite?
L'eau froide ou l'eau chaude?
Y a-t-il besoin d'avoir inventé l'eau chaude pour trouver la réponse?
La question posée est celle-ci: L'eau froide gèle-t-elle plus vite que l'eau chaude ? Vrai ou faux?
Pour le savoir, là encore, rien de tel que l'expérimentation. Essayez donc. Placez au congélateur deux verres identiques remplis d'une quantité égale d'eau. Vous aurez rempli le premier d'eau bien chaude (par exemple, à 90°C), l'autre d'eau bien froide (par exemple, autour de 10°C). Puis attendez pour voir le résultat. Lequel sera gelé le premier?
La réponse semble évidente: A volume égal et à forme de verre identique, l'eau chaude devrait geler moins vite que l'eau froide. Car, raisonnera-t-on, en bonne logique, pour atteindre 0° Centigrade, l'eau déjà froide a moins de chaleur à perdre, moins d'énergie à dissiper, que l'eau chaude.
Mais il faut parfois se montrer vigilant vis-à-vis des choses paraissant évidentes...
La thermodynamique, en effet,prévoit tout autre chose que le résutat de cette supposition. C'est l'effet Mpemba, du nom de son découvreur, un Tanzanien, qui effectua sa découverte en 1963.
Résultat: Les cristaux de glace apparaîtront plus vite dans l'eau chaude que dans l'eau froide!
La réponse semble évidente: A volume égal et à forme de verre identique, l'eau chaude devrait geler moins vite que l'eau froide. Car, raisonnera-t-on, en bonne logique, pour atteindre 0° Centigrade, l'eau déjà froide a moins de chaleur à perdre, moins d'énergie à dissiper, que l'eau chaude.
Mais il faut parfois se montrer vigilant vis-à-vis des choses paraissant évidentes...
La thermodynamique, en effet,prévoit tout autre chose que le résutat de cette supposition. C'est l'effet Mpemba, du nom de son découvreur, un Tanzanien, qui effectua sa découverte en 1963.
Résultat: Les cristaux de glace apparaîtront plus vite dans l'eau chaude que dans l'eau froide!
La bonne réponse est donc que l'eau chaude gèle donc plus vite que l'eau froide, et cela pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, mais de façon très minime, pour une question de volume. Certains chimistes affirment que l'évaporation de l'eau dans l'échantillon chaud serait responsable d'une perte de volume. Comme l'eau chaude a moins de volume, elle congèlerait plus rapidement que l'eau froide. Mais, encore une fois, cela ne peut jouer que vraiment très peu.
Ensuite et surtout, l'eau froide a la faculté d'entrer dans un état particulier, appelé la surfusion. Elle adopte alors un comportement métastable (entre liquide et solide), qui lui permet de rester liquide jusqu'à des températures très basses (-40°C dans l'atmosphère; -5°C dans le congélateur). Pour que ceci soit possible, il faut que l'eau soit "tranquille", ce qui est, en principe, le cas de l'eau froide. Or, l'eau chaude, justement, n'est pas tranquille: elle est, plus que l'eau froide, soumise à des mouvements de convection dus aux différences de températures au sein du liquide. Par conséquent, difficile pour cette eau d'entrer en équilibre métastable: elle gèle donc, tout de suite, à partir de 0° Centigrades.
De plus, les gaz dissous dans l'eau (principalement O2 et CO2) abaissent le point de congélation de l'eau froide. Dans l'eau chaude, c'est différent, car ces gaz s'échappent à cause de la chaleur de l'eau chaude, qui les rend insolubles. Ceci pourquoi l'eau froide surfusionne (ce qui veut dire que sa température de congélation est plus basse que O° Centigrades) beaucoup plus que l'eau chaude.
Il y a encore plus. Les molécules d'eau chaude ont suffisamment d'énergie pour quitter le liquide sous forme de vapeur gazeuse (de ce fait, elles lui retirent de l'énergie calorifique). Les molécules d'eau froides ont, quant à elles, peu d'énergie, en tous cas pas assez pour rapidement quitter le liquide. Ainsi l'eau chaude perd plus rapidement de sa chaleur. Autrement dit elle perd son énergie plus vite que l'eau froide et atteint donc, la première, son point de congélation.