Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jako Mpembův jev označujeme podivnou situaci, kdy teplá voda při ochlazování zmrzne rychleji než studená. Dokonce se toho i někdy využívá při přípravě ledových ploch nebo zmrzlin. Na první pohled to vůbec nedává smysl – vždyť přece teplá voda musí nejprve vychladnout na teplotu té studené a pak oba procesy budou probíhat stejně, takže… Vysvětlení Mpembova jevu existují různá, v zásadě jde o to, že zahřátím narušíme určitý stav, ten se pak během chladnutí nestačí obnovit, takže další chladnutí probíhá rychleji. (Příklad: zahřátím vyženeme z vody rozpuštěný plyn, voda se jím při ochlazení nestihne nasytit zpět. Zahřátím rozbijeme nějakou uspořádanější strukturu, klastry, ty se zpět už nevytvoří a pak třeba dojde i ke skupenskému přechodu za jiné teploty apod.)
Je třeba dodat, že celý Mpembův jev je diskutabilní a obtížně reprodukovatelný. (Poznámka PH: Když jsem si jen tak zkoušel nechávat zmrznout různě teplou vodu v domácích podmínkách, nikdy mi to nefungovalo.)
Zajímavá otázka zní: nedalo by se to celé provést inverzně? Tedy když chceme nějaký materiál rychle zahřát, nejprve ho ochladíme? Amit Gal a Oren Raz z Weizmannova Institutu (Rehovot, Izrael) tvrdí, že by to jít mohlo. Jejich studie publikovaná ve Physical Review Letters tedy zatím vychází pouze z modelování, není založena na experimentech. Pro popis byl použit Isingův model 2D atomové mřížky, přičemž vědci se soustředili na magnetické vlastnosti materiálu. Je-li materiál antiferomagnetický (spiny sousedních částic směřují proti sobě), u antiferomagnetického Isingova modelu by při ochlazení došlo ke změnám magnetických vlastností (celková magnetizace, počet sousedních spinů s opačnou orientací…), ty by se pak při ohřevu už nestačily změnit zpět a ohřev by probíhal rychleji, takže by opravdu mohl nastat „inverzní Mpembův jev“.
Nyní zbývá zkusit celý jev zaznamenat také u reálných magnetických slitin. Urychlit zahřívání by prý mohlo být užitečné např. v některých systémech, jejichž chování se řídí kvantovou mechanikou a díky tomu lze už obcházet některá omezení platící pro klasické tepelné stroje. Takhle by se možné triky dále rozšířily.
A. Gal et al. Precooling Strategy Allows Exponentially Faster Heating, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.060602
Zdroj: Weizmann Institute of Science/Phys.org a další
Poznámka PH: Co využití podobných triků při chlazení elektroniky?
