Sıcak su, çeşitli deney koşulları altında soğuk sudan daha hızlı donabilir. Bu fenomen ilk başta kulağa son derece mantığa aykırı gelse de gerçekleşmesi olasılık dahilindedir. Birçok deneyde incelenmiş olan bu durum nasıl gerçekleşmektedir?

Bu argüman yüzyıllardır bilinmesine ve Aristoteles, Bacon ve Descartes tarafından tanımlanmış olmasına rağmen 1969 yılında Mpemba adında Tanzanyalı bir lise öğrenci tarafından tekrar gündeme getirilmiştir. Bu sebeple sıcak suyun soğuktan daha hızlı donması olgusuna genellikle Mpemba etkisi denir.

Sıcaklıkları haricinde tüm özellikleri aynı olan iki kap su, aynı anda aynı koşullar altında soğutulmaya başlandığında en başta sıcaklığı fazla olan suyun daha önce donduğu fark edilmiştir. Daha sıcak olan suyun daha soğuk olan suyun sıcaklığına ulaşana kadar daha fazla zamana ihtiyacı olmasına rağmen daha hızlı donmuştur. Bu Mpemba etkisini gözlemleyebilmek için bazı özel koşulların oluşması gerekmektedir.

Öncelikle buharlaşma, Mpemba etkisini açıklamaya yardım eden en güçlü faktörlerden biridir. Açık bir kaba konulan sıcak su soğumaya başladığında, suyun bir kısmı buharlaştıkça toplam kütle azalır. Donmak için daha az su ile işlem daha az zaman alabilir. Ancak bu, özellikle buharlaşan suyun kaçmasını önleyen kapalı kaplar kullanıldığında her zaman işe yaramayabilir.

Düşüncede hata yapılan noktalardan bir tanesi suyun sıcaklığı konusunda ortalama sıcaklığın düşünülmesidir. Örneğin bir kapta farklı sıcaklıklarda iki sıvı varsa sıcak olan kabın üstüne yükselebilir. Altta kalan daha soğuk olan su ile sıcak suyun yukarı aşağı yönlü hareketi soğutma sürecini hızlandıran konveksiyon akımları oluşturabilir. Bu akımlar, soğuk bir odayı ısıtan radyatörlerde de kullanılan popüler bir ısı transferi şeklidir. Donmak için kaplayacak daha fazla zemin olsa bile daha sıcak suyun sıcaklığı, soğuk sudan daha hızlı düşebilir.

Ayrıca daha sıcak suda daha az çözünmüş gaz olabilir. Bu da ısıyı iletme hızını azaltarak suyun daha hızlı soğumasını sağlayabilir. Bu nedenle, bir dahaki sefere içeceğinizi daha erken soğutmak isterseniz buz kalıplarınızı daha sıcak su ile doldurmayı deneyebilirsiniz.