Miksi kuumavesiputki jäätyy?
Hei, täällä pakkasen keskellä maalla mieleen tulee monia asioita, joiden ymmärtäminen on tosi vaikeaa. Jos pystytte ratkaisemaan ja tai selvittämään kyseisen ilmiön. Rinnakkain asetetut vesiputket (kuuma ja kylmä käyttövesi). Näin pakkasten aikaan kuumavesiputki menee jäähän ja kylmä pysyy sulana. Eristykset molemmille putkille samat. Onko tälle ilmiölle mitään tieteellistä selitettä. Nimi: Tuomo Taavila
Helsingin yliopiston materiaalifysiikan professori Keijo Hämäläinen vastaa:
Havaittu ilmiö on todellakin mahdollinen. Tähän ei ole yhtä vastausta, koska mahdollisia selityksiä on lukuisia. Usein yksinkertainen käytännöllinen asia selittää ilmiön. Putkien halkaisijassa tai materiaalissa voi olla ehkä eroja, kuumavesiputken sisäosa on ajan myötä lähes tukkeutunut sakasta, kylmää vettä käytetään ehkä enemmän, joten kuumavesiputkessa on vähemmän virtausta tai kylmävesiputkessa on huomaamaton vuoto, jonka aiheuttama jatkuva pieni virtaus estää jäätymistä.
Jos putket todella ovat täysin samanlaiset, kyse on niin sanotusta Mpemban ilmiöstä. Tarinan mukaan afrikkalainen Mpemba-poika teki jäätelöä ja huomasi, että se onnistuu kuumasta maidosta nopeammin kuin kylmästä. Mpemban ilmiö tarkoittaa, että kuuma vesi jäätyy tietyissä olosuhteissa kylmää vettä nopeammin. Tämä voi tuntua oudolta, mutta näin on tieteellisestikin osoitettu ja dokumentoitu.
Yksikäsitteistä selitystä Mpemban ilmiölle ei ole olemassa vaan siihen vaikuttavat monet eri tekijät. Jäätyvien putkien tapauksessa todennäköisimpänä syynä on se, että kylmä vesi alijäähtyy helpommin kuin kuuma vesi ennen jäätymistään. Yleinen käsitys on, että vesi jäätyy
nolla-asteessa. Tosiasiassa jäätyminen tulee mahdolliseksi nollassa, mutta useimmiten näin ei käy vaan vesi alijäähtyy. Se voi pysyä sulana helposti vielä jopa miinus kymmenessä asteessa.
Kuuma vesi ei alijäähdy yhtä todennäköisesti, koska vesien rakenteissa ja historiassa on eroja. Kuumassa ja kylmässä vedessä on esimerkiksi eri määrä sitoutuneita kaasuja ja veteen liuenneita muita suoloja. Ne toimivat tiivistymiskeskuksina, joista jäätymisprosessi saa alkunsa. Jäätyminen itsessään on äärimmäisen monimutkainen prosessi, joka tarvitsee alkuun päästäkseen jonkin ärsykkeen tai häiriötekijän. Kuumavesiputkien sisäpinnoilla saattaa olla usein esimerkiksi enemmän
sedimenttiä, ruostetta tai muita karheita pintarakenteita, jotka myös toimivat jäätymisprosessin kimmokkeina.
Vaikka kylmävesiputki on sulana, alijäähtyneen veden lämpötila putkessa voi olla paljon alhaisempi kuin viereisessä jäätyneessä kuumavesiputkessa. Koska putkessa oleva vesi on alijäähtyneenä, mikä tahansa ulkoinen häiriötekijä saattaa jäädyttää sen nopeasti. Jos putkea esimerkiksi kopautetaan voimakkaasti vasaralla, saattaa se pamahtaa heti jäähän.
