L’effetto è conosciuto come effetto Mpemba, dal nome dello studente tanzaniano che lo notò nel 1969. La storia della scoperta è raccontata ad esempio da Carlo Bernardini nel libro ‘Contare e Raccontare’, Laterza 2003, ma si trova anche in rete in diversi siti.
Sembra infatti che il giovane studente Erasto B. Mpemba, facendo il gelato, lo pose nel freezer ancora caldo piuttosto che aspettare che stiepidisse. Con suo grande stupore notò che si era congelato prima dei gelati fatti dai compagni e messi in freezer tiepidi. Ripetendo l’esperimento con due beker pieni d’acqua si otteneva lo stesso risultato.
Quando un giorno il dottor Osborne visitò la scuola di Mpemba, egli gli pose la domanda del perché l’acqua calda gelazze prima di quella fredda, e, dopo una fase di scetticismo iniziale anche Osborne si convinse dell’effetto, cui venne dato il nome del giovane studente africano.
Io stesso ho ripetuto l’esperimento, con una leggera ma probabilmente fondamentale variante: ho posto i due beker non nel freezer, ma su una cassa di legno all’aperto ( ero in Antartide e faceva -40). Risultato: l’acqua fredda ha gelato prima della calda.
Ciò aiuta a capire qual è il contributo principale all’effetto Mpemba: il recipiente bollente caldo fa fondere il sottile strato di ghiaccio che si forma nel freezer e che isola quindi il contenitore dal piano metallico (che invece è un buon conduttore). Nel caso del legno nessun aiuto alla conduzione viene dal recipiente caldo e pertanto avviene solo scambio con l’aria circostante.
La discussione delle cause dell’effetto Mpemba è comunque molto accesa: in rete e su varie riviste si trovano molteplici spiegazioni più o meno verosimili, e comunque altri parametri sono supposti giocare un ruolo nell’effetto: la differente solubilità di gas in funzione della temperatura, la presenza di nuclei di condensazione, la diminuzione di massa per evaporazione, ecc. Resta comunque che con ogni evidenza l’effetto trascinante è quello della migliore conduzione del calore nei confronti del recipiente caldo.
Per saperne di più, oltre al citato libro di Bernardini e de Mauro, si può consultare l’articolo originale del 1969 su Physics Education, 1969, 4, pag 172, oppure il più recente Supercooling and the Mpemba effect: When hot water freezes quicker then cold, David Auerbach, American Journal of Physics Vol.63,pg.882-885 (1995).
Un’ultima rilfessione su una variante dell’effetto Mpemba: lanciando in aria (sempre a -40 °C) il contenuto di due bicchieri, uno di acqua fredda ed uno di acqua calda, l’acqua calda giunge a terra ghiacciata mentre quella fredda no. Qui il meccanismo è probabilmente guidato dalla forte evaporazione dell’acqua calda, considerata anche la bassissima umidità relativa (circa 10%), che fa diminuire il volume delle gocce e ne favorisce il congelamento.
Inoltre, l’evaporazione instaura una retroazione positiva sottraendo calore di evaporazione e favorendo in questo modo il congelamento ulteriore.
Grazie a Nicola Buratti e Salvatore Ganci per i suggerimenti.