Ich vermute, es ist eine Mischung aus Langeweile, weil ich bei dem superkalten Wetter zu Hause geblieben bin, und dem Zugang zum Internet, die dieses Problem verursacht. Welches Problem, fragen Sie? Die zahllosen Videos von Leuten, die während des Polarwirbels kochendes Wasser in die arktisch kalte Luft schütten. OK, ich gebe zu – es sieht auch wirklich cool aus. Hier ist, wie es aussieht.
[#video: https://www.youtube.com/embed/pTf7X_COAvM
Aber was zum Teufel passiert hier wirklich? Warum macht es dieses fantastische, wolkenartige Ding? Warum muss es so kalt sein?
Ja, das kochende Wasser verwandelt sich in Schnee. Schnee ist schön. Aber warum? Eigentlich ist dies ein großartiges Beispiel für Wasser in allen drei Phasen: fest, flüssig und gasförmig. Das kochende Wasser befindet sich zu Beginn hauptsächlich in der flüssigen Phase. Da es aber so heiß ist, hat das Wasser genug Energie, um den Übergang von der flüssigen in die gasförmige Phase zu vollziehen. Heißes Wasser verdampft schneller als kühles Wasser, deshalb funktioniert dieser Trick besser mit kochendem Wasser.
Wenn das kochende Wasser in die Luft geworfen wird, passieren mehrere Dinge. Erstens erzeugt das heiße Wasser durch Verdunstung Wasserdampf. Zweitens zerfällt das Wasser in kleinere Wasserklumpen, wenn es durch die Luft fliegt. Sowohl die Verdunstung als auch die kleineren Klumpen bedeuten, dass das Wasser schnell abkühlt. Hinzu kommt, dass kalte Luft nicht viel Wasserdampf aufnehmen kann – deshalb ist die Luft im Winter so viel trockener. Der Wasserdampf bleibt also nicht in der Luft, sondern kondensiert aus.
Am Ende steht dieses superkalte Wasser, das einfach nur gefriert. Das ist im Grunde dasselbe wie Schnee. Bumm. Sofortiger Schnee. Mit einfach nur kalter Luft funktioniert das nicht, weil die Luft nicht so leicht kondensiert.
Aber was ist mit einer anderen, verwandten Frage: Stimmt es, dass kochendes Wasser schneller gefriert als Wasser mit Zimmertemperatur? Hat das irgendetwas mit dem Kunststück zu tun, kochendes Wasser in Schnee zu verwandeln? Nicht wirklich. Dieser Effekt wird oft als Mpemba-Effekt bezeichnet und wird schon seit geraumer Zeit beobachtet – sogar Aristoteles hat sich mit diesem Phänomen befasst.
Es ist jedoch sehr schwierig, schöne Daten für heißes Wasser bis hin zu gefrorenem Wasser (auch als Eis bekannt) zu erhalten. So viele kleine Faktoren können einen erheblichen Einfluss auf den Abkühlungsprozess haben. Man muss die Verdunstung und die Konvektionsströmungen berücksichtigen. Bei einem heißen oder kalten Wasserbehälter kann es zu unterschiedlichen thermischen Wechselwirkungen mit der Umgebung kommen. Außerdem ist die Energieänderung, die erforderlich ist, um von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff überzugehen, im Vergleich zur Energieänderung beim Abkühlen einer Flüssigkeit sehr groß.
Schließlich ist es wirklich schwierig, ein theoretisches Modell zu erstellen, bei dem kochendes Wasser schneller gefriert als Raumwasser. Hier ist ein großartiges Video, das auf diese Punkte eingeht.
[#video: https://www.youtube.com/embed/SkH2iX0rx8U
So, even if the Mpemba effect is real, you don’t need it to explain how you make snow with boiling water in super-cold air.
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