Investigadores japoneses de la Universidad de Kioto propuso un criterio universal para evaluar el efecto Mpemba, que significa que los sistemas calientes se congelan más rápido que los fríos en las mismas condiciones.
Se cree que este efecto fue observado por primera vez por Aristóteles hace más de 2.000 años. Fue redescubierto por el estudiante tanzano Erastus Mpemba en 1963. Ocurrió cuando preparaba helado en una de sus clases de cocina. Le pidió a un profesor de física local que le explicara por qué la mezcla de helado caliente de la nevera se congelaba más rápido que la fría, pero el profesor se limitó a reírse de él.
Más tarde, Mpemba le hizo la misma pregunta a Dennis Osborne, profesor de física de la Universidad de Dar es Salaam. Posteriormente, Mpemba y Osborne publicaron conjuntamente un artículo en el que describían una paradoja similar utilizando como ejemplo agua corriente.
También descubrieron que el efecto Mpemba no sólo se aplica al agua y a los líquidos simples. También observados en otros sistemas al microscopio. Sin embargo, la detección de esta paradoja depende críticamente de la elección de la medida de distancia utilizada para determinar lo lejos que está el sistema del equilibrio.
Porque hay un número infinito de posibles medidas de distancia, efecto observado utilizando una medida, puede no aparecer durante un tiempo finito utilizando otra. Tradicionalmente, la tasa de relajación, que determina la velocidad a la que el sistema vuelve al equilibrio tras un cambio de temperatura, suele estimarse utilizando una única medida monótona. Sin embargo, en este caso pueden obtenerse resultados falsos o contradictorios.
Esto llevó a los investigadores japoneses a desarrollar un criterio universal para determinar la manifestación del efecto Mpemba. Este criterio no se basa en un único indicador, sino en la teoría de la termomayoría — una estructura matemática que combina diferentes medidas de distancia.
«Nuestro estudio demuestra que el uso de la termomayoría equivale a considerar todos los indicadores monótonos al mismo tiempo», — afirma uno de los autores del estudio, Tan Wang Wu.
El uso de esta teoría ayudó a los investigadores japoneses a determinar un criterio preciso para evaluar la velocidad de relajación térmica, eliminando las ambigüedades que surgían en estudios anteriores. Los investigadores también determinaron que el efecto no se limita a un rango de temperatura específico, sino que puede producirse en una amplia gama de condiciones de temperatura.
Basándose en esto, los investigadores japoneses sugirieron Una nueva visión de los principios fundamentalesque controlan la dinámica de la relajación térmica, así como posibles aplicaciones para mejorar la eficiencia de los motores térmicos y las tecnologías de refrigeración. Según ellos, queda pendiente una cuestión clave: ¿cuál es la escala temporal mínima en la que puede manifestarse el efecto de mayorización térmica de Mpemba? Investigar este aspecto a través del prisma de los límites de velocidad puede ayudar a establecer límites fundamentales en la dinámica de la relajación.
El estudio se publicó en la revista Physical Review Letters
Fuente: SciTechDaily
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