מבוא:  אפקט מפמבה הוא תופעה מפתיעה, שכאשר מקררים שני כלים זהים המכילים אותה כמות מים, המים החמים יקפאו במקרים מסוימים לפני הקרים. לתופעה זו ישנם מספר איזכורים לאורך ההיסטוריה, החל ב"מטאורולוגיה" (Meteorology) של אריסטו, ב- Opus Majus של רוג'ר בייקון ואצל הוגים נוספים כמו קלגט, פרנסיס בייקון ורנה דקרט. למרות זאת, את התופעה תיאר לראשונה באופן ברור תלמיד תיכון מטנזניה בשם ארסטו מפמבה.

עקרונות פיזיקליים מרכזיים:

• מצבי צבירה, מעבר פאזות ודיאגרמת פאזות.
• קירור-יתר (Supercooling).
• התגרענות (Nucleation).
• התאיידות (Evaporation).
• הסעת חום.

שאלות המחקר:

• כיצד משתנה טמפרטורת המים כתלות בזמן (עבור טמפרטורה חיצונית נתונה)? כולל פיתוח נוסחאות.
• האם קיים הבדל בין מי ברז למים מזוקקים? ומדוע?
• מציאת תלות בין טמפרטורת המים ההתחלתית לבין משך זמן קפיאתם.
• מציאת קשר בין טמפרטורת המים ההתחלתית לבין נקודת קירור-היתר המינימאלית שלהם.
• ניסיון לתת הסבר מדוע מים חמים קופאים, במקרים מסוימים, מהר יותר ממים קרים.

מערך ומהלך המחקר:

• שימוש במבחנות המכילות נוזלים שונים בטמפרטורות שונות ובטמפרטורות סביבה שונות. הניסויים יתבצעו בעזרת מספר מדי-חום שיחוברו למחשב.
• בניית סימולציות שיתארו את התנהגות המים בהתאם לתנאי ההתחלה.

מטרות העבודה:

• הבנה מעמיקה של מגוון רחב של נושאים מתחום התרמודינאמיקה.
• רכישת מיומנות בפיתוח תיאוריות פיסיקליות והפרכתן או אישושן בעזרת ניסוי ותהיה.
• חקירה מקיפה של תחום מעברי פאזה (בעיקר מנוזל למוצק).