지금부터 음펨바 효과를 열역학적 측면에서 보았을 때, 냉동식품 산업에 어떻게 적용시키고 어떤 효과를 가져올 수 있을지 살펴보겠습니다. 우선, 여러분은 겨울에 아이스링크장에 가본 경험이 있을 것입니다. 스케이트 날 때문에 얼음이 거칠어 지기 때문에 시간마다 얼음을 매끄럽게 만드는 작업을 수행합니다. 일반적으로 뜨거운 물은 차가운 물보다 느리게 식고 어는 과정이 오래 걸릴 거라고 생각합니다. 그러나 오히려 온도가 높은 물을 뿌리면 차가운 물보다 빨리 어는 현상을 주변에서 관찰할 수 있습니다.

이러한 현상은 과거 기록으로 이미 존재했는데, 아리스토텔레스에 의해 처음 기록되고 1600년대까지 상식으로 통했습니다. 그러나 현대로 넘어오면서 잊혀지다가 1969년에 음펨바라는 탄자니아의 학생에 의해 재발견 되었습니다. 먼저 음펨바 효고란 특정한 상황에서 고온의 물이 저온의 물보다 더 빨리 어는 현상을 말합니다.

여기에는 여러 관련이론들이 존재합니다. 먼저 대류현상을 살펴보았을 때, 고온의 물과 저온의 물은 온도차에 의해 대류현상을 발생시킵니다.

고온의 물은 전체적으로 동일한 온도를 갖는 물보다 대류현상이 활발하게 일어나고 더 빨리 식게 됩니다. 따라서 외부로의 열을 빨리 방출할 수 있기 때무네 음펨바 효과가 일어나는 것을 뒷받침합니다.

그 다음으로 과냉각은 0℃보다 낮은 물이 얼지 않은 상태를 뜻합니다. 여기에 응결핵 역할을 하는 물질을 넣거나 충격을 가하며 고체로 응고하게 됩니다. 연구결과에 따르면 고온의 물이 저온의 물보다 과냉각 현상이 덜 나타난다고 합니다. 불순물 이론은 고온의 물에는 많은 양의 기체가 용해되어 있어 물의 상태변화에 영향을 준다고 보는 것입니다. 용해된 기체가 많을수록 어는점의 효과가 떨어지기 때문에 기체가 많이 용해된 고온의 물에 비해 저온의 물은 더 낮은 어는점을 갖기 때문에 음펨바 효과가 나타난다고 볼 수 있습니다.

마지막으로는 얼음은 육각형 구조를 형성해야 하는데, 고온의 물이 저온의 물보다 분자 구조 측면에서 더 넉넉한 공간을 가지고 있기 때문에 육각형 구조를 쉽게 형성합니다. 따라서 고온은 온도만 떨어지면 얼음이 되지만 저온의 물은 육각형 구조의 공간을 확보해야 하기 때문에 음펨바 현상이 일어날 수 있습니다. 이제 음펨바 현상을 열역학적 측면에서 살펴보겠습니다. 보통 물질은 열에너지가 공급되면 분자의 운동세기가 커지고 온도가 높게 측정됩니다.