குளிர்ந்த காலநிலையில் சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது? குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது

1963 ஆம் ஆண்டில், தான்சானியாவைச் சேர்ந்த எராஸ்டோ எம்பெம்பா என்ற மாணவர் தனது ஆசிரியரிடம் ஒரு முட்டாள்தனமான கேள்வியைக் கேட்டார் - குளிர்ந்த ஐஸ்கிரீமை விட சூடான ஐஸ்கிரீம் தனது உறைவிப்பாளரில் ஏன் வேகமாக உறைகிறது?

மகம்பின்ஸ்காயாவின் மாணவராக உயர்நிலைப் பள்ளிதான்சானியாவில், Erasto Mpemba செய்தார் செய்முறை வேலைப்பாடுசமையல் வணிகத்தில். அவர் வீட்டில் ஐஸ்கிரீம் செய்ய வேண்டும் - பால் கொதிக்க, அதில் சர்க்கரை கரைத்து, அதை குளிர்விக்க அறை வெப்பநிலைபின்னர் உறைய வைக்க குளிரூட்டவும். வெளிப்படையாக, Mpemba குறிப்பாக விடாமுயற்சியுள்ள மாணவர் அல்ல, மேலும் அவர் பணியின் முதல் பகுதியை முடிக்க தாமதப்படுத்தினார். பாடம் முடிவதற்குள் சரியான நேரத்தில் வரமாட்டான் என்று பயந்து, சூடான பாலை குளிர்சாதன பெட்டியில் வைத்தான். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, கொடுக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பத்தின்படி தயாரிக்கப்பட்ட அவரது தோழர்களின் பால் விட முன்னதாகவே அது உறைந்தது.

அவர் தெளிவுபடுத்துவதற்காக இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் திரும்பினார், ஆனால் அவர் மாணவரைப் பார்த்து சிரித்தார்: "இது உலக இயற்பியல் அல்ல, ஆனால் எம்பெம்பாவின் இயற்பியல்." அதன் பிறகு, எம்பெம்பா பாலுடன் மட்டுமல்ல, சாதாரண தண்ணீரிலும் பரிசோதனை செய்தார்.

எவ்வாறாயினும், ஏற்கனவே Mkvavskaya உயர்நிலைப் பள்ளியின் மாணவராக இருந்த அவர், டார் எஸ் சலாமில் உள்ள பல்கலைக்கழகக் கல்லூரியின் பேராசிரியர் டென்னிஸ் ஆஸ்போர்னிடம் (மாணவர்களுக்கு இயற்பியல் பற்றி விரிவுரை வழங்க தலைமை ஆசிரியரால் அழைக்கப்பட்டார்) குறிப்பாக தண்ணீரைப் பற்றி கேட்டார்: "இரண்டு ஒத்ததாக இருந்தால் சம அளவு தண்ணீரைக் கொண்ட கொள்கலன்கள், அவற்றில் ஒன்றில் தண்ணீர் 35 ° C வெப்பநிலையைக் கொண்டிருக்கும், மற்றொன்று - 100 ° C, மற்றும் அவற்றை உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைக்கவும், பின்னர் இரண்டாவது தண்ணீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ஏன்?" ஆஸ்போர்ன் இந்த சிக்கலில் ஆர்வம் காட்டினார், விரைவில் 1969 இல், அவரும் எம்பெம்பாவும் தங்கள் சோதனைகளின் முடிவுகளை "இயற்பியல் கல்வி" இதழில் வெளியிட்டனர். அப்போதிருந்து, அவர்கள் கண்டுபிடித்த விளைவு எம்பெம்பா விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

இது ஏன் நடக்கிறது என்பதை அறிய ஆர்வமாக உள்ளீர்களா? சில ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, விஞ்ஞானிகள் இந்த நிகழ்வை விளக்க முடிந்தது ...

எம்பெம்பா விளைவு (Mpemba Paradox) என்பது ஒரு முரண்பாடாகும் வெந்நீர்சில நிபந்தனைகளின் கீழ் குளிர்ச்சியை விட வேகமாக உறைகிறது, அதே நேரத்தில் அது வெப்பநிலையை கடக்க வேண்டும் குளிர்ந்த நீர்உறைபனி செயல்பாட்டில். இந்த முரண்பாடானது வழக்கமான கருத்துக்களுக்கு முரணான ஒரு சோதனை உண்மையாகும், இதன்படி, அதே நிலைமைகளின் கீழ், ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடைய அதிக வெப்பமான உடல் அதே வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க குறைந்த வெப்பமான உடலை விட அதிக நேரம் எடுக்கும்.

இந்த நிகழ்வு அரிஸ்டாட்டில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் ஆகியோரால் கவனிக்கப்பட்டது. இப்போது வரை, இந்த விசித்திரமான விளைவை எவ்வாறு விளக்குவது என்பது யாருக்கும் தெரியாது. விஞ்ஞானிகளுக்கு ஒரு பதிப்பு இல்லை, இருப்பினும் பல உள்ளன. இது சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் பண்புகளில் உள்ள வேறுபாட்டைப் பற்றியது, ஆனால் இந்த விஷயத்தில் எந்த பண்புகள் பங்கு வகிக்கின்றன என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை: சூப்பர் கூலிங், ஆவியாதல், பனி உருவாக்கம், வெப்பச்சலனம் அல்லது தண்ணீரில் திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் விளைவு வெவ்வேறு வெப்பநிலை. எம்பெம்பா விளைவின் முரண்பாடு என்னவென்றால், ஒரு உடல் சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் நேரம் இந்த உடலுக்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வேறுபாட்டிற்கு விகிதாசாரமாக இருக்க வேண்டும். இந்த சட்டம் நியூட்டனால் நிறுவப்பட்டது, அதன் பின்னர் நடைமுறையில் பல முறை உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த விளைவில், 100 ° C வெப்பநிலை கொண்ட நீர் 35 ° C வெப்பநிலையுடன் அதே அளவு தண்ணீரை விட வேகமாக 0 ° C வெப்பநிலையில் குளிர்கிறது.

அப்போதிருந்து, வெவ்வேறு பதிப்புகள் வெளிப்படுத்தப்பட்டுள்ளன, அவற்றில் ஒன்று பின்வருமாறு ஒலித்தது: முதலில் சூடான நீரின் ஒரு பகுதி வெறுமனே ஆவியாகிறது, பின்னர், அது குறைவாக இருக்கும்போது, தண்ணீர் வேகமாக உறைகிறது. இந்த பதிப்பு, அதன் எளிமை காரணமாக, மிகவும் பிரபலமானது, ஆனால் விஞ்ஞானிகள் முழுமையாக திருப்தி அடையவில்லை.

இப்போது சிங்கப்பூரில் உள்ள நன்யாங் தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த வேதியியலாளர் ஜி ஜாங் தலைமையிலான ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, குளிர்ந்த நீரை விட வெதுவெதுப்பான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்ற பழங்கால மர்மத்தைத் தீர்த்துவிட்டதாகக் கூறியுள்ளது. சீன வல்லுநர்கள் கண்டறிந்தபடி, நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலின் அளவு இரகசியமாக உள்ளது.

உங்களுக்குத் தெரியும், நீர் மூலக்கூறுகள் ஒரு ஆக்ஸிஜன் அணு மற்றும் இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களால் கோவலன்ட் பிணைப்புகளால் ஒன்றிணைக்கப்படுகின்றன, இது துகள் மட்டத்தில் எலக்ட்ரான்களின் பரிமாற்றம் போல் தெரிகிறது. மற்றொன்று அறியப்பட்ட உண்மைஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அண்டை மூலக்கூறுகளிலிருந்து ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுக்கு ஈர்க்கப்படுகின்றன - இந்த வழக்கில் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் உருவாகின்றன.

அதே நேரத்தில், நீர் மூலக்கூறுகள் பொதுவாக ஒருவருக்கொருவர் விரட்டப்படுகின்றன. சிங்கப்பூரைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள், நீர் சூடாக இருப்பதால், விரட்டும் சக்திகளின் அதிகரிப்பு காரணமாக திரவ மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் அதிகமாக இருப்பதைக் கவனித்தனர். இதன் விளைவாக, ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் நீட்டிக்கப்படுகின்றன, எனவே அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்கின்றன. நீர் குளிர்ச்சியடையும் போது இந்த ஆற்றல் வெளியிடப்படுகிறது - மூலக்கூறுகள் ஒருவருக்கொருவர் நெருக்கமாக நகரும். ஆற்றல் வெளியீடு, உங்களுக்குத் தெரிந்தபடி, குளிர்ச்சியைக் குறிக்கிறது.

விஞ்ஞானிகளால் செய்யப்பட்ட சில அனுமானங்கள் இங்கே:

ஆவியாதல்

கொள்கலனில் இருந்து சூடான நீர் வேகமாக ஆவியாகி, அதன் அளவைக் குறைக்கிறது, அதே வெப்பநிலையுடன் சிறிய அளவிலான நீர் வேகமாக உறைகிறது. 100 ° C க்கு சூடாக்கப்பட்ட நீர் 0 ° C க்கு குளிர்விக்கப்படும் போது அதன் நிறை 16% இழக்கிறது. ஆவியாதல் விளைவு - இரட்டை விளைவு. முதலில், குளிர்ச்சிக்குத் தேவையான நீரின் அளவு குறைக்கப்படுகிறது. இரண்டாவதாக, ஆவியாதல் காரணமாக, அதன் வெப்பநிலை குறைகிறது.

வெப்பநிலை வேறுபாடு

இடையே வெப்பநிலை வேறுபாடு உண்மையில் காரணமாக வெந்நீர்மற்றும் அதிக குளிர் காற்று - எனவே, இந்த வழக்கில் வெப்ப பரிமாற்றம் மிகவும் தீவிரமானது மற்றும் சூடான நீர் வேகமாக குளிர்கிறது.

தாழ்வெப்பநிலை
தண்ணீர் 0 ° C க்கு கீழே குளிர்ந்தால், அது எப்போதும் உறைவதில்லை. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், அது தாழ்வெப்பநிலைக்கு உட்படலாம், உறைபனிக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் தொடர்ந்து திரவமாக இருக்கும். சில சந்தர்ப்பங்களில், நீர் -20 ° C இல் கூட திரவமாக இருக்கும். இந்த விளைவுக்கான காரணம் என்னவென்றால், முதல் பனி படிகங்கள் உருவாகத் தொடங்குவதற்கு, படிக உருவாக்கத்தின் மையங்கள் தேவைப்படுகின்றன. அவை திரவ நீரில் இல்லை என்றால், படிகங்கள் தன்னிச்சையாக உருவாகத் தொடங்கும் அளவுக்கு வெப்பநிலை குறையும் வரை தாழ்வெப்பநிலை தொடரும். அவை ஒரு சூப்பர் கூல்டு திரவத்தில் உருவாகத் தொடங்கும் போது, அவை வேகமாக வளரத் தொடங்கும், ஒரு பனிக்கட்டியை உருவாக்கும், இது உறைபனியை உருவாக்கும். சூடான நீர் தாழ்வெப்பநிலைக்கு மிகவும் எளிதில் பாதிக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அதை சூடாக்குவது கரைந்த வாயுக்கள் மற்றும் குமிழ்களை நீக்குகிறது, இது பனி படிகங்களை உருவாக்குவதற்கான மையமாக செயல்படும். தாழ்வெப்பநிலை ஏன் சூடான நீரை வேகமாக உறைய வைக்கிறது? குளிர்ந்த நீரின் விஷயத்தில், இது அதிக குளிர்ச்சியடையாது, பின்வருபவை நிகழ்கின்றன: அதன் மேற்பரப்பில் பனியின் மெல்லிய அடுக்கு உருவாகிறது, இது தண்ணீருக்கும் குளிர்ந்த காற்றுக்கும் இடையில் ஒரு இன்சுலேட்டராக செயல்படுகிறது, இதனால் மேலும் ஆவியாவதைத் தடுக்கிறது. இந்த வழக்கில் பனி படிகங்கள் உருவாகும் விகிதம் மெதுவாக இருக்கும். சூடான நீரின் விஷயத்தில், சூப்பர் கூலிங்கிற்கு உட்பட்டது, சூப்பர் கூல்டு நீரில் பனியின் பாதுகாப்பு மேற்பரப்பு அடுக்கு இல்லை. எனவே, திறந்த மேல் வழியாக வெப்பத்தை மிக வேகமாக இழக்கிறது. தாழ்வெப்பநிலை செயல்முறை முடிவடைந்து, நீர் உறைந்தால், அதிக வெப்பம் இழக்கப்பட்டு அதனால் உருவாகிறது அதிக பனி... இந்த விளைவின் பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் மெம்பம்பா விளைவின் விஷயத்தில் தாழ்வெப்பநிலையை முக்கிய காரணியாக கருதுகின்றனர்.
வெப்பச்சலனம்

குளிர்ந்த நீர் மேலே இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது, இதனால் வெப்பக் கதிர்வீச்சு மற்றும் வெப்பச்சலனத்தின் செயல்முறைகள் மோசமடைகின்றன, எனவே வெப்ப இழப்பு ஏற்படுகிறது, அதே நேரத்தில் சூடான நீர் கீழே இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது. இந்த விளைவு நீர் அடர்த்தி ஒழுங்கின்மை மூலம் விளக்கப்படுகிறது. நீர் அதிகபட்ச அடர்த்தி 4 ° C இல் உள்ளது. நீங்கள் தண்ணீரை 4 ° C க்கு குளிர்வித்து, குறைந்த வெப்பநிலை சூழலில் வைத்தால், நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு வேகமாக உறைந்துவிடும். இந்த நீர் 4 ° C வெப்பநிலையில் தண்ணீரை விட குறைவான அடர்த்தியாக இருப்பதால், அது மேற்பரப்பில் இருக்கும், ஒரு மெல்லிய குளிர் அடுக்கை உருவாக்குகிறது. இந்த நிலைமைகளின் கீழ், நீரின் மேற்பரப்பில் ஒரு மெல்லிய அடுக்கு பனி உருவாகும், ஆனால் இந்த பனி அடுக்கு நீரின் கீழ் அடுக்குகளைப் பாதுகாக்கும் இன்சுலேட்டராக செயல்படும், இது 4 ° C வெப்பநிலையில் இருக்கும். எனவே, மேலும் குளிரூட்டும் செயல்முறை மெதுவாக இருக்கும். சூடான நீரின் விஷயத்தில், நிலைமை முற்றிலும் வேறுபட்டது. ஆவியாதல் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு விரைவாக குளிர்ச்சியடையும். கூடுதலாக, குளிர்ந்த நீர் அடுக்குகள் சூடான நீர் அடுக்குகளை விட அடர்த்தியானவை, எனவே குளிர்ந்த நீர் அடுக்கு கீழே மூழ்கி, வெதுவெதுப்பான நீர் அடுக்கை மேற்பரப்பிற்கு உயர்த்தும். நீரின் இந்த சுழற்சி வெப்பநிலையில் விரைவான வீழ்ச்சியை உறுதி செய்கிறது. ஆனால் இந்த செயல்முறை ஏன் சமநிலைப் புள்ளியை அடைய முடியவில்லை? வெப்பச்சலனத்தின் பார்வையில் இருந்து Mpemba விளைவை விளக்குவதற்கு, குளிர் மற்றும் சூடான நீரின் அடுக்குகள் பிரிக்கப்பட்டு, சராசரி நீர் வெப்பநிலை 4 ° C க்கு கீழே குறைந்த பிறகு வெப்பச்சலன செயல்முறை தொடர்கிறது என்று கருதுவது அவசியம். இருப்பினும், குளிர் மற்றும் சூடான நீர் அடுக்குகள் வெப்பச்சலனத்தால் பிரிக்கப்படுகின்றன என்ற இந்த கருதுகோளை ஆதரிக்கும் சோதனை தரவு எதுவும் இல்லை.

நீரில் கரைந்த வாயுக்கள்

தண்ணீரில் எப்போதும் கரைந்த வாயுக்கள் உள்ளன - ஆக்ஸிஜன் மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடு. இந்த வாயுக்களுக்கு நீரின் உறைநிலையை குறைக்கும் திறன் உள்ளது. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, இந்த வாயுக்கள் நீரிலிருந்து வெளியிடப்படுகின்றன, ஏனெனில் அதிக வெப்பநிலையில் தண்ணீரில் கரையும் தன்மை குறைவாக இருக்கும். எனவே, சூடான நீரை குளிர்விக்கும் போது, வெப்பமடையாத குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் அதில் குறைந்த கரைந்த வாயுக்கள் எப்போதும் இருக்கும். எனவே, சூடான நீரின் உறைபனி புள்ளி அதிகமாக உள்ளது மற்றும் அது வேகமாக உறைகிறது. இந்த காரணி சில நேரங்களில் Mpemba விளைவை விளக்குவதில் முக்கியமாகக் கருதப்படுகிறது, இருப்பினும் இந்த உண்மையை உறுதிப்படுத்தும் சோதனை தரவு எதுவும் இல்லை.

வெப்ப கடத்தி

இந்த பொறிமுறையை இயக்க முடியும் முக்கிய பங்குதண்ணீர் சிறிய கொள்கலன்களில் குளிர்சாதன பெட்டியில் உறைவிப்பான் வைக்கப்படும் போது. இந்த நிலைமைகளின் கீழ், சூடான நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் உறைவிப்பான் பனியை உருக்கி, அதன் மூலம் உறைவிப்பான் சுவர் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனுடன் வெப்ப தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக, குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் சூடான நீருடன் கூடிய கொள்கலனில் இருந்து வெப்பம் வேகமாக அகற்றப்படுகிறது. இதையொட்டி, குளிர்ந்த நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் பனியைக் கரைக்காது. இந்த (மற்றும் பிற) நிபந்தனைகள் அனைத்தும் பல சோதனைகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டன, ஆனால் கேள்விக்கு ஒரு தெளிவான பதில் - அவற்றில் எது எம்பெம்பா விளைவின் நூறு சதவீத இனப்பெருக்கத்தை வழங்குகிறது - பெறப்படவில்லை. உதாரணமாக, 1995 ஆம் ஆண்டில் ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் டேவிட் அவுர்பாக் இந்த விளைவில் நீரின் சூப்பர் கூலிங் விளைவை ஆய்வு செய்தார். சூடான நீர், ஒரு சூப்பர் கூல்டு நிலையை அடைகிறது, குளிர்ந்த நீரை விட அதிக வெப்பநிலையில் உறைகிறது, அதாவது பிந்தையதை விட வேகமாக இருக்கும். ஆனால் குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரை விட வேகமாக குளிர்ந்த நிலையை அடைகிறது, இதன் மூலம் முந்தைய பின்னடைவை ஈடுசெய்கிறது. கூடுதலாக, Auerbach இன் முடிவுகள் குறைவான படிகமயமாக்கல் மையங்கள் காரணமாக சூடான நீர் அதிக தாழ்வெப்பநிலையை அடைய முடியும் என்ற முந்தைய கண்டுபிடிப்புகளுக்கு முரணானது. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, அதில் கரைந்துள்ள வாயுக்கள் அதிலிருந்து அகற்றப்பட்டு, கொதிக்கும் போது, அதில் கரைந்திருக்கும் சில உப்புகள் படிந்துவிடும். இதுவரை, ஒரே ஒரு விஷயத்தை மட்டுமே வலியுறுத்த முடியும் - இந்த விளைவின் இனப்பெருக்கம் அடிப்படையில் சோதனை மேற்கொள்ளப்படும் நிலைமைகளைப் பொறுத்தது. துல்லியமாக அது எப்போதும் இனப்பெருக்கம் செய்யப்படுவதில்லை என்பதால்.

ஆனால் அவர்கள் சொல்வது போல், பெரும்பாலும் காரணம்.

வேதியியலாளர்கள் தங்கள் கட்டுரையில் எழுதுவது போல், முன்அச்சு தளமான arXiv.org இல் காணலாம், ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் சூடான நீரில் இறுக்கமாக இருக்கும். இதனால், சூடான நீரின் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளில் அதிக ஆற்றல் சேமிக்கப்படுகிறது, அதாவது துணை பூஜ்ஜிய வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்கும்போது அதிக ஆற்றல் வெளியிடப்படுகிறது. இந்த காரணத்திற்காக, திடப்படுத்துதல் வேகமாக உள்ளது.

இன்றுவரை, விஞ்ஞானிகள் இந்த புதிரை கோட்பாட்டளவில் மட்டுமே தீர்த்துள்ளனர். அவர்கள் தங்கள் பதிப்பின் உறுதியான ஆதாரங்களை முன்வைக்கும்போது, குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்ற கேள்வி மூடப்பட்டதாகக் கருதப்படலாம்.

Mpemba விளைவு, அல்லது குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது? Mpemba விளைவு (Mpemba முரண்பாடு) என்பது ஒரு முரண்பாடாகும், இது சில நிபந்தனைகளின் கீழ் குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் வேகமாக உறைகிறது, இருப்பினும் அது உறைபனி செயல்முறையின் போது குளிர்ந்த நீரின் வெப்பநிலையைக் கடக்க வேண்டும். இந்த முரண்பாடானது வழக்கமான கருத்துக்களுக்கு முரணான ஒரு சோதனை உண்மையாகும், இதன்படி, அதே நிலைமைகளின் கீழ், ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடைய அதிக வெப்பமான உடல் அதே வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க குறைந்த வெப்பமான உடலை விட அதிக நேரம் எடுக்கும். இந்த நிகழ்வை அரிஸ்டாட்டில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் ஆகியோர் அந்த நேரத்தில் கவனித்தனர், ஆனால் 1963 ஆம் ஆண்டு வரை தான்சானிய பள்ளி மாணவன் எராஸ்டோ எம்பெம்பா, சூடான ஐஸ்கிரீம் கலவையானது குளிர்ச்சியானதை விட வேகமாக உறைகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார். தான்சானியாவில் உள்ள மகம்பா உயர்நிலைப் பள்ளியில் மாணவராக இருந்தபோது, எராஸ்டோ ம்பெம்பா நடைமுறை சமையல் வேலைகளைச் செய்தார். அவர் வீட்டில் ஐஸ்கிரீம் செய்ய வேண்டும் - பால் கொதிக்க, அதில் சர்க்கரை கரைத்து, அறை வெப்பநிலையில் அதை குளிர்வித்து, பின்னர் உறைய குளிர்சாதன பெட்டியில் வைக்கவும். வெளிப்படையாக, Mpemba குறிப்பாக விடாமுயற்சியுள்ள மாணவர் அல்ல, மேலும் அவர் பணியின் முதல் பகுதியை முடிக்க தாமதப்படுத்தினார். பாடம் முடிவதற்குள் சரியான நேரத்தில் வரமாட்டான் என்று பயந்து, சூடான பாலை குளிர்சாதன பெட்டியில் வைத்தான். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, கொடுக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பத்தின்படி தயாரிக்கப்பட்ட அவரது தோழர்களின் பால் விட முன்னதாகவே அது உறைந்தது. அதன் பிறகு, எம்பெம்பா பாலுடன் மட்டுமல்ல, சாதாரண தண்ணீரிலும் பரிசோதனை செய்தார். எவ்வாறாயினும், ஏற்கனவே Mkvavskaya உயர்நிலைப் பள்ளியின் மாணவராக இருந்த அவர், டார் எஸ் சலாமில் உள்ள பல்கலைக்கழகக் கல்லூரியின் பேராசிரியர் டென்னிஸ் ஆஸ்போர்னிடம் (மாணவர்களுக்கு இயற்பியல் குறித்த விரிவுரையை வழங்க தலைமை ஆசிரியரால் அழைக்கப்பட்டார்) குறிப்பாக தண்ணீரைப் பற்றி கேட்டார்: "நாம் இரண்டை எடுத்துக் கொண்டால். ஒரே மாதிரியான தண்ணீரைக் கொண்ட ஒரே மாதிரியான கொள்கலன்கள், அவற்றில் ஒன்றில் தண்ணீர் 35 ° C வெப்பநிலையைக் கொண்டிருக்கும், மற்றொன்று - 100 ° C, மற்றும் அவற்றை உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைக்கவும், பின்னர் இரண்டாவது தண்ணீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ?" ஆஸ்போர்ன் இந்த சிக்கலில் ஆர்வம் காட்டினார், விரைவில் 1969 இல் அவரும் எம்பெம்பாவும் தங்கள் சோதனைகளின் முடிவுகளை "இயற்பியல் கல்வி" இதழில் வெளியிட்டனர். அப்போதிருந்து, அவர்கள் கண்டுபிடித்த விளைவு எம்பெம்பா விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இப்போது வரை, இந்த விசித்திரமான விளைவை எவ்வாறு விளக்குவது என்பது யாருக்கும் தெரியாது. விஞ்ஞானிகளுக்கு ஒரு பதிப்பு இல்லை, இருப்பினும் பல உள்ளன. இது சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் பண்புகளில் உள்ள வேறுபாட்டைப் பற்றியது, ஆனால் இந்த விஷயத்தில் எந்த பண்புகள் பங்கு வகிக்கின்றன என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை: சூப்பர் கூலிங், ஆவியாதல், பனி உருவாக்கம், வெப்பச்சலனம் அல்லது தண்ணீரில் திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் விளைவு வெவ்வேறு வெப்பநிலை. எம்பெம்பா விளைவின் முரண்பாடு என்னவென்றால், ஒரு உடல் சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் நேரம் இந்த உடலுக்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வேறுபாட்டிற்கு விகிதாசாரமாக இருக்க வேண்டும். இந்த சட்டம் நியூட்டனால் நிறுவப்பட்டது, அதன் பின்னர் நடைமுறையில் பல முறை உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த விளைவில், 100 ° C வெப்பநிலை கொண்ட நீர் 35 ° C வெப்பநிலையுடன் அதே அளவு தண்ணீரை விட வேகமாக 0 ° C வெப்பநிலையில் குளிர்கிறது. இருப்பினும், இது இன்னும் ஒரு முரண்பாட்டை பரிந்துரைக்கவில்லை, ஏனெனில் எம்பெம்பா விளைவை கட்டமைப்பில் விளக்கலாம் பிரபலமான இயற்பியல் ... Mpemba விளைவுக்கான சில விளக்கங்கள் இங்கே உள்ளன: ஆவியாதல் ஒரு கொள்கலனில் இருந்து சூடான நீர் வேகமாக ஆவியாகிறது, இதனால் அதன் அளவு குறைகிறது, அதே வெப்பநிலையில் ஒரு சிறிய அளவு நீர் வேகமாக உறைகிறது. 100 C க்கு சூடாக்கப்பட்ட நீர் 0 C க்கு குளிர்விக்கப்படும் போது அதன் நிறை 16% இழக்கிறது. ஆவியாதல் விளைவு இரட்டை விளைவு ஆகும். முதலில், குளிர்ச்சிக்குத் தேவையான நீரின் அளவு குறைக்கப்படுகிறது. இரண்டாவதாக, நீர் கட்டத்திலிருந்து நீராவி கட்டத்திற்கு மாறுவதன் ஆவியாதல் வெப்பம் குறைவதால் வெப்பநிலை குறைகிறது. வெப்பநிலை வேறுபாடு சூடான நீருக்கும் குளிர்ந்த காற்றுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வேறுபாடு அதிகமாக இருப்பதால் - எனவே, இந்த விஷயத்தில் வெப்ப பரிமாற்றம் மிகவும் தீவிரமானது மற்றும் சூடான நீர் வேகமாக குளிர்கிறது. தாழ்வெப்பநிலை நீர் 0 ° C க்கு கீழே குளிர்ந்தால் அது எப்போதும் உறைவதில்லை. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், அது தாழ்வெப்பநிலைக்கு உட்படலாம், உறைபனிக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் தொடர்ந்து திரவமாக இருக்கும். சில சமயங்களில், -20 C வெப்பநிலையில் கூட நீர் திரவமாக இருக்கும். இந்த விளைவுக்கான காரணம் என்னவென்றால், முதல் பனி படிகங்கள் உருவாகத் தொடங்குவதற்கு, படிக உருவாக்கத்தின் மையங்கள் தேவைப்படுகின்றன. அவை திரவ நீரில் இல்லை என்றால், படிகங்கள் தன்னிச்சையாக உருவாகத் தொடங்கும் அளவுக்கு வெப்பநிலை குறையும் வரை தாழ்வெப்பநிலை தொடரும். அவை ஒரு சூப்பர் கூல்டு திரவத்தில் உருவாகத் தொடங்கும் போது, அவை வேகமாக வளரத் தொடங்கும், ஒரு பனிக்கட்டியை உருவாக்கும், இது உறைபனியை உருவாக்கும். சூடான நீர் தாழ்வெப்பநிலைக்கு மிகவும் எளிதில் பாதிக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அதை சூடாக்குவது கரைந்த வாயுக்கள் மற்றும் குமிழ்களை நீக்குகிறது, இது பனி படிகங்களை உருவாக்குவதற்கான மையமாக செயல்படும். தாழ்வெப்பநிலை ஏன் சூடான நீரை வேகமாக உறைய வைக்கிறது? குளிர்ந்த நீரின் விஷயத்தில், இது supercooled இல்லை, பின்வரும் ஏற்படுகிறது. இந்த வழக்கில், பாத்திரத்தின் மேற்பரப்பில் பனியின் மெல்லிய அடுக்கு உருவாகும். பனிக்கட்டியின் இந்த அடுக்கு நீர் மற்றும் குளிர்ந்த காற்றுக்கு இடையில் ஒரு இன்சுலேட்டராக செயல்படும் மற்றும் மேலும் ஆவியாகாமல் தடுக்கும். இந்த வழக்கில் பனி படிகங்கள் உருவாகும் விகிதம் மெதுவாக இருக்கும். சூடான நீரின் விஷயத்தில், சூப்பர் கூலிங்கிற்கு உட்பட்டது, சூப்பர் கூல்டு நீரில் பனியின் பாதுகாப்பு மேற்பரப்பு அடுக்கு இல்லை. எனவே, திறந்த மேல் வழியாக வெப்பத்தை மிக வேகமாக இழக்கிறது. தாழ்வெப்பநிலை செயல்முறை முடிவடைந்து, நீர் உறைந்தால், அதிக வெப்பம் இழக்கப்படுகிறது, அதனால் அதிக பனி உருவாகிறது. இந்த விளைவின் பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் மெம்பம்பா விளைவின் விஷயத்தில் தாழ்வெப்பநிலையை முக்கிய காரணியாக கருதுகின்றனர். வெப்பச்சலனம் குளிர்ந்த நீர் மேலே இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது, இதனால் வெப்பக் கதிர்வீச்சு மற்றும் வெப்பச்சலனத்தின் செயல்முறைகள் மோசமடைகின்றன, எனவே வெப்ப இழப்பு ஏற்படுகிறது, அதே நேரத்தில் சூடான நீர் கீழே இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது. இந்த விளைவு நீர் அடர்த்தி ஒழுங்கின்மை மூலம் விளக்கப்படுகிறது. நீரின் அதிகபட்ச அடர்த்தி 4 C ஆக உள்ளது. நீரை 4 C க்கு குளிர்வித்து, குறைந்த வெப்பநிலையில் வைத்தால், நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு வேகமாக உறைந்துவிடும். இந்த நீர் 4 ° C வெப்பநிலையில் தண்ணீரை விட குறைவான அடர்த்தியாக இருப்பதால், அது மேற்பரப்பில் இருக்கும், மெல்லிய, குளிர்ந்த அடுக்கை உருவாக்குகிறது. இந்த நிலைமைகளின் கீழ், நீரின் மேற்பரப்பில் ஒரு மெல்லிய அடுக்கு பனிக்கட்டி உருவாகும், ஆனால் இந்த பனிக்கட்டி அடுக்கு நீரின் கீழ் அடுக்குகளை பாதுகாக்கும் இன்சுலேட்டராக செயல்படும், இது 4 C வெப்பநிலையில் இருக்கும். , மேலும் குளிரூட்டும் செயல்முறை மெதுவாக இருக்கும். சூடான நீரின் விஷயத்தில், நிலைமை முற்றிலும் வேறுபட்டது. ஆவியாதல் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு வேகமாக குளிர்ச்சியடையும். கூடுதலாக, குளிர்ந்த நீர் அடுக்குகள் சூடான நீர் அடுக்குகளை விட அடர்த்தியானவை, எனவே குளிர்ந்த நீர் அடுக்கு கீழே மூழ்கி, வெதுவெதுப்பான நீர் அடுக்கை மேற்பரப்பிற்கு உயர்த்தும். நீரின் இந்த சுழற்சி வெப்பநிலையில் விரைவான வீழ்ச்சியை உறுதி செய்கிறது. ஆனால் இந்த செயல்முறை ஏன் சமநிலைப் புள்ளியை அடைய முடியவில்லை? வெப்பச்சலனத்தின் இந்தக் கண்ணோட்டத்தில் இருந்து Mpemba விளைவை விளக்க, குளிர் மற்றும் சூடான நீரின் அடுக்குகள் பிரிக்கப்பட்டு, சராசரி நீர் வெப்பநிலை 4 C க்குக் கீழே குறைந்த பிறகு வெப்பச்சலன செயல்முறையே தொடர்கிறது என்பதை ஒருவர் ஏற்றுக்கொள்ள வேண்டும். இருப்பினும், இது போன்ற சோதனை தரவு எதுவும் இல்லை. குளிர் மற்றும் சூடான நீரின் அடுக்குகள் வெப்பச்சலனத்தால் பிரிக்கப்படுகின்றன என்ற இந்த கருதுகோளை உறுதிப்படுத்தவும். நீரில் கரைந்த வாயுக்கள் தண்ணீரில் எப்போதும் கரைந்த வாயுக்கள் உள்ளன - ஆக்ஸிஜன் மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடு. இந்த வாயுக்களுக்கு நீரின் உறைநிலையை குறைக்கும் திறன் உள்ளது. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, இந்த வாயுக்கள் நீரிலிருந்து வெளியிடப்படுகின்றன, ஏனெனில் அதிக வெப்பநிலையில் தண்ணீரில் கரையும் தன்மை குறைவாக இருக்கும். எனவே, சூடான நீரை குளிர்விக்கும் போது, வெப்பமடையாத குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் அதில் குறைந்த கரைந்த வாயுக்கள் எப்போதும் இருக்கும். எனவே, சூடான நீரின் உறைபனி புள்ளி அதிகமாக உள்ளது மற்றும் அது வேகமாக உறைகிறது. இந்த காரணி சில நேரங்களில் Mpemba விளைவை விளக்குவதில் முக்கியமாகக் கருதப்படுகிறது, இருப்பினும் இந்த உண்மையை உறுதிப்படுத்தும் சோதனை தரவு எதுவும் இல்லை. வெப்ப கடத்துத்திறன் சிறிய கொள்கலன்களில் ஒரு குளிர்சாதன பெட்டியில் தண்ணீர் வைக்கப்படும் போது இந்த பொறிமுறையானது குறிப்பிடத்தக்க பாத்திரத்தை வகிக்க முடியும். இந்த நிலைமைகளின் கீழ், சூடான நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் உறைவிப்பான் பனியை உருக்கி, அதன் மூலம் உறைவிப்பான் சுவர் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனுடன் வெப்ப தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக, குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் சூடான நீருடன் கூடிய கொள்கலனில் இருந்து வெப்பம் வேகமாக அகற்றப்படுகிறது. இதையொட்டி, குளிர்ந்த நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் பனியைக் கரைக்காது. இந்த (மற்றும் பிற) நிபந்தனைகள் அனைத்தும் பல சோதனைகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டன, ஆனால் கேள்விக்கு ஒரு தெளிவான பதில் - அவற்றில் எது எம்பெம்பா விளைவின் நூறு சதவீத இனப்பெருக்கத்தை வழங்குகிறது - பெறப்படவில்லை. உதாரணமாக, 1995 ஆம் ஆண்டில் ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் டேவிட் அவுர்பாக் இந்த விளைவில் நீரின் சூப்பர் கூலிங் விளைவை ஆய்வு செய்தார். சூடான நீர், ஒரு சூப்பர் கூல்டு நிலையை அடைகிறது, குளிர்ந்த நீரை விட அதிக வெப்பநிலையில் உறைகிறது, அதாவது பிந்தையதை விட வேகமாக இருக்கும். ஆனால் குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரை விட வேகமாக குளிர்ந்த நிலையை அடைகிறது, இதன் மூலம் முந்தைய பின்னடைவை ஈடுசெய்கிறது. கூடுதலாக, Auerbach இன் முடிவுகள் குறைவான படிகமயமாக்கல் மையங்கள் காரணமாக சூடான நீர் அதிக தாழ்வெப்பநிலையை அடைய முடியும் என்ற முந்தைய கண்டுபிடிப்புகளுக்கு முரணானது. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, அதில் கரைந்துள்ள வாயுக்கள் அதிலிருந்து அகற்றப்பட்டு, கொதிக்கும் போது, அதில் கரைந்திருக்கும் சில உப்புகள் படிந்துவிடும். இதுவரை, ஒரே ஒரு விஷயத்தை மட்டுமே வலியுறுத்த முடியும் - இந்த விளைவின் இனப்பெருக்கம் அடிப்படையில் சோதனை மேற்கொள்ளப்படும் நிலைமைகளைப் பொறுத்தது. துல்லியமாக அது எப்போதும் இனப்பெருக்கம் செய்யப்படுவதில்லை என்பதால். ஓ.வி. மோசின்

எம்பெம்பா விளைவு(Mpemba முரண்பாடு) - குளிர்ந்த நீரை விட சில நிபந்தனைகளின் கீழ் சூடான நீர் வேகமாக உறைகிறது என்று கூறுகிறது, இருப்பினும் அது உறைபனி செயல்முறையின் போது குளிர்ந்த நீரின் வெப்பநிலையைக் கடக்க வேண்டும். இந்த முரண்பாடானது வழக்கமான கருத்துக்களுக்கு முரணான ஒரு சோதனை உண்மையாகும், இதன்படி, அதே நிலைமைகளின் கீழ், ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடைய அதிக வெப்பமான உடல் அதே வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க குறைந்த வெப்பமான உடலை விட அதிக நேரம் எடுக்கும்.

இந்த நிகழ்வை அரிஸ்டாட்டில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் ஆகியோர் அந்த நேரத்தில் கவனித்தனர், ஆனால் 1963 ஆம் ஆண்டு வரை தான்சானிய பள்ளி மாணவன் எராஸ்டோ எம்பெம்பா, சூடான ஐஸ்கிரீம் கலவையானது குளிர்ச்சியானதை விட வேகமாக உறைகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார்.

தான்சானியாவில் உள்ள மகம்பா உயர்நிலைப் பள்ளியில் மாணவராக இருந்தபோது, எராஸ்டோ ம்பெம்பா நடைமுறை சமையல் வேலைகளைச் செய்தார். அவர் வீட்டில் ஐஸ்கிரீம் செய்ய வேண்டும் - பால் கொதிக்க, அதில் சர்க்கரை கரைத்து, அறை வெப்பநிலையில் அதை குளிர்வித்து, பின்னர் உறைய குளிர்சாதன பெட்டியில் வைக்கவும். வெளிப்படையாக, Mpemba குறிப்பாக விடாமுயற்சியுள்ள மாணவர் அல்ல, மேலும் அவர் பணியின் முதல் பகுதியை முடிக்க தாமதப்படுத்தினார். பாடம் முடிவதற்குள் சரியான நேரத்தில் வரமாட்டான் என்று பயந்து, சூடான பாலை குளிர்சாதன பெட்டியில் வைத்தான். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, கொடுக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பத்தின்படி தயாரிக்கப்பட்ட அவரது தோழர்களின் பால் விட முன்னதாகவே அது உறைந்தது.

அதன் பிறகு, எம்பெம்பா பாலுடன் மட்டுமல்ல, சாதாரண தண்ணீரிலும் பரிசோதனை செய்தார். எவ்வாறாயினும், ஏற்கனவே Mkvavskaya உயர்நிலைப் பள்ளியின் மாணவராக இருந்த அவர், டார் எஸ் சலாமில் உள்ள பல்கலைக்கழகக் கல்லூரியின் பேராசிரியர் டென்னிஸ் ஆஸ்போர்னிடம் (மாணவர்களுக்கு இயற்பியல் குறித்த விரிவுரையை வழங்க தலைமை ஆசிரியரால் அழைக்கப்பட்டார்) குறிப்பாக தண்ணீரைப் பற்றி கேட்டார்: "நாம் இரண்டை எடுத்துக் கொண்டால். ஒரே மாதிரியான தண்ணீரைக் கொண்ட ஒரே மாதிரியான கொள்கலன்கள், அவற்றில் ஒன்றில் தண்ணீர் 35 ° C வெப்பநிலையைக் கொண்டிருக்கும், மற்றொன்று - 100 ° C, மற்றும் அவற்றை உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைக்கவும், பின்னர் இரண்டாவது தண்ணீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ?" ஆஸ்போர்ன் இந்த சிக்கலில் ஆர்வம் காட்டினார், விரைவில் 1969 இல் அவரும் எம்பெம்பாவும் தங்கள் சோதனைகளின் முடிவுகளை "இயற்பியல் கல்வி" இதழில் வெளியிட்டனர். அப்போதிருந்து, அவர்கள் கண்டுபிடித்த விளைவு அழைக்கப்படுகிறது எம்பெம்பா விளைவு.

இப்போது வரை, இந்த விசித்திரமான விளைவை எவ்வாறு விளக்குவது என்பது யாருக்கும் தெரியாது. விஞ்ஞானிகளுக்கு ஒரு பதிப்பு இல்லை, இருப்பினும் பல உள்ளன. இது சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் பண்புகளில் உள்ள வேறுபாட்டைப் பற்றியது, ஆனால் இந்த விஷயத்தில் எந்த பண்புகள் பங்கு வகிக்கின்றன என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை: சூப்பர் கூலிங், ஆவியாதல், பனி உருவாக்கம், வெப்பச்சலனம் அல்லது தண்ணீரில் திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் விளைவு வெவ்வேறு வெப்பநிலை.

எம்பெம்பா விளைவின் முரண்பாடு என்னவென்றால், ஒரு உடல் சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் நேரம் இந்த உடலுக்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வித்தியாசத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருக்க வேண்டும். இந்த சட்டம் நியூட்டனால் நிறுவப்பட்டது, அதன் பின்னர் நடைமுறையில் பல முறை உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த விளைவில், 100 ° C வெப்பநிலை கொண்ட நீர் 35 ° C வெப்பநிலையுடன் அதே அளவு தண்ணீரை விட வேகமாக 0 ° C வெப்பநிலையில் குளிர்கிறது.

இருப்பினும், இது இன்னும் ஒரு முரண்பாட்டை பரிந்துரைக்கவில்லை, ஏனெனில் நன்கு அறியப்பட்ட இயற்பியலின் கட்டமைப்பிற்குள் Mpemba விளைவு விளக்கப்படலாம். Mpemba விளைவுக்கான சில விளக்கங்கள் இங்கே:

ஆவியாதல்

கொள்கலனில் இருந்து சூடான நீர் வேகமாக ஆவியாகி, அதன் அளவைக் குறைக்கிறது, அதே வெப்பநிலையுடன் சிறிய அளவிலான நீர் வேகமாக உறைகிறது. 100 C க்கு சூடாக்கப்பட்ட நீர் 0 C க்கு குளிர்விக்கப்படும் போது அதன் நிறை 16% இழக்கிறது.

ஆவியாதல் விளைவு - இரட்டை விளைவு. முதலில், குளிர்ச்சிக்குத் தேவையான நீரின் அளவு குறைக்கப்படுகிறது. இரண்டாவதாக, நீர் கட்டத்திலிருந்து நீராவி கட்டத்திற்கு மாறுவதன் ஆவியாதல் வெப்பம் குறைவதால் வெப்பநிலை குறைகிறது.

வெப்பநிலை வேறுபாடு

சூடான நீருக்கும் குளிர்ந்த காற்றுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வேறுபாடு அதிகமாக இருப்பதால் - எனவே, இந்த விஷயத்தில் வெப்ப பரிமாற்றம் மிகவும் தீவிரமானது மற்றும் சூடான நீர் வேகமாக குளிர்கிறது.

தாழ்வெப்பநிலை

தண்ணீர் 0 Cக்கு கீழே குளிர்ந்தால், அது எப்போதும் உறைவதில்லை. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், அது தாழ்வெப்பநிலைக்கு உட்படலாம், உறைபனிக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் தொடர்ந்து திரவமாக இருக்கும். சில சந்தர்ப்பங்களில், நீர் -20 C வெப்பநிலையில் கூட திரவமாக இருக்கும்.

இந்த விளைவுக்கான காரணம் என்னவென்றால், முதல் பனி படிகங்கள் உருவாகத் தொடங்குவதற்கு, படிக உருவாக்கத்தின் மையங்கள் தேவைப்படுகின்றன. அவை திரவ நீரில் இல்லை என்றால், படிகங்கள் தன்னிச்சையாக உருவாகத் தொடங்கும் அளவுக்கு வெப்பநிலை குறையும் வரை தாழ்வெப்பநிலை தொடரும். அவை ஒரு சூப்பர் கூல்டு திரவத்தில் உருவாகத் தொடங்கும் போது, அவை வேகமாக வளரத் தொடங்கும், ஒரு பனிக்கட்டியை உருவாக்கும், இது உறைபனியை உருவாக்கும்.

சூடான நீர் தாழ்வெப்பநிலைக்கு மிகவும் எளிதில் பாதிக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அதை சூடாக்குவது கரைந்த வாயுக்கள் மற்றும் குமிழ்களை நீக்குகிறது, இது பனி படிகங்களை உருவாக்குவதற்கான மையமாக செயல்படும்.

தாழ்வெப்பநிலை ஏன் சூடான நீரை வேகமாக உறைய வைக்கிறது? குளிர்ந்த நீரின் விஷயத்தில், இது supercooled இல்லை, பின்வரும் ஏற்படுகிறது. இந்த வழக்கில், பாத்திரத்தின் மேற்பரப்பில் பனியின் மெல்லிய அடுக்கு உருவாகும். பனிக்கட்டியின் இந்த அடுக்கு நீர் மற்றும் குளிர்ந்த காற்றுக்கு இடையில் ஒரு இன்சுலேட்டராக செயல்படும் மற்றும் மேலும் ஆவியாகாமல் தடுக்கும். இந்த வழக்கில் பனி படிகங்கள் உருவாகும் விகிதம் மெதுவாக இருக்கும். சூடான நீரின் விஷயத்தில், சூப்பர் கூலிங்கிற்கு உட்பட்டது, சூப்பர் கூல்டு நீரில் பனியின் பாதுகாப்பு மேற்பரப்பு அடுக்கு இல்லை. எனவே, திறந்த மேல் வழியாக வெப்பத்தை மிக வேகமாக இழக்கிறது.

தாழ்வெப்பநிலை செயல்முறை முடிவடைந்து, நீர் உறைந்தால், அதிக வெப்பம் இழக்கப்படுகிறது, அதனால் அதிக பனி உருவாகிறது.

இந்த விளைவின் பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் மெம்பம்பா விளைவின் விஷயத்தில் தாழ்வெப்பநிலையை முக்கிய காரணியாக கருதுகின்றனர்.

வெப்பச்சலனம்

இந்த விளைவு நீர் அடர்த்தி ஒழுங்கின்மை மூலம் விளக்கப்படுகிறது. நீரின் அதிகபட்ச அடர்த்தி 4 C ஆக உள்ளது. நீரை 4 C க்கு குளிர்வித்து, குறைந்த வெப்பநிலையில் வைத்தால், நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு வேகமாக உறைந்துவிடும். இந்த நீர் 4 ° C வெப்பநிலையில் தண்ணீரை விட குறைவான அடர்த்தியாக இருப்பதால், அது மேற்பரப்பில் இருக்கும், மெல்லிய, குளிர்ந்த அடுக்கை உருவாக்குகிறது. இந்த நிலைமைகளின் கீழ், நீரின் மேற்பரப்பில் ஒரு மெல்லிய அடுக்கு பனிக்கட்டி உருவாகும், ஆனால் இந்த பனிக்கட்டி அடுக்கு நீரின் கீழ் அடுக்குகளை பாதுகாக்கும் இன்சுலேட்டராக செயல்படும், இது 4 C வெப்பநிலையில் இருக்கும். , மேலும் குளிரூட்டும் செயல்முறை மெதுவாக இருக்கும்.

சூடான நீரின் விஷயத்தில், நிலைமை முற்றிலும் வேறுபட்டது. ஆவியாதல் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக நீரின் மேற்பரப்பு அடுக்கு வேகமாக குளிர்ச்சியடையும். கூடுதலாக, குளிர்ந்த நீர் அடுக்குகள் சூடான நீர் அடுக்குகளை விட அடர்த்தியானவை, எனவே குளிர்ந்த நீர் அடுக்கு கீழே மூழ்கி, வெதுவெதுப்பான நீர் அடுக்கை மேற்பரப்பிற்கு உயர்த்தும். நீரின் இந்த சுழற்சி வெப்பநிலையில் விரைவான வீழ்ச்சியை உறுதி செய்கிறது.

ஆனால் இந்த செயல்முறை ஏன் சமநிலைப் புள்ளியை அடைய முடியவில்லை? வெப்பச்சலனத்தின் இந்த கண்ணோட்டத்தில் இருந்து Mpemba விளைவை விளக்க, குளிர் மற்றும் சூடான நீரின் அடுக்குகள் பிரிக்கப்பட்டு, சராசரி நீர் வெப்பநிலை 4 C க்கு கீழே குறைந்த பிறகு வெப்பச்சலன செயல்முறை தொடர்கிறது என்று கருத வேண்டும்.

இருப்பினும், குளிர் மற்றும் சூடான நீர் அடுக்குகள் வெப்பச்சலனத்தால் பிரிக்கப்படுகின்றன என்ற இந்த கருதுகோளை ஆதரிக்கும் சோதனை தரவு எதுவும் இல்லை.

நீரில் கரைந்த வாயுக்கள்

வெப்ப கடத்தி

சிறிய கொள்கலன்களில் ஒரு குளிர்சாதன பெட்டியில் தண்ணீர் வைக்கப்படும் போது இந்த பொறிமுறையானது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பாத்திரத்தை வகிக்க முடியும். இந்த நிலைமைகளின் கீழ், சூடான நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் உறைவிப்பான் பனியை உருக்கி, அதன் மூலம் உறைவிப்பான் சுவர் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனுடன் வெப்ப தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக, குளிர்ந்த நீரைக் காட்டிலும் சூடான நீருடன் கூடிய கொள்கலனில் இருந்து வெப்பம் வேகமாக அகற்றப்படுகிறது. இதையொட்டி, குளிர்ந்த நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் பனியைக் கரைக்காது.

இந்த (மற்றும் பிற) நிபந்தனைகள் அனைத்தும் பல சோதனைகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டன, ஆனால் கேள்விக்கு ஒரு தெளிவான பதில் - அவற்றில் எது எம்பெம்பா விளைவின் நூறு சதவீத இனப்பெருக்கத்தை வழங்குகிறது - பெறப்படவில்லை.

உதாரணமாக, 1995 ஆம் ஆண்டில் ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் டேவிட் அவுர்பாக் இந்த விளைவில் நீரின் சூப்பர் கூலிங் விளைவை ஆய்வு செய்தார். சூடான நீர், ஒரு சூப்பர் கூல்டு நிலையை அடைகிறது, குளிர்ந்த நீரை விட அதிக வெப்பநிலையில் உறைகிறது, அதாவது பிந்தையதை விட வேகமாக இருக்கும். ஆனால் குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரை விட வேகமாக குளிர்ந்த நிலையை அடைகிறது, இதன் மூலம் முந்தைய பின்னடைவை ஈடுசெய்கிறது.

கூடுதலாக, Auerbach இன் முடிவுகள் குறைவான படிகமயமாக்கல் மையங்கள் காரணமாக சூடான நீர் அதிக தாழ்வெப்பநிலையை அடைய முடியும் என்ற முந்தைய கண்டுபிடிப்புகளுக்கு முரணானது. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, அதில் கரைந்துள்ள வாயுக்கள் அதிலிருந்து அகற்றப்பட்டு, கொதிக்கும் போது, அதில் கரைந்திருக்கும் சில உப்புகள் படிந்துவிடும்.

இதுவரை, ஒரே ஒரு விஷயத்தை மட்டுமே வலியுறுத்த முடியும் - இந்த விளைவின் இனப்பெருக்கம் அடிப்படையில் சோதனை மேற்கொள்ளப்படும் நிலைமைகளைப் பொறுத்தது. துல்லியமாக அது எப்போதும் இனப்பெருக்கம் செய்யப்படுவதில்லை என்பதால்.

ஓ.வி. மோசின்

இலக்கியவாதிஆதாரங்கள்:

"சூடான நீர் குளிர்ந்த நீரை விட வேகமாக உறைகிறது. அது ஏன் அவ்வாறு செய்கிறது?", தி அமெச்சூர் சயின்டிஸ்ட், சயின்டிஃபிக் அமெரிக்கன், தொகுதியில் ஜெர்ல் வாக்கர். 237, எண். 3, பக் 246-257; செப்டம்பர், 1977.

"சூடு மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் உறைதல்", ஜி.எஸ். கெல் அமெரிக்கன் ஜர்னல் ஆஃப் பிசிக்ஸ், தொகுதி. 37, எண். 5, பக் 564-565; மே, 1969.

"சூப்பர் கூலிங் மற்றும் இந்தஎம்பெம்பா விளைவு ", டேவிட் அவுர்பாக், அமெரிக்கன் ஜர்னல் ஆஃப் பிசிக்ஸ், தொகுதி 63, எண். 10, பக் 882-885; அக்டோபர், 1995.

"தி எம்பெம்பா விளைவு: சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரின் உறைபனி நேரம்", சார்லஸ் ஏ. நைட், அமெரிக்கன் ஜர்னல் ஆஃப் பிசிக்ஸ், தொகுதி. 64, எண். 5, ப 524; மே, 1996.

தண்ணீர்மிகவும் எளிமையான பொருளாகும் இரசாயன புள்ளிபார்வை, இருப்பினும், இது விஞ்ஞானிகளை ஆச்சரியப்படுத்துவதை நிறுத்தாத பல அசாதாரண பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. சிலருக்குத் தெரிந்த சில உண்மைகள் கீழே உள்ளன.

1. எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது வெப்பம்?

தண்ணீருடன் இரண்டு கொள்கலன்களை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள்: ஒன்றில் சூடான நீரை ஊற்றவும், மற்றொன்றில் குளிர்ந்த நீரை ஊற்றவும், அவற்றை உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைக்கவும். குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் வேகமாக உறைந்துவிடும், இருப்பினும் தர்க்கரீதியாக, குளிர்ந்த நீர் முதலில் பனியாக மாறியிருக்க வேண்டும்: எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, சூடான நீர் முதலில் குளிர்ந்த வெப்பநிலைக்கு குளிர்ந்து, பின்னர் பனியாக மாற வேண்டும், அதே நேரத்தில் குளிர்ந்த நீர் தேவையில்லை. அமைதியாயிரு. இது ஏன் நடக்கிறது?

1963 ஆம் ஆண்டில், எராஸ்டோ பி. எம்பெம்பா என்ற டான்சானிய மாணவர், தயாரிக்கப்பட்ட ஐஸ்கிரீம் கலவையை உறைய வைக்கும் போது, குளிர்ந்த கலவையை விட சூடான கலவை உறைவிப்பாளரில் வேகமாக கெட்டிப்படுவதைக் கவனித்தார். அந்த இளைஞன் தனது கண்டுபிடிப்பை இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் பகிர்ந்து கொண்டபோது, அவன் அவனைப் பார்த்து சிரித்தான். அதிர்ஷ்டவசமாக, மாணவர் விடாமுயற்சியுடன் இருந்தார் மற்றும் ஒரு பரிசோதனையை நடத்த ஆசிரியரை சமாதானப்படுத்தினார், இது அவரது கண்டுபிடிப்பை உறுதிப்படுத்தியது: சில நிபந்தனைகள்குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் வேகமாக உறைகிறது.

இப்போது குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் வேகமாக உறைந்துவிடும் இந்த நிகழ்வு அழைக்கப்படுகிறது " எம்பெம்பா விளைவு". உண்மை, அவருக்கு நீண்ட காலத்திற்கு முன்பே இந்த தனித்துவமான நீரின் சொத்து அரிஸ்டாட்டில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் ஆகியோரால் குறிப்பிடப்பட்டது.

விஞ்ஞானிகள் இன்னும் இந்த நிகழ்வின் தன்மையை முழுமையாக புரிந்து கொள்ளவில்லை, இது தாழ்வெப்பநிலை, ஆவியாதல், பனி உருவாக்கம், வெப்பச்சலனம் அல்லது சூடான மற்றும் குளிர்ந்த நீரில் திரவமாக்கப்பட்ட வாயுக்களின் விளைவு ஆகியவற்றில் உள்ள வேறுபாடு மூலம் விளக்குகிறது.

2. அவளால் உடனடியாக உறைய முடிகிறது

அது எல்லோருக்கும் தெரியும் தண்ணீர் 0 ° C க்கு குளிர்ச்சியடையும் போது எப்போதும் பனியாக மாறும் ... சில சந்தர்ப்பங்களில் தவிர! அத்தகைய வழக்கு, எடுத்துக்காட்டாக, supercooling, இது மிகவும் ஒரு சொத்து தூய நீர்உறைநிலைக்குக் கீழே குளிர்ந்தாலும் திரவமாக இருக்கும். என்ற உண்மையின் காரணமாக இந்த நிகழ்வு சாத்தியமாகிறது சூழல்பனி படிகங்களின் உருவாக்கத்தைத் தூண்டக்கூடிய படிகமயமாக்கலின் மையங்கள் அல்லது கருக்கள் இல்லை. எனவே, பூஜ்ஜியம் டிகிரி செல்சியஸுக்குக் குறைவான வெப்பநிலையில் குளிர்ந்தாலும், நீர் திரவ வடிவில் இருக்கும்.

படிகமயமாக்கல் செயல்முறைதூண்டப்படலாம், எடுத்துக்காட்டாக, வாயு குமிழ்கள், அசுத்தங்கள் (அழுக்கு), கொள்கலனின் சீரற்ற மேற்பரப்பு. அவை இல்லாமல், நீர் திரவமாக இருக்கும். படிகமாக்கல் செயல்முறை தொடங்கும் போது, சூப்பர் கூல்டு நீர் எப்படி உடனடியாக பனியாக மாறுகிறது என்பதை நீங்கள் அவதானிக்கலாம்.

"அதிக சூடேற்றப்பட்ட" நீரும் அதன் கொதிநிலைக்கு மேல் வெப்பநிலையில் சூடுபடுத்தப்பட்டாலும் திரவமாகவே இருக்கும் என்பதை நினைவில் கொள்ளவும்.

3.19 நீர் நிலைகள்

தயக்கமின்றி, தண்ணீர் எத்தனை வெவ்வேறு மாநிலங்களைக் கொண்டுள்ளது? திட, திரவ, வாயு ஆகிய மூன்றிற்கு நீங்கள் பதிலளித்திருந்தால், நீங்கள் தவறாக நினைக்கிறீர்கள். விஞ்ஞானிகள் குறைந்தது 5 வெவ்வேறு நீர் நிலைகளை திரவ வடிவத்திலும், 14 நிலைகள் உறைந்த வடிவத்திலும் வேறுபடுத்துகின்றனர்.

சூப்பர் கூல்டு வாட்டர் பற்றிய உரையாடல் நினைவிருக்கிறதா? எனவே, நீங்கள் என்ன செய்தாலும், -38 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில், சுத்தமான சூப்பர் கூல்ட் தண்ணீர் கூட திடீரென்று பனியாக மாறும். வெப்பநிலை மேலும் குறைந்தால் என்ன ஆகும்? -120 ° C இல், தண்ணீருக்கு விசித்திரமான ஒன்று நடக்கத் தொடங்குகிறது: இது வெல்லப்பாகு போன்ற மிகவும் பிசுபிசுப்பான அல்லது பிசுபிசுப்பானதாக மாறும், மேலும் -135 ° C க்கும் குறைவான வெப்பநிலையில், அது "கண்ணாடி" அல்லது "கண்ணாடி" நீராக மாறும் - இல்லாத ஒரு திடப்பொருள் படிக அமைப்பு.

4. நீர் இயற்பியலாளர்களை ஆச்சரியப்படுத்துகிறது

மூலக்கூறு மட்டத்தில், நீர் இன்னும் ஆச்சரியமாக இருக்கிறது. 1995 ஆம் ஆண்டில், விஞ்ஞானிகளால் நடத்தப்பட்ட நியூட்ரான் சிதறல் சோதனை எதிர்பாராத முடிவை அளித்தது: இயற்பியலாளர்கள் நீர் மூலக்கூறுகளை இலக்காகக் கொண்ட நியூட்ரான்கள் எதிர்பார்த்ததை விட 25% குறைவான ஹைட்ரஜன் புரோட்டான்களை "பார்க்க" என்று கண்டறிந்தனர்.

அசாதாரண குவாண்டம் விளைவு ஒரு அட்டோசெகண்ட் (10 -18 வினாடிகள்) வேகத்தில் நிகழ்கிறது. இரசாயன சூத்திரம்தண்ணீர் பதிலாக H2O, H1.5O ஆனது!

5. நீரின் நினைவகம்

முக்கிய மருத்துவத்திற்கு மாற்று ஹோமியோபதிநீர்த்த தீர்வு என்று கூறுகிறது மருந்து தயாரிப்புகரைசலில் நீர் மூலக்கூறுகளைத் தவிர வேறு எதுவும் எஞ்சியிருக்காத அளவுக்கு நீர்த்த காரணி அதிகமாக இருந்தாலும், உடலில் ஒரு சிகிச்சை விளைவை ஏற்படுத்தும். ஹோமியோபதி ஆதரவாளர்கள் இந்த முரண்பாட்டை "" என்ற கருத்துடன் கூறுகின்றனர். தண்ணீர் நினைவு", மூலக்கூறு மட்டத்தில் உள்ள நீர் ஒரு "நினைவகத்தை" கொண்டிருக்கும் ஒரு பொருளின் "நினைவகம்" ஒருமுறை அதில் கரைந்து, ஒரு மூலப்பொருளின் ஒரு மூலக்கூறு கூட எஞ்சியிருக்காத பிறகு அதன் அசல் செறிவின் கரைசலின் பண்புகளைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது.

ஹோமியோபதியின் கொள்கைகளை விமர்சித்த பெல்ஃபாஸ்ட் குயின்ஸ் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் மேடலின் என்னிஸ் தலைமையிலான சர்வதேச விஞ்ஞானிகள் குழு, 2002 இல் இந்த கருத்தை மறுதலிக்க ஒரு பரிசோதனையை மேற்கொண்டது. விளைவு எதிர்மாறாக இருந்தது. அதன் பிறகு, விஞ்ஞானிகள் விளைவின் யதார்த்தத்தை நிரூபிக்க முடிந்தது என்று கூறினார். தண்ணீர் நினைவு". இருப்பினும், சுயாதீன நிபுணர்களின் மேற்பார்வையின் கீழ் மேற்கொள்ளப்பட்ட சோதனைகள் எந்த முடிவையும் தரவில்லை. நிகழ்வின் இருப்பு பற்றிய சர்ச்சைகள் " தண்ணீர் நினைவு"தொடருங்கள்.

இந்த கட்டுரையில் நாம் விவாதிக்காத பல அசாதாரண பண்புகள் தண்ணீருக்கு உள்ளன. உதாரணமாக, நீரின் அடர்த்தி வெப்பநிலையுடன் மாறுகிறது (பனியானது தண்ணீரை விட குறைவான அடர்த்தியானது); நீர் மிகவும் அதிக மேற்பரப்பு பதற்றம் கொண்டது; ஒரு திரவ நிலையில், நீர் என்பது நீர் கொத்துகளின் சிக்கலான மற்றும் மாறும் வலையமைப்பு ஆகும், மேலும் இது நீரின் கட்டமைப்பை பாதிக்கும் கொத்துக்களின் நடத்தை ஆகும்.

இவை மற்றும் பல எதிர்பாராத அம்சங்களைப் பற்றி தண்ணீர்கட்டுரையில் படிக்கலாம் " நீரின் அசாதாரண பண்புகள்லண்டன் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் மார்ட்டின் சாப்ளின் எழுதியது.

குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்பது குறித்து பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் சொந்த பதிப்புகளை முன்வைத்து முன்வைக்கின்றனர். இது ஒரு முரண்பாடாகத் தோன்றும் - எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, உறைவதற்கு, சூடான நீரை முதலில் குளிர்விக்க வேண்டும். இருப்பினும், உண்மை உள்ளது, மேலும் விஞ்ஞானிகள் அதை வெவ்வேறு வழிகளில் விளக்குகிறார்கள்.

முக்கிய பதிப்புகள்

அன்று இந்த நேரத்தில்இந்த உண்மையை விளக்கும் பல பதிப்புகள் உள்ளன:

சூடான நீர் வேகமாக ஆவியாகும்போது, அதன் அளவு குறைகிறது. அதே வெப்பநிலையில் குறைவான நீர் வேகமாக உறைகிறது.
குளிர்சாதன பெட்டியின் உறைவிப்பான் பெட்டியில் ஒரு பனி திண்டு உள்ளது. சூடான தண்ணீர் கொள்கலன் கீழே பனி உருகுகிறது. இது உறைவிப்பாளருடன் வெப்ப தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது.
குளிர்ந்த நீரின் உறைதல், சூடான நீரைப் போலல்லாமல், மேலே இருந்து தொடங்குகிறது. இந்த வழக்கில், வெப்பச்சலனம் மற்றும் வெப்ப கதிர்வீச்சு, மற்றும், அதன் விளைவாக, வெப்ப இழப்பு, மோசமடைகிறது.
குளிர்ந்த நீரில் படிகமயமாக்கல் மையங்கள் உள்ளன - அதில் கரைந்த பொருட்கள். தண்ணீரில் ஒரு சிறிய உள்ளடக்கத்துடன், ஐசிங் கடினமாக உள்ளது, அதே நேரத்தில், அது overcooled இருக்கலாம் - துணை பூஜ்ஜிய வெப்பநிலையில் அது ஒரு திரவ நிலையில் இருக்கும் போது.

நியாயமாக இருந்தாலும், இந்த விளைவு எப்போதும் கவனிக்கப்படுவதில்லை என்று நாம் கூறலாம். பெரும்பாலும் குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரை விட வேகமாக உறைகிறது.

எந்த வெப்பநிலையில் தண்ணீர் உறைகிறது

தண்ணீர் ஏன் உறைகிறது? இது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு கனிம அல்லது கரிமத் துகள்களைக் கொண்டுள்ளது. உதாரணமாக, இது மிகவும் இருக்கலாம் நுண்ணிய துகள்கள்மணல், தூசி அல்லது களிமண். காற்றின் வெப்பநிலை குறையும் போது, இந்த துகள்கள் பனி படிகங்கள் உருவாகும் மையங்களாகும்.

படிகமாக்கல் கருக்களின் பங்கு காற்று குமிழ்கள் மற்றும் தண்ணீரைக் கொண்ட ஒரு கொள்கலனில் விரிசல் மூலம் விளையாடலாம். தண்ணீரை பனியாக மாற்றும் செயல்முறையின் வேகம் பெரும்பாலும் அத்தகைய மையங்களின் எண்ணிக்கையால் பாதிக்கப்படுகிறது - அவற்றில் பல இருந்தால், திரவம் வேகமாக உறைகிறது. சாதாரண நிலையில், சாதாரண நிலையில் வளிமண்டல அழுத்தம், நீர் 0 டிகிரி வெப்பநிலையில் ஒரு திரவத்திலிருந்து திட நிலைக்கு மாறுகிறது.

எம்பெம்பா விளைவின் சாராம்சம்

Mpemba விளைவு ஒரு முரண்பாடாக புரிந்து கொள்ளப்படுகிறது, இதன் சாராம்சம் என்னவென்றால், சில சூழ்நிலைகளில் சூடான நீர் குளிர்ந்த நீரை விட வேகமாக உறைகிறது. இந்த நிகழ்வு அரிஸ்டாட்டில் மற்றும் டெஸ்கார்ட்டால் கவனிக்கப்பட்டது. இருப்பினும், 1963 ஆம் ஆண்டு வரை தான்சானியாவைச் சேர்ந்த மாணவர் எராஸ்டோ எம்பெம்பா, சூடான ஐஸ்கிரீம் உறைபனியை விட அதிகமாக உறைகிறது என்று தீர்மானித்தார். ஒரு குறுகிய நேரம்குளிர் விட. சமையல் வேலையைச் செய்துகொண்டிருந்தபோது அவர் இப்படி ஒரு முடிவை எடுத்தார்.

அவர் வேகவைத்த பாலில் சர்க்கரையை கரைத்து, குளிர்ந்த பிறகு, அதை உறைய வைக்க குளிர்சாதன பெட்டியில் வைக்க வேண்டும். வெளிப்படையாக, Mpemba சிறப்பு ஆர்வத்தில் வேறுபடவில்லை மற்றும் பணியின் முதல் பகுதியை தாமதத்துடன் செய்யத் தொடங்கினார். எனவே, பால் குளிர்ச்சியடையும் வரை அவர் காத்திருக்கவில்லை, அதை குளிர்சாதன பெட்டியில் சூடாக வைத்தார். கொடுக்கப்பட்ட தொழில்நுட்பத்திற்கு ஏற்ப வேலையைச் செய்த தனது வகுப்பு தோழர்களை விட அது வேகமாக உறைந்தபோது அவர் மிகவும் ஆச்சரியப்பட்டார்.

அந்த இளைஞன் இந்த உண்மையைப் பற்றி மிகவும் ஆர்வமாக இருந்தான், மேலும் அவர் வெற்று நீரில் சோதனைகளைத் தொடங்கினார். 1969 ஆம் ஆண்டில், இயற்பியல் கல்வியானது எம்பெம்பா மற்றும் டார் எஸ் சலாம் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் டென்னிஸ் ஆஸ்போர்ன் ஆகியோரின் ஆராய்ச்சி முடிவுகளை வெளியிட்டது. அவர்கள் விவரித்த விளைவு எம்பெம்பா என்று பெயரிடப்பட்டது. இருப்பினும், இன்றும் இந்த நிகழ்வுக்கு தெளிவான விளக்கம் இல்லை. குளிர்ந்த மற்றும் சூடான நீரின் பண்புகளுக்கு இடையிலான இந்த வேறுபாட்டில் முக்கிய பங்கு உள்ளது என்பதை அனைத்து விஞ்ஞானிகளும் ஒப்புக்கொள்கிறார்கள், ஆனால் எது சரியாக தெரியவில்லை.

சிங்கப்பூர் பதிப்பு

சிங்கப்பூர் பல்கலைக்கழகங்களில் ஒன்றின் இயற்பியலாளர்களும் கேள்வியில் ஆர்வமாக இருந்தனர், எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடாகவோ அல்லது குளிராகவோ? Xi Zhang தலைமையிலான ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு இந்த முரண்பாட்டை நீரின் பண்புகளால் துல்லியமாக விளக்கியது. ஒரு ஆக்ஸிஜன் அணு மற்றும் இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் - பள்ளியில் இருந்து தண்ணீரின் கலவை அனைவருக்கும் இன்னும் தெரியும். ஆக்ஸிஜன் ஓரளவிற்கு ஹைட்ரஜனில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை இழுக்கிறது, எனவே மூலக்கூறு ஒரு வகையான "காந்தம்" ஆகும்.

இதன் விளைவாக, தண்ணீரில் உள்ள சில மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று சற்று ஈர்க்கப்பட்டு ஹைட்ரஜன் பிணைப்பால் ஒன்றிணைக்கப்படுகின்றன. அதன் வலிமை கோவலன்ட் பிணைப்பை விட பல மடங்கு குறைவு. Mpemba முரண்பாட்டிற்கான விளக்கம் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளில் உள்ளது என்று சிங்கப்பூர் ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்புகின்றனர். நீர் மூலக்கூறுகள் தங்களுக்குள் மிகவும் அடர்த்தியாக இருந்தால், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான இத்தகைய வலுவான தொடர்பு மூலக்கூறின் நடுவில் உள்ள கோவலன்ட் பிணைப்பை சிதைக்கும்.

ஆனால் நீர் சூடாக்கப்படும்போது, பிணைக்கப்பட்ட மூலக்கூறுகள் ஒன்றிலிருந்து சிறிது விலகிச் செல்கின்றன. இதன் விளைவாக, மூலக்கூறுகளின் நடுவில் அதிகப்படியான ஆற்றலின் வெளியீடு மற்றும் குறைந்த ஆற்றல் நிலைக்கு மாறுதலுடன் கோவலன்ட் பிணைப்புகளின் தளர்வு உள்ளது. சூடான நீர் விரைவாக குளிர்விக்கத் தொடங்குகிறது என்பதற்கு இது வழிவகுக்கிறது. குறைந்தபட்சம், சிங்கப்பூர் விஞ்ஞானிகளால் மேற்கொள்ளப்பட்ட தத்துவார்த்த கணக்கீடுகள் இதைத்தான் காட்டுகின்றன.