எந்த நீர் வேகமாக சொட்டுகிறது, குளிர்ச்சியாகவோ அல்லது சூடாகவோ. வீடியோ: எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது

எந்த நீர் வேகமாக சொட்டுகிறது, குளிர்ச்சியாகவோ அல்லது சூடாகவோ. வீடியோ: எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடான அல்லது குளிர்

பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரி, சில சந்தர்ப்பங்களில் ஏன் என்று அறிவியல் பூர்வமாக விளக்கக்கூடிய எவருக்கும் £ 1,000 விருதை வழங்குகிறது. வெந்நீர்குளிரை விட வேகமாக உறைகிறது.

"இந்த எளிய கேள்விக்கு நவீன அறிவியலால் இன்னும் பதிலளிக்க முடியவில்லை. ஐஸ்கிரீம் தயாரிப்பாளர்கள் மற்றும் பார்டெண்டர்கள் இந்த விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றனர் அன்றாட பணிஆனால் அது ஏன் வேலை செய்கிறது என்பது யாருக்கும் தெரியாது. இந்த பிரச்சினை ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளாக அறியப்படுகிறது, அரிஸ்டாட்டில் மற்றும் டெஸ்கார்ட்ஸ் போன்ற தத்துவவாதிகள் இதைப் பற்றி யோசித்துள்ளனர், ”என்று பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரியின் தலைவர் பேராசிரியர் டேவிட் பிலிப்ஸ் சொசைட்டியின் செய்திக்குறிப்பில் மேற்கோள் காட்டினார்.

ஆப்பிரிக்காவின் சமையல்காரர் ஒரு பிரிட்டிஷ் இயற்பியல் பேராசிரியரை எப்படி தோற்கடித்தார்

இல்லை ஏப்ரல் ஃபூல் ஜோக்மாறாக கடுமையான உடல் உண்மை. விண்மீன் திரள்கள் மற்றும் கருந்துளைகளுடன் எளிதாகச் செயல்படும் தற்போதைய விஞ்ஞானம், குவார்க்குகள் மற்றும் போசான்களைத் தேட ராட்சத முடுக்கிகளை உருவாக்குகிறது, அடிப்படை நீர் எவ்வாறு "செயல்படுகிறது" என்பதை விளக்க முடியாது. பள்ளி பாடப்புத்தகம்குளிர்ச்சியான உடலை குளிர்விப்பதை விட வெப்பமான உடலை குளிர்விக்க அதிக நேரம் எடுக்கும் என்று சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி கூறுகிறது. ஆனால் தண்ணீருக்கு, இந்த சட்டம் எப்போதும் கடைபிடிக்கப்படுவதில்லை. கிமு 4 ஆம் நூற்றாண்டில் அரிஸ்டாட்டில் இந்த முரண்பாட்டின் கவனத்தை ஈர்த்தார். என். எஸ். அவர் எழுதியது இதோ பண்டைய கிரேக்கம் Meteorologica I என்ற புத்தகத்தில்: “தண்ணீரை முன்கூட்டியே சூடாக்குவது அதை உறைய வைக்கிறது. எனவே, பலர், சூடான நீரை விரைவாக குளிர்விக்க விரும்பினால், முதலில் அதை வெயிலில் வைக்கவும் ... ”இடைக்காலத்தில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் இந்த நிகழ்வை விளக்க முயன்றனர். ஐயோ, சிறந்த தத்துவஞானிகளோ அல்லது கிளாசிக்கல் வெப்ப இயற்பியலை உருவாக்கிய ஏராளமான விஞ்ஞானிகளோ இதில் வெற்றிபெறவில்லை, எனவே இந்த சிரமமான உண்மை நீண்ட காலமாக "மறக்கப்பட்டது".

1968 ஆம் ஆண்டில் மட்டுமே அவர்கள் எந்த அறிவியலிலிருந்தும் வெகு தொலைவில் உள்ள தான்சானியாவைச் சேர்ந்த பள்ளி மாணவரான எராஸ்டோ எம்பெம்பாவுக்கு நன்றி "நினைவில்" இருந்தனர். கலைப் பள்ளியில் படிக்கும் போது, 1963 இல், 13 வயதான எம்பெம்பே ஐஸ்கிரீம் தயாரிக்க நியமிக்கப்பட்டார். தொழில்நுட்பத்தின் படி, பாலை கொதிக்க வைத்து, அதில் சர்க்கரையை கரைத்து, குளிர்விக்க வேண்டியது அவசியம் அறை வெப்பநிலைபின்னர் உறைய வைக்க குளிரூட்டவும். வெளிப்படையாக, எம்பெம்பா ஒரு விடாமுயற்சியுள்ள மாணவர் அல்ல, தயங்கினார். பாடம் முடிவதற்குள் சரியான நேரத்தில் வரமாட்டான் என்று பயந்து, சூடான பாலை குளிர்சாதன பெட்டியில் வைத்தான். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, அது அனைத்து விதிகளின்படி தயாரிக்கப்பட்ட அவரது தோழர்களின் பால் விட முன்னதாகவே உறைந்தது.

எம்பெம்பா தனது கண்டுபிடிப்பை இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் பகிர்ந்து கொண்டபோது, அவர் முழு வகுப்பினருக்கும் முன்பாக அவரை கேலி செய்தார். ம்பெம்பா காயத்தை நினைவு கூர்ந்தார். ஐந்து ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, ஏற்கனவே டார் எஸ் சலாம் பல்கலைக்கழகத்தில் ஒரு மாணவராக இருந்த அவர், பிரபல இயற்பியலாளர் டெனிஸ் ஜி. ஆஸ்போர்னின் விரிவுரையில் இருந்தார். விரிவுரைக்குப் பிறகு, அவர் விஞ்ஞானியிடம் ஒரு கேள்வியைக் கேட்டார்: “நீங்கள் சம அளவு தண்ணீருடன் ஒரே மாதிரியான இரண்டு கொள்கலன்களை எடுத்துக் கொண்டால், ஒன்று 35 ° C (95 ° F) மற்றும் மற்றொன்று 100 ° C (212 ° F) இல், அவற்றை வைக்கவும். உறைவிப்பான், பின்னர் ஒரு சூடான கொள்கலனில் தண்ணீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ஏன்?" கடவுளால் கைவிடப்பட்ட தான்சானியாவைச் சேர்ந்த ஒரு இளைஞனின் கேள்விக்கு ஒரு பிரிட்டிஷ் பேராசிரியரின் எதிர்வினையை நீங்கள் கற்பனை செய்யலாம். மாணவியை கேலி செய்தார். இருப்பினும், எம்பெம்பா அத்தகைய பதிலுக்குத் தயாராக இருந்தார் மற்றும் விஞ்ஞானிக்கு ஒரு பந்தயம் சவால் செய்தார். அவர்களின் தகராறு எம்பெம்பாவின் சரியான தன்மை மற்றும் ஆஸ்போர்னின் தோல்வியை உறுதிப்படுத்திய ஒரு சோதனை சோதனையுடன் முடிந்தது. எனவே மாணவர்-சமையல்காரர் அறிவியல் வரலாற்றில் அவரது பெயரை பொறித்தார், இனிமேல் இந்த நிகழ்வு "எம்பெம்பா விளைவு" என்று அழைக்கப்படுகிறது. அதை நிராகரிக்க, "இல்லாதது" வேலை செய்யாது என அறிவிப்பது. இந்த நிகழ்வு உள்ளது, மேலும் கவிஞர் எழுதியது போல், "பற்களுக்கு அல்ல."

தூசி துகள்கள் மற்றும் கரைப்பான்கள் காரணமா?

பல ஆண்டுகளாக, பலர் உறைந்த நீரின் மர்மத்தை அவிழ்க்க முயன்றனர். வழங்கப்பட்டது முழு பூச்செண்டுஇந்த நிகழ்வின் விளக்கங்கள்: ஆவியாதல், வெப்பச்சலனம், கரைசல்களின் செல்வாக்கு - ஆனால் இந்த காரணிகள் எதுவும் இறுதியானதாக கருத முடியாது. பல விஞ்ஞானிகள் எம்பெம்பா விளைவுக்காக தங்கள் முழு வாழ்க்கையையும் அர்ப்பணித்துள்ளனர். கதிர்வீச்சு பாதுகாப்பு துறையின் பணியாளர் மாநில பல்கலைக்கழகம் NYC - ஜேம்ஸ் பிரவுன்ரிட்ஜ் தனது ஓய்வு நேரத்தில் முரண்பாட்டைப் படிப்பதில் ஒரு தசாப்தத்தை செலவிட்டார். நூற்றுக்கணக்கான சோதனைகளை நடத்திய பிறகு, விஞ்ஞானி தாழ்வெப்பநிலையின் "குற்றம்" பற்றிய ஆதாரம் இருப்பதாகக் கூறுகிறார். பிரவுன்ரிட்ஜ் 0 ° C இல், நீர் மட்டுமே குளிர்ச்சியடைகிறது, மேலும் வெப்பநிலை கீழே குறையும் போது உறையத் தொடங்குகிறது. உறைபனி நிலை நீரில் உள்ள அசுத்தங்களால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது - அவை பனி படிகங்களின் உருவாக்கம் விகிதத்தை மாற்றுகின்றன. அசுத்தங்கள், மற்றும் இவை தூசி தானியங்கள், பாக்டீரியா மற்றும் கரைந்த உப்புக்கள், படிகமயமாக்கலின் மையங்களைச் சுற்றி பனி படிகங்கள் உருவாகும்போது, அவற்றுக்கு ஒரு பண்பு அணுக்கரு வெப்பநிலை உள்ளது. ஒரே நேரத்தில் தண்ணீரில் பல தனிமங்கள் இருக்கும்போது, உறைநிலைப் புள்ளியானது அதிக அணுக்கரு வெப்பநிலையைக் கொண்டு தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

பரிசோதனைக்காக, பிரவுன்ரிட்ஜ் ஒரே வெப்பநிலையில் இரண்டு தண்ணீர் மாதிரிகளை எடுத்து உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைத்தார். மாதிரிகளில் ஒன்று எப்பொழுதும் மற்றொன்றுக்கு முன்னால் உறைந்து போவதை அவர் கண்டறிந்தார் - மறைமுகமாக அசுத்தங்களின் வேறுபட்ட கலவையின் காரணமாக இருக்கலாம்.

தண்ணீர் மற்றும் உறைவிப்பான் இடையே அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக சூடான நீர் வேகமாக குளிர்ச்சியடைகிறது என்று பிரவுன்ரிட்ஜ் கூறுகிறார் - இது குளிர்ந்த நீர் அதன் இயற்கையான உறைபனியை அடையும் முன் அதன் உறைபனியை அடைய உதவுகிறது, இது குறைந்தது 5 ° C குறைவாக உள்ளது.

இருப்பினும், பிரவுன்ரிட்ஜின் பகுத்தறிவு பல கேள்விகளை எழுப்புகிறது. எனவே, Mpemba விளைவை தங்கள் சொந்த வழியில் விளக்கக்கூடியவர்கள் பிரிட்டிஷ் ராயல் கெமிக்கல் சொசைட்டியிலிருந்து ஆயிரம் பவுண்டுகளுக்கு போட்டியிட வாய்ப்பு உள்ளது.

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

மகம்பின்ஸ்காயாவின் மாணவராக உயர்நிலைப் பள்ளிதான்சானியாவில், Erasto Mpemba செய்தார் செய்முறை வேலைப்பாடுசமையல் வணிகத்தில். 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.

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 அளவிலான 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 ...

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 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, உடல் வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் நேரம் சூழல், 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 கூறியது. 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 வெப்ப 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 ஒரு 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 ஒரு சமநிலைப் புள்ளியை ஏன் அடையவில்லை? வெப்பச்சலனத்தின் அடிப்படையில் 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

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 நீரைக் காட்டிலும் குறைவான கரைந்த வாயுக்கள் எப்போதும் இருக்கும். குளிர்ந்த நீர்... 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.

எம்பெம்பா விளைவு(The Mpemba முரண்பாடு) என்பது ஒரு முரண்பாடாகும், இது குளிர்ந்த நீரை விட சில நிபந்தனைகளின் கீழ் 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 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 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:

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 பனி அடுக்கு சிறிது காலத்திற்கு உருவாகும், ஆனால் இந்த பனிக்கட்டி அடுக்கு நீரின் கீழ் அடுக்குகளை பாதுகாக்கும் ஒரு மின்கடத்தாவாக 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 ஒரு சமநிலைப் புள்ளியை ஏன் அடையவில்லை? 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

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

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 (அதே போல் மற்றவை) நிலைமைகள் அனைத்தும் பல சோதனைகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளன, ஆனால் கேள்விக்கு ஒரு தெளிவான பதில் - அவற்றில் எது Mpemba 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.

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.

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

ஆவியாதல்

வெப்பநிலை வேறுபாடு

தாழ்வெப்பநிலை

வெப்பச்சலனம்

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

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.

எந்த நீர் வேகமாக, சூடாக அல்லது குளிராக உறைகிறது என்பதைப் பாதிக்கும் பல காரணிகள் உள்ளன, ஆனால் கேள்வி சற்று வித்தியாசமாகத் தெரிகிறது. சூடான நீர் பனிக்கட்டியாக மாற, ஒப்பிடக்கூடிய குளிர்ந்த நீரின் வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க இன்னும் நேரம் தேவை என்பது இயற்பியலில் இருந்து அறியப்படுகிறது. குளிர்ந்த நீரில், இந்த நிலை தவிர்க்கப்படலாம், அதன்படி, அது சரியான நேரத்தில் வெற்றி பெறுகிறது.

ஆனால் எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது வெப்பம் - உறைபனிக்கு வெளியே, வடக்கு அட்சரேகைகளில் வசிப்பவருக்குத் தெரியும். உண்மையில், விஞ்ஞான ரீதியாக, எந்தவொரு சந்தர்ப்பத்திலும், குளிர்ந்த நீர் வெறுமனே வேகமாக உறைய வேண்டும் என்று மாறிவிடும்.

1963 ஆம் ஆண்டு பள்ளி மாணவன் எராஸ்டோ ம்பெம்பாவை அணுகிய இயற்பியல் ஆசிரியரும், எதிர்கால ஐஸ்கிரீமின் குளிர் கலவையானது ஏன் ஒரே மாதிரியான ஆனால் சூடானதை விட நீண்ட நேரம் உறைகிறது என்பதை விளக்கும் கோரிக்கையுடன், அதே வழியில் நினைத்தார்.

"இது உலக இயற்பியல் அல்ல, ஆனால் சில வகையான எம்பெம்பா இயற்பியல்"

அந்த நேரத்தில், ஆசிரியர் இதைப் பார்த்து சிரித்தார், ஆனால் இயற்பியல் பேராசிரியரான டெனிஸ் ஆஸ்போர்ன், ஒரு காலத்தில் எராஸ்டோ படித்த அதே பள்ளியில் நிறுத்தப்பட்டவர், அத்தகைய விளைவு இருப்பதை சோதனை ரீதியாக உறுதிப்படுத்தினார், இருப்பினும் இதற்கு எந்த விளக்கமும் இல்லை. 1969 இல் பிரபலமானது அறிவியல் இதழ்இந்த விசித்திரமான விளைவை விவரிக்கும் இந்த இரண்டு நபர்களால் ஒரு கூட்டு கட்டுரை வெளியிடப்பட்டது.

அப்போதிருந்து, எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடான அல்லது குளிர் - அதன் சொந்த பெயரைக் கொண்டுள்ளது - விளைவு அல்லது முரண்பாடு, எம்பெம்பா.

என்ற கேள்வி நீண்ட நாட்களாக எழுந்தது

இயற்கையாகவே, இதுபோன்ற ஒரு நிகழ்வு முன்பு நடந்தது, மற்ற விஞ்ஞானிகளின் படைப்புகளில் இது குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இந்த பிரச்சினையில் பள்ளி மாணவர் மட்டும் ஆர்வம் காட்டவில்லை, ஆனால் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் மற்றும் அரிஸ்டாட்டில் கூட தங்கள் காலத்தில் இதைப் பற்றி யோசித்தார்.

இந்த முரண்பாட்டைத் தீர்ப்பதற்கான அணுகுமுறைகள் இருபதாம் நூற்றாண்டின் இறுதியில் மட்டுமே பார்க்கத் தொடங்கின.

ஒரு முரண்பாடு ஏற்படுவதற்கான நிபந்தனைகள்

ஐஸ்கிரீமைப் போலவே, சோதனையின் போது உறைவது சாதாரண நீர் மட்டுமல்ல. இருக்க வேண்டும் சில நிபந்தனைகள்எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடாக வாதிடத் தொடங்குவதற்கு. இந்த செயல்முறையின் போக்கை என்ன பாதிக்கிறது?

இப்போது, 21 ஆம் நூற்றாண்டில், இந்த முரண்பாட்டை விளக்கக்கூடிய பல விருப்பங்கள் முன்வைக்கப்பட்டுள்ளன. எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது, சூடான அல்லது குளிர், அது குளிர்ந்த நீரை விட வேகமான ஆவியாதல் வீதத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதைப் பொறுத்தது. இதனால், அதன் அளவு குறைகிறது, மேலும் அளவு குறைவதால், குளிர்ந்த நீரின் இதேபோன்ற ஆரம்ப அளவை எடுத்துக் கொண்டால், உறைபனி நேரம் குறைவாகிறது.

ஃப்ரீசரை நீண்ட நேரம் குளிர வைக்கவும்

எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது, அது ஏன் நிகழ்கிறது, பரிசோதனைக்கு பயன்படுத்தப்படும் குளிர்சாதனப்பெட்டியின் உறைவிப்பான்களில் காணப்படும் பனிப் புறணியால் பாதிக்கப்படலாம். ஒரே மாதிரியான அளவு கொண்ட இரண்டு கொள்கலன்களை நீங்கள் எடுத்துக் கொண்டால், அவற்றில் ஒன்று சூடான நீரையும், மற்றொன்று குளிர்ந்த நீரையும் கொண்டிருந்தால், சூடான நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் உள்ள பனியை உருகச் செய்யும், இதனால் சுவருடன் வெப்ப மட்டத்தின் தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. குளிர்சாதன பெட்டி. குளிர்ந்த நீர் கொள்கலன் அதை செய்ய முடியாது. குளிர்சாதன பெட்டியில் பனியுடன் அத்தகைய புறணி இல்லை என்றால், குளிர்ந்த நீர் வேகமாக உறைய வேண்டும்.

மேலும் கீழும்

மேலும், நீர் வேகமாக உறையும் நிகழ்வு - சூடான அல்லது குளிர், பின்வருமாறு விளக்கப்பட்டுள்ளது. சில சட்டங்களைப் பின்பற்றி, குளிர்ந்த நீர் மேல் அடுக்குகளில் இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது, சூடான நீர் அதை வேறு வழியில் செய்யும்போது - அது கீழே இருந்து மேல் உறைந்து போகத் தொடங்குகிறது. அதே நேரத்தில், குளிர்ந்த நீர், ஏற்கனவே இடங்களில் பனிக்கட்டியுடன் குளிர்ந்த அடுக்கைக் கொண்டிருப்பது, இதனால் வெப்பச்சலனம் மற்றும் வெப்ப கதிர்வீச்சு செயல்முறைகளை மோசமாக்குகிறது, இதன் மூலம் எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடானது. அமெச்சூர் சோதனைகளின் புகைப்படம் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, அது இங்கே தெளிவாகத் தெரியும்.

வெப்பம் வெளியேறி, மேல்நோக்கி செல்கிறது, அங்கு அது மிகவும் குளிரூட்டப்பட்ட அடுக்கைச் சந்திக்கிறது. இலவச பாதைவெப்ப கதிர்வீச்சு கிடைக்கவில்லை, எனவே குளிரூட்டும் செயல்முறை கடினமாகிறது. சூடான நீரின் பாதையில் அத்தகைய தடைகள் எதுவும் இல்லை. எது வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது வெப்பம், சாத்தியமான விளைவு சார்ந்தது, எந்த நீரிலும் சில பொருட்கள் கரைந்துள்ளன என்பதன் மூலம் நீங்கள் பதிலை விரிவாக்கலாம்.

விளைவை பாதிக்கும் காரணியாக நீரில் உள்ள அசுத்தங்கள்

நீங்கள் ஏமாற்றாமல், அதே கலவையுடன் தண்ணீரைப் பயன்படுத்தாவிட்டால், சில பொருட்களின் செறிவு ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், குளிர்ந்த நீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ஆனால் கலைக்கப்படும் போது ஒரு சூழ்நிலை ஏற்பட்டால் இரசாயன கூறுகள்சூடான நீரில் மட்டுமே கிடைக்கும், மற்றும் குளிர்ந்த நீர் அவற்றைக் கொண்டிருக்கவில்லை, பின்னர் சூடான நீரை முன்பு உறைய வைக்க ஒரு வாய்ப்பு உள்ளது. தண்ணீரில் உள்ள கரைசல்கள் படிகமயமாக்கல் மையங்களை உருவாக்குகின்றன என்பதன் மூலம் இது விளக்கப்படுகிறது, மேலும் இந்த மையங்களின் சிறிய எண்ணிக்கையில், தண்ணீரை ஒரு திட நிலைக்கு மாற்றுவது கடினம். பூஜ்ஜியத்திற்கு குறைவான வெப்பநிலையில் அது ஒரு திரவ நிலையில் இருக்கும் என்ற பொருளில், தண்ணீரை மிகையாக குளிர்விப்பது கூட சாத்தியமாகும்.

ஆனால் இந்த பதிப்புகள் அனைத்தும் விஞ்ஞானிகளுக்கு முற்றிலும் பொருந்தவில்லை, மேலும் அவர்கள் இந்த பிரச்சினையில் தொடர்ந்து பணியாற்றினர். 2013 ஆம் ஆண்டில், சிங்கப்பூரில் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, பழங்கால மர்மத்தை தீர்த்துவிட்டதாகக் கூறியது.

ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் எனப்படும் அதன் பிணைப்புகளில் நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலின் அளவு இந்த விளைவின் ரகசியம் என்று சீன விஞ்ஞானிகள் குழு வாதிடுகிறது.

சீன விஞ்ஞானிகளிடமிருந்து துப்பு

இதைத் தொடர்ந்து தகவல் வருகிறது, எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடாகவோ அல்லது குளிராகவோ இருப்பதைக் கண்டுபிடிக்க வேதியியலில் சில அறிவு அவசியம் என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கு. உங்களுக்குத் தெரியும், இது இரண்டு H (ஹைட்ரஜன்) அணுக்களையும் ஒரு O (ஆக்ஸிஜன்) அணுவையும் கொண்டுள்ளது, இது கோவலன்ட் பிணைப்புகளால் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

ஆனால் ஒரு மூலக்கூறின் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அண்டை மூலக்கூறுகளுக்கு, அவற்றின் ஆக்ஸிஜன் கூறுகளுக்கு ஈர்க்கப்படுகின்றன. இந்த பிணைப்புகள்தான் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

அதே நேரத்தில், நீர் மூலக்கூறுகள் ஒருவருக்கொருவர் விரட்டக்கூடியவை என்பதை நினைவில் கொள்ள வேண்டும். நீர் வெப்பமடையும் போது, அதன் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான தூரம் அதிகரிக்கிறது, மேலும் இது விரட்டும் சக்திகளால் ஏற்படுகிறது என்று விஞ்ஞானிகள் குறிப்பிட்டனர். குளிர்ந்த நிலையில் உள்ள மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் ஒரு தூரத்தை ஆக்கிரமித்து, அவை நீட்டிக்கப்படுகின்றன, மேலும் அவை அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன என்று ஒருவர் கூறலாம். நீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று நெருங்கத் தொடங்கும் போது, அதாவது குளிரூட்டல் ஏற்படும் போது வெளியாகும் ஆற்றல் இந்தச் சேமிப்பாகும். சூடான நீரில் அதிக ஆற்றலை வழங்குவதும், சப்ஜெரோ வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்கும் போது அதன் அதிக வெளியீடும் குளிர்ந்த நீரை விட வேகமாக நிகழ்கிறது, இது அத்தகைய ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. எனவே எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடான? தெருவிலும் ஆய்வகத்திலும், Mpemba முரண்பாடு ஏற்பட வேண்டும், மேலும் சூடான நீர் வேகமாக பனியாக மாற வேண்டும்.

ஆனால் கேள்வி இன்னும் திறந்தே உள்ளது

இந்த துப்புக்கு ஒரு கோட்பாட்டு உறுதிப்படுத்தல் மட்டுமே உள்ளது - இவை அனைத்தும் அழகான சூத்திரங்களில் எழுதப்பட்டுள்ளன மற்றும் நம்பத்தகுந்ததாகத் தெரிகிறது. ஆனால், தண்ணீர் வேகமாக உறையும் - சூடாகவோ அல்லது குளிராகவோ இருக்கும் சோதனைத் தரவுகள் நடைமுறை அர்த்தத்தில் வைக்கப்பட்டு, அவற்றின் முடிவுகள் வழங்கப்பட்டால், Mpemba முரண்பாட்டின் கேள்வி மூடப்பட்டதாகக் கருதலாம்.