Tulong sa Tele2, mga taripa, mga tanong

Ang British Royal Society of Chemistry ay nag-aalok ng £1,000 na pabuya sa sinumang makapagpaliwanag sa siyentipikong dahilan kung bakit sa ilang mga kaso mainit na tubig mas mabilis mag-freeze kaysa sa malamig.

“Hindi pa rin masagot ng modernong agham ang tila simpleng tanong na ito. Ginagamit ng mga gumagawa ng ice cream at bartender ang epektong ito sa kanilang pang araw-araw na gawain, ngunit walang nakakaalam kung bakit ito gumagana. Ang problemang ito ay kilala sa loob ng millennia, naisip ito ng mga pilosopo gaya nina Aristotle at Descartes,” sabi ng Pangulo ng British Royal Society of Chemistry, Propesor David Philips, na sinipi sa isang pahayag mula sa Lipunan.

Kung paano tinalo ng isang African chef ang isang British physics professor

Ay hindi biro ni April Fool ngunit malupit na pisikal na katotohanan. Ang agham ngayon, na madaling kumikilos sa mga kalawakan at black hole, na gumagawa ng mga higanteng accelerator upang maghanap ng mga quark at boson, ay hindi maipaliwanag kung paano "gumagana" ang elemental na tubig. aklat-aralin sa paaralan malinaw na nagsasaad na nangangailangan ng mas maraming oras upang palamig ang isang mas mainit na katawan kaysa sa pagpapalamig ng isang malamig na katawan. Ngunit para sa tubig, ang batas na ito ay hindi palaging sinusunod. Binigyang-pansin ni Aristotle ang kabalintunaang ito noong ika-4 na siglo BC. e. Narito ang kanyang isinulat sinaunang Griyego sa Meteorologica I: “Ang katotohanan na ang tubig ay pinainit nang maaga ay nakakatulong sa pagyeyelo nito. Samakatuwid, maraming mga tao, kapag nais nilang mabilis na palamig ang mainit na tubig, ilagay muna ito sa araw ... "Sa Middle Ages, sinubukan nina Francis Bacon at Rene Descartes na ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito. Sa kasamaang palad, hindi nagtagumpay dito ang mga dakilang pilosopo o ang maraming mga siyentipiko na bumuo ng klasikal na thermal physics, at samakatuwid ang isang hindi maginhawang katotohanan ay "nakalimutan" sa mahabang panahon.

At noong 1968 lamang nila "naalala" salamat sa schoolboy na si Erasto Mpemba mula sa Tanzania, malayo sa anumang agham. Habang nag-aaral sa isang cooking school, noong 1963, ang 13-taong-gulang na si Mpembe ay binigyan ng gawaing gumawa ng ice cream. Ayon sa teknolohiya, kinakailangan na pakuluan ang gatas, matunaw ang asukal dito, palamig ito temperatura ng silid at pagkatapos ay ilagay sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, hindi masipag na mag-aaral si Mpemba at nag-alinlangan. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, inilagay niya ang mainit pa ring gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa lahat ng mga patakaran.

Nang ibahagi ni Mpemba ang kanyang natuklasan sa isang guro sa pisika, pinagtatawanan niya ito sa harap ng buong klase. Naalala ni Mpemba ang insulto. Pagkalipas ng limang taon, isa nang estudyante sa Unibersidad ng Dar es Salaam, nasa lecture siya ng sikat na physicist na si Denis G. Osborne. Pagkatapos ng lecture, tinanong niya ang scientist ng isang tanong: “Kung kukuha ka ng dalawang magkaparehong lalagyan na may parehong dami ng tubig, isa sa 35 °C (95 °F) at ang isa sa 100 °C (212 °F), at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay ang tubig sa isang mainit na lalagyan ay mas mabilis na mag-freeze. Bakit?" Maiisip mo ang reaksiyon ng isang propesor sa Britanya sa tanong ng isang binata mula sa pinabayaan ng diyos na Tanzania. Pinagtatawanan niya ang estudyante. Gayunpaman, handa si Mpemba para sa ganoong sagot at hinamon ang siyentipiko sa isang taya. Ang kanilang argumento ay nagtapos sa isang eksperimentong pagsubok na nagpatunay na tama si Mpemba at natalo si Osborne. Kaya't isinulat ng mag-aaral na kusinilya ang kanyang pangalan sa kasaysayan ng agham, at mula ngayon ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na "Mpemba effect". Upang itapon ito, upang ideklara ito na parang "hindi umiiral" ay hindi gumagana. Ang kababalaghan ay umiiral, at, gaya ng isinulat ng makata, "hindi sa ngipin na may paa."

Ang mga dust particle at dissolved substance ba ay dapat sisihin?

Sa paglipas ng mga taon, marami ang sumubok na malutas ang misteryo ng nagyeyelong tubig. Ay inaalok isang buong bouquet mga paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito: pagsingaw, kombeksyon, ang impluwensya ng mga dissolved substance - ngunit wala sa mga salik na ito ang maaaring ituring na pangwakas. Ang isang bilang ng mga siyentipiko ay nagtalaga ng kanilang buong buhay sa epekto ng Mpemba. Empleyado ng Department of Radiation Safety Pambansang Unibersidad ng New York City, pinag-aaralan ni James Brownridge ang kabalintunaan sa kanyang bakanteng oras sa loob ng mahigit isang dekada. Matapos magsagawa ng daan-daang mga eksperimento, inaangkin ng siyentipiko na mayroon siyang katibayan ng "pagkakasala" ng hypothermia. Ipinaliwanag ni Brownridge na sa 0°C, supercool lang ang tubig, at nagsisimulang mag-freeze kapag bumaba ang temperatura. Ang punto ng pagyeyelo ay kinokontrol ng mga impurities sa tubig - binabago nila ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo. Ang mga impurities, at ito ay mga dust particle, bacteria at dissolved salts, ay may katangiang temperatura ng nucleation, kapag nabubuo ang mga ice crystal sa paligid ng mga crystallization center. Kapag ang ilang mga elemento ay naroroon sa tubig nang sabay-sabay, ang punto ng pagyeyelo ay tinutukoy ng isa na may pinakamataas na temperatura ng nucleation.

Para sa eksperimento, kumuha si Brownridge ng dalawang sample ng tubig sa parehong temperatura at inilagay ang mga ito sa isang freezer. Nalaman niya na ang isa sa mga ispesimen ay palaging nagyeyelo bago ang isa - marahil dahil sa ibang kumbinasyon ng mga dumi.

Sinasabi ni Brownridge na mas mabilis lumamig ang mainit na tubig dahil sa mas malaking pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng tubig at ng freezer - tinutulungan nito itong maabot ang lamig nito bago maabot ng malamig na tubig ang natural nitong nagyeyelong punto, na hindi bababa sa 5°C na mas mababa.

Gayunpaman, ang pangangatwiran ni Brownridge ay nagtataas ng maraming katanungan. Samakatuwid, ang mga maaaring ipaliwanag ang epekto ng Mpemba sa kanilang sariling paraan ay may pagkakataon na makipagkumpetensya para sa isang libong pounds sterling mula sa British Royal Society of Chemistry.

Noong 1963, ang isang schoolboy mula sa Tanzania na nagngangalang Erasto Mpemba ay nagtanong sa kanyang guro ng isang hangal na tanong - bakit ang mainit na ice cream ay mas mabilis na nag-freeze kaysa sa malamig na ice cream sa kanyang freezer?

Bilang isang estudyante ng Magamba mataas na paaralan sa Tanzania, ginawa ni Erasto Mpemba Praktikal na trabaho sa culinary arts. Kailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, i-dissolve ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, si Mpemba ay hindi partikular na masigasig na mag-aaral at nagpaliban sa unang bahagi ng takdang-aralin. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, naglagay siya ng mainit na gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa isang ibinigay na teknolohiya.

Bumaling siya sa guro ng pisika para sa paglilinaw, ngunit tinawanan lamang niya ang mag-aaral, sinabi ang sumusunod: "Hindi ito pisika ng mundo, ngunit ang pisika ng Mpemba." Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa simpleng tubig.

Sa anumang kaso, isa nang estudyante ng Mkwawa High School, tinanong niya si Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salaam (inimbitahan ng direktor ng paaralan na magbigay ng lecture sa physics sa mga estudyante) tungkol sa tubig: “Kung kumuha ka ng dalawang magkatulad na lalagyan na may pantay na dami ng tubig upang sa isa sa kanila ang tubig ay may temperatura na 35 ° C, at sa isa pa - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawa ang tubig ay mag-freeze. mas mabilis. Bakit?" Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ng Mpemba, inilathala nila ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal Physics Education. Simula noon, ang epekto na natuklasan nila ay tinatawag na epekto ng Mpemba.

Gusto mo bang malaman kung bakit ito nangyayari? Ilang taon lamang ang nakalilipas, nagawang ipaliwanag ng mga siyentipiko ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ...

Ang epekto ng Mpemba (Mpemba Paradox) ay isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagama't dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang eksperimentong katotohanan na sumasalungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang isang mas mainit na katawan ay nangangailangan ng mas maraming oras upang lumamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang mas malamig na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong minsan nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes. Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagama't marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang gumaganap ng isang papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, pagsingaw, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa tubig sa iba't ibang temperatura. Ang kabalintunaan ng epekto ng Mpemba ay ang oras kung saan lumalamig ang katawan sa temperatura kapaligiran, ay dapat na proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan na ito at ng kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag ni Newton at mula noon ay maraming beses nang nakumpirma sa pagsasagawa. Sa parehong epekto, ang tubig sa 100°C ay lumalamig hanggang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig sa 35°C.

Simula noon, iba't ibang mga bersyon ang ipinahayag, ang isa ay ang mga sumusunod: ang bahagi ng mainit na tubig ay sumingaw lamang sa simula, at pagkatapos, kapag ang isang mas maliit na halaga ay nananatili, ang tubig ay mas mabilis na tumigas. Ang bersyon na ito, dahil sa pagiging simple nito, ay naging pinakasikat, ngunit ang mga siyentipiko ay hindi ganap na nasiyahan.

Ngayon, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Nanyang Technological University sa Singapore, na pinamumunuan ng chemist na si Xi Zhang, ang nagsasabing nalutas na nila ang lumang misteryo kung bakit mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig. Tulad ng nalaman ng mga ekspertong Tsino, ang sikreto ay nasa dami ng enerhiya na nakaimbak sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng tubig.

Tulad ng alam mo, ang mga molekula ng tubig ay binubuo ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms na pinagsasama-sama ng mga covalent bond, na sa antas ng particle ay mukhang isang pagpapalitan ng mga electron. Isa pa kilalang katotohanan ay ang mga atomo ng hydrogen ay naaakit sa mga atomo ng oxygen mula sa mga kalapit na molekula - sa kasong ito, ang mga bono ng hydrogen ay nabuo.

Kasabay nito, ang mga molekula ng tubig sa kabuuan ay nagtataboy sa isa't isa. Napansin ng mga siyentipiko mula sa Singapore na ang mas mainit na tubig, mas malaki ang distansya sa pagitan ng mga molekula ng likido dahil sa pagtaas ng mga puwersa ng salungat. Bilang resulta, ang mga bono ng hydrogen ay nakaunat, at samakatuwid ay nag-iimbak ng mas maraming enerhiya. Ang enerhiya na ito ay inilabas kapag ang tubig ay lumalamig - ang mga molekula ay lumalapit sa isa't isa. At ang pagbabalik ng enerhiya, tulad ng alam mo, ay nangangahulugan ng paglamig.

Narito ang mga hypotheses na iniharap ng mga siyentipiko:

Pagsingaw

Ang mainit na tubig ay sumingaw nang mas mabilis mula sa lalagyan, sa gayon ay binabawasan ang dami nito, at ang isang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nagyeyelo. Ang tubig na pinainit hanggang 100°C ay nawawalan ng 16% ng masa nito kapag pinalamig hanggang 0°C. Ang epekto ng pagsingaw ay dobleng epekto. Una, ang masa ng tubig na kinakailangan para sa paglamig ay nabawasan. At pangalawa, dahil sa evaporation, bumababa ang temperatura nito.

pagkakaiba sa temperatura

Dahil ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan mainit na tubig at mas malamig na hangin - samakatuwid, ang paglipat ng init sa kasong ito ay mas matindi at mas mabilis na lumalamig ang mainit na tubig.

hypothermia
Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0°C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilang partikular na kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling habang patuloy na nananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa -20°C. Ang dahilan para sa epekto na ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal na yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat na ang mga kristal ay nagsimulang mabuo nang kusang. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng ice slush na magyeyelo upang bumuo ng yelo. Ang mainit na tubig ay pinaka-madaling kapitan sa hypothermia dahil ang pag-init ay nag-aalis ng mga natunaw na gas at mga bula, na siya namang magsisilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal na yelo. Bakit ang hypothermia ay nagiging sanhi ng mas mabilis na pagyeyelo ng mainit na tubig? Sa kaso ng malamig na tubig na hindi supercooled, ang mangyayari ay isang manipis na layer ng yelo ang nabubuo sa ibabaw nito, na nagsisilbing insulator sa pagitan ng tubig at ng malamig na hangin, at sa gayon ay pinipigilan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay magiging mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig na sumasailalim sa subcooling, ang subcooled na tubig ay walang protective surface layer ng yelo. Samakatuwid, mas mabilis itong nawawalan ng init sa pamamagitan ng bukas na tuktok. Kapag natapos na ang proseso ng supercooling at nag-freeze ang tubig, mas maraming init ang mawawala at samakatuwid higit pang yelo. Itinuturing ng maraming mananaliksik ng epektong ito ang hypothermia bilang pangunahing salik sa kaso ng epekto ng Mpemba.
Convection

Ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas, at sa gayon ay lumalala ang mga proseso ng heat radiation at convection, at samakatuwid ay ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba. Ang epektong ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4°C. Kung magpapalamig ka ng tubig sa 4°C at ilagay ito sa isang kapaligirang may mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mas mabilis na magyeyelo. Dahil ang tubig na ito ay hindi gaanong siksik kaysa sa tubig sa 4°C, ito ay mananatili sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer na ito ng yelo ay magsisilbing insulator na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa 4°C. Samakatuwid, ang karagdagang proseso ng paglamig ay magiging mas mabagal. Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw na layer ng tubig ay lalamig nang mas mabilis dahil sa pagsingaw at mas malaking pagkakaiba sa temperatura. Gayundin, ang mga layer ng malamig na tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya lulubog ang layer ng malamig na tubig, na itinataas ang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Tinitiyak ng sirkulasyon ng tubig na ito ang mabilis na pagbaba ng temperatura. Ngunit bakit ang prosesong ito ay hindi umabot sa punto ng ekwilibriyo? Upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba mula sa punto ng view ng convection, dapat ipagpalagay na ang malamig at mainit na layer ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng convection mismo ay nagpapatuloy pagkatapos bumaba ang average na temperatura ng tubig sa ibaba 4°C. Gayunpaman, walang pang-eksperimentong ebidensya na sumusuporta sa hypothesis na ito na ang malamig at mainit na mga layer ng tubig ay pinaghihiwalay ng convection.

mga gas na natunaw sa tubig

Ang tubig ay palaging naglalaman ng mga gas na natunaw dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang bawasan ang pagyeyelo ng tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura ay mas mababa. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay pinalamig, palaging may mas kaunting mga dissolved gas dito kaysa sa hindi pinainit na tubig. malamig na tubig. Samakatuwid, ang punto ng pagyeyelo ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang salik na ito kung minsan ay itinuturing na pangunahing isa sa pagpapaliwanag ng epekto ng Mpemba, bagama't walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.

Thermal conductivity

Ang mekanismong ito ay maaaring maglaro mahalagang papel kapag ang tubig ay inilagay sa freezer ng refrigerator compartment sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang lalagyan na may mainit na tubig ay natutunaw ang yelo ng freezer sa ilalim, sa gayon ay nagpapabuti ng thermal contact sa dingding ng freezer at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay tinanggal mula sa lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim nito. Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit isang hindi malabo na sagot sa tanong - kung alin sa mga ito ang nagbibigay ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha. Kaya, halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang impluwensya ng supercooling ng tubig sa epekto na ito. Natuklasan niya na ang mainit na tubig, na umaabot sa supercooled na estado, ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura kaysa malamig na tubig, at samakatuwid ay mas mabilis kaysa sa huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umabot sa isang supercooled na estado nang mas mabilis kaysa sa mainit na tubig, sa gayon ay nagbabayad para sa nakaraang lag. Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbach ay sumasalungat sa naunang data na ang mainit na tubig ay nakakamit ng higit na supercooling dahil sa mas kaunting mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na natunaw dito ay inaalis mula dito, at kapag ito ay pinakuluan, ang ilang mga asing-gamot na natunaw dito ay namuo. Sa ngayon, isang bagay lamang ang maaaring igiit - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

At narito ang malamang na dahilan.

Habang nagsusulat ang mga chemist sa kanilang artikulo, na makikita sa arXiv.org preprint site, ang mga hydrogen bond ay mas malakas na nakaunat sa mainit na tubig kaysa sa malamig na tubig. Kaya, lumalabas na mas maraming enerhiya ang nakaimbak sa mga bono ng hydrogen ng mainit na tubig, na nangangahulugan na higit pa sa mga ito ang pinakawalan kapag pinalamig sa mga sub-zero na temperatura. Dahil dito, mas mabilis ang pagyeyelo.

Sa ngayon, nalutas ng mga siyentipiko ang bugtong na ito sa teorya lamang. Kapag nagpakita sila ng nakakumbinsi na katibayan ng kanilang bersyon, kung gayon ang tanong kung bakit ang mainit na tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig ay maaaring ituring na sarado.

epekto ng Mpemba(Ang kabalintunaan ng Mpemba) ay isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagama't dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang eksperimentong katotohanan na sumasalungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang isang mas mainit na katawan ay nangangailangan ng mas maraming oras upang lumamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang mas malamig na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong panahong iyon nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes, ngunit noong 1963 lamang, nalaman ng Tanzanian schoolboy na si Erasto Mpemba na ang mainit na pinaghalong ice cream ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa sa malamig.

Si Erasto Mpemba ay isang estudyante sa Magambin High School sa Tanzania na gumagawa ng praktikal na gawain sa pagluluto. Kailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, i-dissolve ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, si Mpemba ay hindi partikular na masigasig na mag-aaral at nagpaliban sa unang bahagi ng takdang-aralin. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, inilagay niya ang mainit pa ring gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa isang ibinigay na teknolohiya.

Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa simpleng tubig. Sa anumang kaso, bilang isang estudyante sa Mkwawa High School, tinanong niya si Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salaam (inimbitahan ng direktor ng paaralan na magbigay ng lecture sa physics sa mga mag-aaral) tungkol sa tubig: "Kung kukuha ka dalawang magkaparehong lalagyan na may pantay na dami ng tubig upang sa isa sa kanila ang tubig ay may temperatura na 35 ° C, at sa isa pa - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawa ang tubig ay mas mabilis na mag-freeze. Bakit? Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ng Mpemba, inilathala nila ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal na "Physics Education". Mula noon, ang epekto na kanilang natuklasan ay tinatawag na epekto ng Mpemba.

Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagama't marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang gumaganap ng isang papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, pagsingaw, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa tubig sa iba't ibang temperatura.

Ang kabalintunaan ng epekto ng Mpemba ay ang oras kung kailan lumalamig ang katawan sa temperatura ng kapaligiran ay dapat na proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan na ito at ng kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag ni Newton at mula noon ay maraming beses nang nakumpirma sa pagsasagawa. Sa parehong epekto, ang tubig sa 100°C ay lumalamig hanggang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig sa 35°C.

Gayunpaman, hindi pa ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng Mpemba ay maaaring ipaliwanag sa mga tuntunin ng kilalang pisika. Narito ang ilang mga paliwanag para sa epekto ng Mpemba:

Pagsingaw

Ang mainit na tubig ay sumingaw nang mas mabilis mula sa lalagyan, sa gayon ay binabawasan ang dami nito, at ang isang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nagyeyelo. Ang tubig na pinainit hanggang 100 C ay nawawalan ng 16% ng masa nito kapag pinalamig sa 0 C.

Ang epekto ng pagsingaw ay dobleng epekto. Una, ang masa ng tubig na kinakailangan para sa paglamig ay nabawasan. At pangalawa, bumababa ang temperatura dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa bahagi ng tubig hanggang sa yugto ng singaw ay bumababa.

pagkakaiba sa temperatura

Dahil sa ang katunayan na ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay mas malaki - kaya ang init exchange sa kasong ito ay mas matindi at mainit na tubig cools mas mabilis.

hypothermia

Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0 C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilang partikular na kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling habang patuloy na nananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa -20 C.

Ang dahilan ng epektong ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal na yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat na ang mga kristal ay nagsimulang mabuo nang kusang. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng ice slush na magyeyelo upang bumuo ng yelo.

Ang mainit na tubig ay pinaka-madaling kapitan sa hypothermia dahil ang pag-init ay nag-aalis ng mga natunaw na gas at mga bula, na siya namang magsisilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal na yelo.

Bakit ang hypothermia ay nagiging sanhi ng mas mabilis na pagyeyelo ng mainit na tubig? Sa kaso ng malamig na tubig, na hindi supercooled, ang mga sumusunod ay nangyayari. Sa kasong ito, ang isang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng sisidlan. Ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing insulator sa pagitan ng tubig at malamig na hangin at mapipigilan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay magiging mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig na sumasailalim sa subcooling, ang subcooled na tubig ay walang protective surface layer ng yelo. Samakatuwid, mas mabilis itong nawawalan ng init sa pamamagitan ng bukas na tuktok.

Kapag natapos ang proseso ng supercooling at nag-freeze ang tubig, mas maraming init ang mawawala at samakatuwid ay mas maraming yelo ang nabubuo.

Itinuturing ng maraming mananaliksik ng epektong ito ang hypothermia bilang pangunahing salik sa kaso ng epekto ng Mpemba.

Convection

Ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas, at sa gayon ay lumalala ang mga proseso ng heat radiation at convection, at samakatuwid ay ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba.

Ang epektong ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4 C. Kung pinalamig mo ang tubig sa 4 C at ilagay ito sa mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mas mabilis na magyeyelo. Dahil ang tubig na ito ay hindi gaanong siksik kaysa sa tubig sa 4°C, ito ay mananatili sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa maikling panahon, ngunit ang layer na ito ng yelo ay magsisilbing insulator na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 4 C. Samakatuwid , ang karagdagang paglamig ay magiging mas mabagal.

Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw na layer ng tubig ay lalamig nang mas mabilis dahil sa pagsingaw at mas malaking pagkakaiba sa temperatura. Gayundin, ang mga layer ng malamig na tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya lulubog ang layer ng malamig na tubig, na itinataas ang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Tinitiyak ng sirkulasyon ng tubig na ito ang mabilis na pagbaba ng temperatura.

Ngunit bakit ang prosesong ito ay hindi umabot sa punto ng ekwilibriyo? Upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba mula sa puntong ito ng view ng convection, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na layer ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng convection mismo ay nagpapatuloy pagkatapos bumaba ang average na temperatura ng tubig sa ibaba 4 C.

Gayunpaman, walang eksperimentong ebidensya na sumusuporta sa hypothesis na ito na ang malamig at mainit na mga layer ng tubig ay pinaghihiwalay ng convection.

mga gas na natunaw sa tubig

Ang tubig ay palaging naglalaman ng mga gas na natunaw dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang bawasan ang pagyeyelo ng tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura ay mas mababa. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay pinalamig, palaging may mas kaunting mga dissolved gas dito kaysa sa hindi pinainit na malamig na tubig. Samakatuwid, ang punto ng pagyeyelo ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang salik na ito kung minsan ay itinuturing na pangunahing isa sa pagpapaliwanag ng epekto ng Mpemba, bagama't walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.

Thermal conductivity

Malaki ang papel na ginagampanan ng mekanismong ito kapag inilagay ang tubig sa refrigerator freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang lalagyan na may mainit na tubig ay natutunaw ang yelo ng freezer sa ilalim, sa gayon ay nagpapabuti ng thermal contact sa dingding ng freezer at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay tinanggal mula sa lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim nito.

Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit ang isang malinaw na sagot sa tanong - alin sa mga ito ang nagbibigay ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha.

Kaya, halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang impluwensya ng supercooling ng tubig sa epekto na ito. Natuklasan niya na ang mainit na tubig, na umaabot sa supercooled na estado, ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura kaysa malamig na tubig, at samakatuwid ay mas mabilis kaysa sa huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umabot sa supercooled na estado nang mas mabilis kaysa sa mainit na tubig, at sa gayon ay nabayaran ang nakaraang lag.

Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbach ay sumasalungat sa naunang data na ang mainit na tubig ay nakakamit ng higit na supercooling dahil sa mas kaunting mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na natunaw dito ay tinanggal mula dito, at kapag ito ay pinakuluan, ang ilang mga asin na natunaw dito ay namuo.

Sa ngayon, isang bagay lamang ang maaaring igiit - ang pagpaparami ng epekto na ito ay mahalagang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

epekto ng Mpemba(Mpemba paradox) - isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagama't dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang eksperimentong katotohanan na sumasalungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang isang mas mainit na katawan ay nangangailangan ng mas maraming oras upang lumamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang mas malamig na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong panahong iyon nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes, ngunit noong 1963 lamang, nalaman ng Tanzanian schoolboy na si Erasto Mpemba na ang mainit na pinaghalong ice cream ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa sa malamig.

Si Erasto Mpemba ay isang estudyante sa Magambin High School sa Tanzania na gumagawa ng praktikal na gawain sa pagluluto. Kailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, i-dissolve ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, si Mpemba ay hindi partikular na masigasig na mag-aaral at nagpaliban sa unang bahagi ng takdang-aralin. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, inilagay niya ang mainit pa ring gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa isang ibinigay na teknolohiya.

Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa simpleng tubig. Sa anumang kaso, bilang isang estudyante sa Mkwawa High School, tinanong niya si Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salaam (inimbitahan ng direktor ng paaralan na magbigay ng lecture sa physics sa mga mag-aaral) tungkol sa tubig: "Kung kukuha ka dalawang magkaparehong lalagyan na may pantay na dami ng tubig upang sa isa sa kanila ang tubig ay may temperatura na 35 ° C, at sa isa pa - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawa ang tubig ay mas mabilis na mag-freeze. Bakit? Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ng Mpemba, inilathala nila ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal na "Physics Education". Mula noon, ang epekto na kanilang natuklasan ay tinatawag na epekto ng Mpemba.

Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagama't marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang gumaganap ng isang papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, pagsingaw, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa tubig sa iba't ibang temperatura.

Ang kabalintunaan ng epekto ng Mpemba ay ang oras kung kailan lumalamig ang katawan sa temperatura ng kapaligiran ay dapat na proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan na ito at ng kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag ni Newton at mula noon ay maraming beses nang nakumpirma sa pagsasagawa. Sa parehong epekto, ang tubig sa 100°C ay lumalamig hanggang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig sa 35°C.

Gayunpaman, hindi pa ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng Mpemba ay maaari ding ipaliwanag sa loob ng kilalang pisika. Narito ang ilang mga paliwanag para sa epekto ng Mpemba:

Pagsingaw

Ang mainit na tubig ay sumingaw nang mas mabilis mula sa lalagyan, sa gayon ay binabawasan ang dami nito, at ang isang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nagyeyelo. Ang tubig na pinainit hanggang 100 C ay nawawalan ng 16% ng masa nito kapag pinalamig sa 0 C.

Ang epekto ng pagsingaw ay dobleng epekto. Una, ang masa ng tubig na kinakailangan para sa paglamig ay nabawasan. At pangalawa, bumababa ang temperatura dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa bahagi ng tubig hanggang sa yugto ng singaw ay bumababa.

pagkakaiba sa temperatura

Dahil sa ang katunayan na ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay mas malaki - kaya ang init exchange sa kasong ito ay mas matindi at mainit na tubig cools mas mabilis.

hypothermia

Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0 C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilang partikular na kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling habang patuloy na nananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa -20 C.

Ang dahilan ng epektong ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal na yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat na ang mga kristal ay nagsimulang mabuo nang kusang. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng ice slush na magyeyelo upang bumuo ng yelo.

Ang mainit na tubig ay pinaka-madaling kapitan sa hypothermia dahil ang pag-init ay nag-aalis ng mga natunaw na gas at mga bula, na siya namang magsisilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal na yelo.

Bakit ang hypothermia ay nagiging sanhi ng mas mabilis na pagyeyelo ng mainit na tubig? Sa kaso ng malamig na tubig, na hindi supercooled, ang mga sumusunod ay nangyayari. Sa kasong ito, ang isang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng sisidlan. Ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing insulator sa pagitan ng tubig at malamig na hangin at mapipigilan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay magiging mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig na sumasailalim sa subcooling, ang subcooled na tubig ay walang protective surface layer ng yelo. Samakatuwid, mas mabilis itong nawawalan ng init sa pamamagitan ng bukas na tuktok.

Kapag natapos ang proseso ng supercooling at nag-freeze ang tubig, mas maraming init ang mawawala at samakatuwid ay mas maraming yelo ang nabubuo.

Itinuturing ng maraming mananaliksik ng epektong ito ang hypothermia bilang pangunahing salik sa kaso ng epekto ng Mpemba.

Convection

Ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas, at sa gayon ay lumalala ang mga proseso ng heat radiation at convection, at samakatuwid ay ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba.

Ang epektong ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4 C. Kung pinalamig mo ang tubig sa 4 C at ilagay ito sa mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mas mabilis na magyeyelo. Dahil ang tubig na ito ay hindi gaanong siksik kaysa sa tubig sa 4°C, ito ay mananatili sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa maikling panahon, ngunit ang layer na ito ng yelo ay magsisilbing insulator na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 4 C. Samakatuwid , ang karagdagang paglamig ay magiging mas mabagal.

Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw na layer ng tubig ay lalamig nang mas mabilis dahil sa pagsingaw at mas malaking pagkakaiba sa temperatura. Gayundin, ang mga layer ng malamig na tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya lulubog ang layer ng malamig na tubig, na itinataas ang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Tinitiyak ng sirkulasyon ng tubig na ito ang mabilis na pagbaba ng temperatura.

Ngunit bakit ang prosesong ito ay hindi umabot sa punto ng ekwilibriyo? Upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba mula sa puntong ito ng view ng convection, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na layer ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng convection mismo ay nagpapatuloy pagkatapos bumaba ang average na temperatura ng tubig sa ibaba 4 C.

Gayunpaman, walang eksperimentong ebidensya na sumusuporta sa hypothesis na ito na ang malamig at mainit na mga layer ng tubig ay pinaghihiwalay ng convection.

mga gas na natunaw sa tubig

Ang tubig ay palaging naglalaman ng mga gas na natunaw dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang bawasan ang pagyeyelo ng tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura ay mas mababa. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay pinalamig, palaging may mas kaunting mga dissolved gas dito kaysa sa hindi pinainit na malamig na tubig. Samakatuwid, ang punto ng pagyeyelo ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang salik na ito kung minsan ay itinuturing na pangunahing isa sa pagpapaliwanag ng epekto ng Mpemba, bagama't walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.

Thermal conductivity

Malaki ang papel na ginagampanan ng mekanismong ito kapag inilagay ang tubig sa refrigerator freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang lalagyan na may mainit na tubig ay natutunaw ang yelo ng freezer sa ilalim, sa gayon ay nagpapabuti ng thermal contact sa dingding ng freezer at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay tinanggal mula sa lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim nito.

Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit ang isang malinaw na sagot sa tanong - alin sa mga ito ang nagbibigay ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha.

Kaya, halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang impluwensya ng supercooling ng tubig sa epekto na ito. Natuklasan niya na ang mainit na tubig, na umaabot sa supercooled na estado, ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura kaysa malamig na tubig, at samakatuwid ay mas mabilis kaysa sa huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umabot sa supercooled na estado nang mas mabilis kaysa sa mainit na tubig, at sa gayon ay nabayaran ang nakaraang lag.

Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbach ay sumasalungat sa naunang data na ang mainit na tubig ay nakakamit ng higit na supercooling dahil sa mas kaunting mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na natunaw dito ay tinanggal mula dito, at kapag ito ay pinakuluan, ang ilang mga asin na natunaw dito ay namuo.

Sa ngayon, isang bagay lamang ang maaaring igiit - ang pagpaparami ng epekto na ito ay mahalagang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

O. V. Mosin

pampanitikanpinagmumulan:

"Mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig. Bakit ito ginagawa?", Jearl Walker sa The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, hindi. 3, p. 246-257; Setyembre, 1977.

"Ang Pagyeyelo ng Mainit at Malamig na Tubig", G.S. Kell sa American Journal of Physics, Vol. 37, hindi. 5, pp. 564-565; Mayo 1969.

"Supercooling at ang Mpemba effect", David Auerbach, sa American Journal of Physics, Vol. 63, No. 10, pp 882-885; Okt, 1995.

"The Mpemba effect: The freezing times of hot and cold water", Charles A. Knight, sa American Journal of Physics, Vol. 64, hindi. 5, p 524; Mayo, 1996.

Aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo, mainit o malamig, ay naiimpluwensyahan ng maraming mga kadahilanan, ngunit ang tanong mismo ay tila kakaiba. Ito ay ipinahiwatig, at ito ay kilala mula sa pisika, na ang mainit na tubig ay nangangailangan pa rin ng oras upang lumamig sa temperatura ng maihahambing na malamig na tubig upang maging yelo. Maaaring laktawan ng malamig na tubig ang yugtong ito, at, nang naaayon, mananalo ito sa oras.

Ngunit ang sagot sa tanong kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit - sa kalye sa hamog na nagyelo, alam ng sinumang naninirahan sa hilagang latitude. Sa katunayan, ayon sa siyensiya, lumalabas na sa anumang kaso, ang malamig na tubig ay kailangang mag-freeze nang mas mabilis.

Gayundin ang guro ng pisika, na nilapitan ng mag-aaral na si Erasto Mpemba noong 1963 na may kahilingang ipaliwanag kung bakit ang malamig na pinaghalong sorbetes sa hinaharap ay nagyeyelo nang mas matagal kaysa sa katulad, ngunit mainit.

"Hindi ito world physics, ngunit isang uri ng Mpemba physics"

Noong panahong iyon, tinawanan lamang ito ng guro, ngunit si Deniss Osborne, isang propesor ng physics, na minsan ay nagpunta sa parehong paaralan kung saan nag-aral si Erasto, ay eksperimento na nakumpirma ang pagkakaroon ng gayong epekto, kahit na walang paliwanag para dito noon. . Noong 1969, sa sikat siyentipikong journal naglathala ng magkasanib na artikulo ng dalawang taong ito na naglalarawan sa kakaibang epektong ito.

Mula noon, sa pamamagitan ng paraan, ang tanong kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - mainit o malamig, ay may sariling pangalan - ang epekto, o kabalintunaan, Mpemba.

Matagal na ang tanong

Naturally, ang gayong kababalaghan ay naganap bago, at ito ay nabanggit sa mga gawa ng iba pang mga siyentipiko. Hindi lamang ang schoolboy ang interesado sa tanong na ito, ngunit naisip ito ni Rene Descartes at maging si Aristotle.

Narito ang mga diskarte lamang sa paglutas ng kabalintunaan na ito ay nagsimulang tumingin lamang sa pagtatapos ng ikadalawampu siglo.

Mga kundisyon para magkaroon ng kabalintunaan

Tulad ng ice cream, hindi lang ordinaryong tubig ang nagyeyelo sa panahon ng eksperimento. Dapat dumalo ilang kundisyon upang simulan ang pagtatalo kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit. Ano ang nakakaimpluwensya sa prosesong ito?

Ngayon, sa ika-21 siglo, ilang mga opsyon ang iniharap na maaaring ipaliwanag ang kabalintunaan na ito. Aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo, mainit o malamig, ay maaaring depende sa katotohanan na mayroon itong mas mataas na rate ng pagsingaw kaysa sa malamig na tubig. Kaya, ang dami nito ay bumababa, at sa pagbaba ng volume, ang oras ng pagyeyelo ay nagiging mas maikli kaysa sa kung kukuha tayo ng isang katulad na paunang dami ng malamig na tubig.

Matagal nang na-defrost ang freezer

Aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo, at kung bakit ito nangyayari, ang maaaring maapektuhan ng snow lining na maaaring nasa freezer ng refrigerator na ginamit para sa eksperimento. Kung kukuha ka ng dalawang lalagyan na magkapareho sa dami, ngunit ang isa sa kanila ay magkakaroon ng mainit na tubig at ang isa pang malamig na tubig, ang lalagyan na may mainit na tubig ay matutunaw ang niyebe sa ilalim nito, at sa gayon ay mapapabuti ang pakikipag-ugnay ng thermal level sa dingding ng refrigerator. Hindi iyon magagawa ng lalagyan ng malamig na tubig. Kung walang ganoong lining na may snow sa refrigerator, ang malamig na tubig ay dapat mag-freeze nang mas mabilis.

Taas baba

Gayundin, ang kababalaghan kung saan ang tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis - mainit o malamig, ay ipinaliwanag bilang mga sumusunod. Kasunod ng ilang partikular na batas, ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas na mga layer, kapag ang mainit na tubig ay ginagawa ito ng kabaligtaran - nagsisimula itong mag-freeze mula sa ibaba pataas. Lumalabas na ang malamig na tubig, na mayroong isang malamig na layer sa itaas na may yelo na nabuo na sa ilang mga lugar, kaya lumalala ang mga proseso ng convection at thermal radiation, at sa gayon ay nagpapaliwanag kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit. Ang isang larawan mula sa mga amateur na eksperimento ay naka-attach, at dito ito ay malinaw na nakikita.

Lumalabas ang init, pataas, at doon ay nakakatugon ito sa isang napakalamig na layer. libreng paraan para sa heat radiation ay hindi magagamit, kaya ang proseso ng paglamig ay nagiging mahirap. Ang mainit na tubig ay ganap na walang mga hadlang sa landas nito. Alin ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit, kung saan nakasalalay ang posibleng resulta, maaari mong palawakin ang sagot sa pamamagitan ng pagsasabi na ang anumang tubig ay may ilang mga sangkap na natunaw dito.

Ang mga dumi sa komposisyon ng tubig bilang isang salik na nakakaimpluwensya sa kinalabasan

Kung hindi ka mandaya at gumamit ng tubig na may parehong komposisyon, kung saan ang mga konsentrasyon ng ilang mga sangkap ay magkapareho, kung gayon ang malamig na tubig ay dapat mag-freeze nang mas mabilis. Ngunit kung ang isang sitwasyon ay nangyayari kapag ang dissolved mga elemento ng kemikal magagamit lamang sa mainit na tubig, habang ang malamig na tubig ay wala sa kanila, pagkatapos ay may posibilidad na ang mainit na tubig ay mag-freeze nang mas maaga. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga natunaw na sangkap sa tubig ay lumilikha ng mga sentro ng pagkikristal, at sa isang maliit na bilang ng mga sentrong ito, ang pagbabago ng tubig sa isang solidong estado ay mahirap. Kahit na ang supercooling ng tubig ay posible, sa kahulugan na sa mga sub-zero na temperatura ito ay nasa likidong estado.

Ngunit ang lahat ng mga bersyon na ito, tila, ay hindi nababagay sa mga siyentipiko hanggang sa wakas, at patuloy silang nagtatrabaho sa isyung ito. Noong 2013, sinabi ng isang pangkat ng mga mananaliksik sa Singapore na nalutas na nila ang lumang misteryo.

Sinasabi ng isang grupo ng mga siyentipikong Tsino na ang sikreto ng epektong ito ay nasa dami ng enerhiya na nakaimbak sa pagitan ng mga molekula ng tubig sa mga bono nito, na tinatawag na mga hydrogen bond.

Ang sagot mula sa mga Chinese scientist

Susunod ang karagdagang impormasyon, para sa pag-unawa kung saan kinakailangan na magkaroon ng ilang kaalaman sa kimika upang malaman kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - mainit o malamig. Tulad ng alam mo, ito ay binubuo ng dalawang H (hydrogen) atoms at isang O (oxygen) atom na pinagsama-sama ng mga covalent bond.

Ngunit ang mga atomo ng hydrogen ng isang molekula ay naaakit din sa mga kalapit na molekula, sa kanilang bahagi ng oxygen. Ang mga bono na ito ay tinatawag na mga bono ng hydrogen.

Kasabay nito, ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na sa parehong oras, ang mga molekula ng tubig ay kumikilos nang kasuklam-suklam sa bawat isa. Napansin ng mga siyentipiko na kapag ang tubig ay pinainit, ang distansya sa pagitan ng mga molekula nito ay tumataas, at ito ay pinadali ng mga puwersang salungat. Ito ay lumiliko out na sumasakop sa isang distansya sa pagitan ng mga molecule sa isang malamig na estado, ang isa ay maaaring sabihin na sila ay umaabot, at mayroon silang isang mas malaking supply ng enerhiya. Ang reserbang enerhiya na ito ay inilabas kapag ang mga molekula ng tubig ay nagsimulang lumapit sa isa't isa, iyon ay, nangyayari ang paglamig. Lumalabas na ang mas malaking supply ng enerhiya sa mainit na tubig, at ang mas malaking paglabas nito kapag pinalamig sa mga sub-zero na temperatura, ay nangyayari nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig, na may mas maliit na supply ng naturang enerhiya. Kaya aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit? Sa kalye at sa laboratoryo, dapat mangyari ang kabalintunaan ng Mpemba, at ang mainit na tubig ay dapat maging yelo nang mas mabilis.

Ngunit bukas pa rin ang tanong

Mayroon lamang teoretikal na kumpirmasyon ng pahiwatig na ito - lahat ng ito ay nakasulat sa magagandang mga formula at tila makatwiran. Ngunit kapag ang pang-eksperimentong data, kung saan ang tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis - mainit o malamig, ay ilalagay sa isang praktikal na kahulugan, at ang kanilang mga resulta ay ipapakita, kung gayon posible na isaalang-alang ang tanong ng Mpemba na kabalintunaan na sarado.