Tulong sa Tele2, mga taripa, mga tanong

Ang British Royal Society of Chemistry ay nag-aalok ng £1,000 na pabuya sa sinumang makapagpaliwanag ng siyentipiko kung bakit may ilang 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, kung saan ang mga pilosopo gaya nina Aristotle at Descartes ay nag-iisip tungkol dito,” sabi ni Propesor David Phillips, presidente ng British Royal Society of Chemistry, gaya ng sinipi sa isang pahayag ng Society.

Paano tinalo ng isang kusinero mula sa Africa ang isang propesor sa pisika ng Britanya

Ay hindi biro ni April Fool, ngunit isang malupit na pisikal na katotohanan. Ang modernong agham, na madaling gumagana sa mga kalawakan at black hole, at gumagawa ng mga higanteng accelerator para maghanap ng mga quark at boson, ay hindi maipaliwanag kung paano "gumagana" ang elementarya. 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. Ito ang sinulat ko sinaunang Griyego sa aklat na Meteorologica I: “Ang katotohanan na ang tubig ay pinainit nang maaga ay nakakatulong sa pagyeyelo nito. Kaya naman, maraming tao, kapag gusto nilang palamigin ang mainit na tubig nang mas mabilis, ilagay muna ito sa araw...” Noong 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 thermophysics, at samakatuwid ang gayong hindi maginhawang katotohanan ay "nakalimutan" sa loob ng mahabang panahon.

At noong 1968 lamang nila "naalala" salamat sa schoolboy na si Erasto Mpembe mula sa Tanzania, malayo sa anumang agham. Habang nag-aaral sa culinary arts school noong 1963, ang 13-taong-gulang na si Mpembe ay binigyan ng gawain sa paggawa ng ice cream. Ayon sa teknolohiya, kinakailangang pakuluan ang gatas, matunaw ang asukal sa loob nito, palamig ito hanggang 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 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 lahat ng mga patakaran.

Nang ibahagi ni Mpemba ang kanyang natuklasan sa kanyang guro sa pisika, pinagtawanan niya ito sa harap ng buong klase. Naalala ni Mpemba ang insulto. Pagkalipas ng limang taon, isa nang estudyante sa unibersidad sa Dar es Salaam, dumalo siya sa isang lecture 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 pantay na 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 Tubig sa isang mainit na lalagyan ay mas mabilis na mag-freeze. Bakit?" Maiisip mo ang reaksyon ng isang propesor sa Britanya sa tanong ng isang binata mula sa Godforsaken Tanzania. Pinagtatawanan niya ang estudyante. Gayunpaman, handa si Mpemba para sa naturang sagot at hinamon ang siyentipiko sa isang taya. Natapos ang kanilang pagtatalo sa isang eksperimentong pagsubok na nagpapatunay na tama si Mpemba at natalo si Osborne. Kaya, isinulat ng apprentice cook ang kanyang pangalan sa kasaysayan ng agham, at mula ngayon ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na "Mpemba effect." Imposibleng itapon ito, ideklara ito bilang "hindi umiiral". Ang kababalaghan ay umiiral, at, tulad ng isinulat ng makata, "hindi ito masakit."

Ang mga dust particle at solute ba ay dapat sisihin?

Sa paglipas ng mga taon, marami ang sumubok na malutas ang misteryo ng nagyeyelong tubig. Ay inaalok 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 Ang residente ng New York City na si James Brownridge ay nag-aaral ng kabalintunaan sa kanyang bakanteng oras sa loob ng isang dekada. Matapos magsagawa ng daan-daang mga eksperimento, inaangkin ng siyentipiko na mayroong katibayan ng "pagkakasala" ng hypothermia. Ipinaliwanag ni Brownridge na sa 0°C, ang tubig ay nagiging supercooled lamang, 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 dumi, gaya ng 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 ng parehong temperatura at inilagay ang mga ito sa freezer. Natuklasan niya na ang isa sa mga ispesimen ay palaging nagyeyelo bago ang isa, marahil dahil sa ibang kumbinasyon ng mga dumi.

Sinabi ni Brownridge na mas mabilis lumamig ang mainit na tubig dahil may mas malaking pagkakaiba sa pagitan ng temperatura ng tubig at ng freezer - tinutulungan nito itong maabot ang lamig nito bago maabot ng malamig na tubig ang natural na pagyeyelo nito, 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 Tanzanian schoolboy na nagngangalang Erasto Mpemba ay nagtanong sa kanyang guro ng isang hangal na tanong - bakit ang mainit na ice cream sa kanyang freezer ay mas mabilis na nag-freeze kaysa sa malamig?

Ang pagiging isang mag-aaral ng Magambinskaya mataas na paaralan sa Tanzania ginawa ni Erasto Mpemba Praktikal na trabaho 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 isang partikular na masigasig na mag-aaral at naantala ang pagkumpleto sa unang bahagi ng gawain. Sa takot na hindi siya makarating sa pagtatapos ng aralin, naglagay siya ng mainit na gatas sa refrigerator. Sa kanyang pagtataka, mas nauna itong nagyelo kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa ibinigay na teknolohiya.

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

Sa anumang kaso, bilang isang mag-aaral sa Mkwava Secondary 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) partikular na 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 magyeyelo nang mas mabilis. Bakit?" Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon, noong 1969, inilathala niya at ni Mpemba ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal Physics Education. Simula noon, ang epekto na natuklasan nila ay tinawag na epekto ng Mpemba.

Interesado ka bang malaman kung bakit ito nangyayari? Ilang taon lamang ang nakalipas, 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 panahon ng 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 pinainit na katawan ay tumatagal ng mas maraming oras upang palamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang hindi gaanong pinainit na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong kanilang panahon 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, bagaman 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, evaporation, 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 nakumpirma nang maraming beses sa pagsasagawa. Sa ganitong epekto, ang tubig na may temperaturang 100°C ay lumalamig sa temperaturang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig na may temperaturang 35°C.

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

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 atomo ng oxygen at dalawang atomo ng hydrogen na pinagsasama-sama ng mga covalent bond, na sa antas ng particle ay mukhang isang pagpapalitan ng mga electron. Isa pa kilalang katotohanan namamalagi sa katotohanan na ang mga atomo ng hydrogen ay naaakit sa mga atomo ng oxygen mula sa mga kalapit na molekula - at ang mga bono ng hydrogen ay nabuo.

Kasabay nito, ang mga molekula ng tubig ay karaniwang nagtataboy sa isa't isa. Napansin ng mga siyentipiko mula sa Singapore: 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 paglabas ng enerhiya, gaya ng nalalaman, ay nangangahulugan ng paglamig.

Narito ang mga pagpapalagay 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 sa 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 bumababa. At pangalawa, dahil sa evaporation, bumababa ang temperatura nito.

Pagkakaiba ng temperatura

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

Hypothermia
Kapag ang tubig ay lumalamig sa ibaba 0°C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilalim ng ilang kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling, na patuloy na mananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa pagyeyelo. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa temperatura na -20°C. Ang dahilan ng epektong ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal ng yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat para kusang mabuo ang mga kristal. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng slush ice, 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 maaaring magsilbing 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: 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 sumailalim sa supercooling, ang supercooled na tubig ay walang proteksiyon na layer ng yelo sa ibabaw. 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 nabuo 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 pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba. Ang epektong ito ay ipinaliwanag 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 kapaligiran na 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 kondisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing insulator, na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 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 dinadala 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, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na mga 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 proseso 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 inilalabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig ay mas mababa sa mataas na temperatura. Samakatuwid, kapag pinalamig ang mainit na tubig, palaging naglalaman ito ng mas kaunting dissolved na mga gas 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 malaki ang bahagi kapag inilagay ang tubig sa refrigerator compartment freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang isang lalagyan ng mainit na tubig ay natutunaw ang yelo sa 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 isang lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa isang malamig. Sa turn, ang isang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim. Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit ang isang hindi malabo na sagot sa tanong - kung alin sa mga ito ang nagsisiguro ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha. Halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang epekto ng supercooling na tubig sa epektong 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 nakaraang data na ang mainit na tubig ay nakamit ang 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 masasabi: ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

Ngunit tulad ng sinasabi nila, ang pinaka-malamang na dahilan.

Habang nagsusulat ang mga chemist sa kanilang artikulo, na makikita sa preprint website arXiv.org, mas malakas ang hydrogen bond 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. Para sa kadahilanang ito, ang hardening ay nangyayari nang mas mabilis.

Sa ngayon, nalutas ng mga siyentipiko ang misteryong ito sa teorya lamang. Kapag nagpakita sila ng nakakumbinsi na ebidensya ng kanilang bersyon, ang tanong kung bakit mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig ay maituturing na sarado.

Mpemba effect(Mpemba's 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 panahon ng 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 pinainit na katawan ay tumatagal ng mas maraming oras upang palamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang hindi gaanong pinainit na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

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

Bilang isang mag-aaral sa Magambi High School sa Tanzania, si Erasto Mpemba ay nagsagawa ng praktikal na trabaho bilang isang kusinero. 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 isang partikular na masigasig na mag-aaral at naantala ang pagkumpleto sa unang bahagi ng gawain. Sa takot na hindi siya makarating sa pagtatapos ng aralin, naglagay siya ng mainit na gatas sa refrigerator. Sa kanyang pagtataka, mas nauna itong nagyelo kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa ibinigay na teknolohiya.

Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig. Sa anumang kaso, bilang isang mag-aaral sa Mkwava Secondary 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) partikular na 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 magyeyelo nang mas mabilis. Bakit? Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon, noong 1969, inilathala niya at ni Mpemba ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal Physics Education. Simula noon, tinawag na ang epekto na natuklasan nila Mpemba effect.

Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagaman 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, evaporation, 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 isang 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 nakumpirma nang maraming beses sa pagsasagawa. Sa ganitong epekto, ang tubig na may temperaturang 100°C ay lumalamig sa temperaturang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig na may temperaturang 35°C.

Gayunpaman, hindi pa ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng Mpemba ay maaari ding ipaliwanag sa loob ng balangkas sikat na physicist. 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 sa 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 bumababa. At pangalawa, bumababa ang temperatura dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa yugto ng tubig hanggang sa yugto ng singaw ay bumababa.

Pagkakaiba ng temperatura

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

Hypothermia

Kapag ang tubig ay lumalamig sa ibaba 0 C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilalim ng ilang kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling, na patuloy na mananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa pagyeyelo. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa temperatura na -20 C.

Ang dahilan ng epektong ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal ng yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat para kusang mabuo ang mga kristal. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng slush ice, 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 maaaring magsilbing 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 ng 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 sumailalim sa supercooling, ang supercooled na tubig ay walang proteksiyon na layer ng yelo sa ibabaw. 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 nabuo.

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 pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba.

Ang epektong ito ay ipinaliwanag ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4 C. Kung palamigin mo ang tubig hanggang 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 temperatura na 4 C, mananatili ito sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang isang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing isang insulator, na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 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. Bilang karagdagan, 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 itataas 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 convection, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na mga 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 proseso 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 inilalabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig ay mas mababa sa mataas na temperatura. Samakatuwid, kapag lumalamig ang mainit na tubig, palaging naglalaman ito ng mas kaunting dissolved na mga gas 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

Ang mekanismong ito ay maaaring gumanap ng isang makabuluhang papel kapag ang tubig ay inilagay sa refrigerator compartment freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang isang lalagyan ng mainit na tubig ay natutunaw ang yelo sa 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 isang lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa isang malamig. Sa turn, ang isang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim.

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 - kung alin sa mga ito ang nagbibigay ng isang daang porsyento na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha.

Halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang epekto ng supercooling na tubig sa epektong 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 nakaraang data na ang mainit na tubig ay nakamit ang 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 sabihin - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

Mpemba effect(Mpemba's Paradox) - isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kondisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagaman 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 pinainit na katawan ay tumatagal ng mas maraming oras upang palamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang hindi gaanong pinainit na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

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

Bilang isang mag-aaral sa Magambi High School sa Tanzania, si Erasto Mpemba ay nagsagawa ng praktikal na trabaho bilang isang kusinero. 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 isang partikular na masigasig na mag-aaral at naantala ang pagkumpleto sa unang bahagi ng gawain. Sa takot na hindi siya makarating sa pagtatapos ng aralin, naglagay siya ng mainit na gatas sa refrigerator. Sa kanyang pagtataka, mas nauna itong nagyelo kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa ibinigay na teknolohiya.

Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig. Sa anumang kaso, bilang isang mag-aaral sa Mkwava Secondary 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) partikular na 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 magyeyelo nang mas mabilis. Bakit? Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon, noong 1969, inilathala niya at ni Mpemba ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal Physics Education. Simula noon, tinawag na ang epekto na natuklasan nila Mpemba effect.

Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagaman 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, evaporation, 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 isang 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 nakumpirma nang maraming beses sa pagsasagawa. Sa ganitong epekto, ang tubig na may temperaturang 100°C ay lumalamig sa temperaturang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig na may temperaturang 35°C.

Gayunpaman, hindi pa ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng Mpemba ay maaaring ipaliwanag sa loob ng balangkas 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 sa 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 bumababa. At pangalawa, bumababa ang temperatura dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa yugto ng tubig hanggang sa yugto ng singaw ay bumababa.

Pagkakaiba ng temperatura

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

Hypothermia

Kapag ang tubig ay lumalamig sa ibaba 0 C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilalim ng ilang kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling, na patuloy na mananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa pagyeyelo. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa temperatura na -20 C.

Ang dahilan ng epektong ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal ng yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat para kusang mabuo ang mga kristal. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng slush ice, 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 maaaring magsilbing 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 ng 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 sumailalim sa supercooling, ang supercooled na tubig ay walang proteksiyon na layer ng yelo sa ibabaw. 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 nabuo.

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 pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba.

Ang epektong ito ay ipinaliwanag ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4 C. Kung palamigin mo ang tubig hanggang 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 temperatura na 4 C, mananatili ito sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang isang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing isang insulator, na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 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. Bilang karagdagan, 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 itataas 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 convection, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na mga 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 proseso 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 inilalabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig ay mas mababa sa mataas na temperatura. Samakatuwid, kapag lumalamig ang mainit na tubig, palaging naglalaman ito ng mas kaunting dissolved na mga gas 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

Ang mekanismong ito ay maaaring gumanap ng isang makabuluhang papel kapag ang tubig ay inilagay sa refrigerator compartment freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang isang lalagyan ng mainit na tubig ay natutunaw ang yelo sa 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 isang lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa isang malamig. Sa turn, ang isang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim.

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 - kung alin sa mga ito ang nagbibigay ng isang daang porsyento na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha.

Halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang epekto ng supercooling na tubig sa epektong 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 nakaraang data na ang mainit na tubig ay nakamit ang 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 sabihin - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang 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, pp 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.

"Ang epekto ng Mpemba: Ang mga oras ng pagyeyelo ng mainit at malamig na tubig", Charles A. Knight, sa American Journal of Physics, Vol. 64, Hindi. 5, p 524; Mayo, 1996.

Mayroong maraming mga kadahilanan na nakakaimpluwensya kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo, mainit o malamig, ngunit ang tanong mismo ay tila kakaiba. Ang implikasyon, at ito ay kilala mula sa pisika, na ang mainit na tubig ay nangangailangan pa rin ng oras upang lumamig sa temperatura ng malamig na tubig na inihambing upang maging yelo. Maaaring laktawan ng malamig na tubig ang yugtong ito, at, nang naaayon, nakakakuha ito ng oras.

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

Ang guro ng pisika, kung kanino nilapitan ang schoolboy na si Erasto Mpemba noong 1963, ay nag-isip ng parehong bagay sa isang kahilingan na ipaliwanag kung bakit ang malamig na halo ng hinaharap na ice cream ay mas matagal na mag-freeze kaysa sa katulad, ngunit mainit.

"Hindi ito unibersal na pisika, ngunit isang uri ng pisika ng Mpemba"

Sa oras na iyon, tinawanan lamang ito ng guro, ngunit si Deniss Osborne, isang propesor ng pisika, na minsan ay bumisita 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 isang pinagsamang artikulo ang inilathala ng dalawang taong ito na naglarawan 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 ng Mpemba, o kabalintunaan.

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 mag-aaral ang interesado sa isyung ito, ngunit naisip din ito ni Rene Descartes at maging si Aristotle sa isang pagkakataon.

Ngunit nagsimula silang maghanap ng mga diskarte sa paglutas ng kabalintunaan na ito lamang sa pagtatapos ng ikadalawampu siglo.

Mga kundisyon para magkaroon ng kabalintunaan

Tulad ng ice cream, hindi lang plain water ang nagyeyelo sa panahon ng eksperimento. Dapat naroroon ilang kundisyon upang simulan ang pagtatalo kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit. Ano ang nakakaimpluwensya sa takbo ng 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, bumababa ang volume nito, at habang bumababa ang volume, nagiging mas maikli ang oras ng pagyeyelo kaysa kung kukuha tayo ng parehong paunang dami ng malamig na tubig.

Matagal na mula noong nagdefrost ka ng freezer.

Aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo at kung bakit ito nangyayari ay maaaring maimpluwensyahan 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 mga ito ay naglalaman ng mainit na tubig at ang isa pang malamig, ang lalagyan na may mainit na tubig ay matutunaw ang niyebe sa ilalim, at sa gayon ay mapapabuti ang pakikipag-ugnayan ng thermal level sa dingding ng refrigerator. Hindi ito magagawa ng isang lalagyan ng malamig na tubig. Kung walang ganoong lining na may snow sa kompartimento ng refrigerator, ang malamig na tubig ay dapat mag-freeze nang mas mabilis.

Taas baba

Gayundin, ang kababalaghan kung saan ang tubig ay mas mabilis na nagyeyelo - mainit o malamig - ay ipinaliwanag bilang mga sumusunod. Kasunod ng ilang mga batas, ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas na mga layer, kapag ang mainit na tubig ay kabaligtaran - nagsisimula itong mag-freeze mula sa ibaba pataas. Lumalabas na ang malamig na tubig, na may malamig na layer sa itaas na may yelo na nabuo sa 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 mga larawan mula sa mga baguhang eksperimento ay naka-attach, at ito ay malinaw na nakikita dito.

Ang init ay napupunta, nagmamadaling paitaas, at doon ay nakakatugon ito sa isang napakalamig na layer. Magkaroon ng libreng paglalakbay walang radiation ng init, kaya nagiging mahirap ang proseso ng paglamig. 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 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 nangyari kapag natunaw mga elemento ng kemikal ay magagamit lamang sa mainit na tubig, at 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. Posible pa nga na ang tubig ay maging supercooled, sa diwa na sa mga sub-zero na temperatura ay magiging likido ito.

Ngunit ang lahat ng mga bersyon na ito, tila, ay hindi ganap na nababagay sa mga siyentipiko at nagpatuloy silang magtrabaho sa isyung ito. Noong 2013, sinabi ng isang pangkat ng mga mananaliksik sa Singapore na nalutas nila ang isang 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

Ang sumusunod ay impormasyon, upang maunawaan kung saan kailangan mong magkaroon ng ilang kaalaman sa kimika upang maunawaan kung aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - mainit o malamig. Tulad ng nalalaman, ito ay binubuo ng dalawang H (hydrogen) atoms at isang O (oxygen) atom, na pinagsama ng mga covalent bond.

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

Ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na sa parehong oras, ang mga molekula ng tubig ay may nakakainis na epekto 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. Lumalabas na sa pamamagitan ng pag-okupa sa parehong distansya sa pagitan ng mga molekula sa isang malamig na estado, masasabing sila ay umaabot, at mayroon silang mas malaking supply ng enerhiya. Ang reserbang enerhiya na ito ay inilabas kapag ang mga molekula ng tubig ay nagsimulang lumipat nang mas malapit sa isa't isa, iyon ay, nangyayari ang paglamig. Lumalabas na ang isang mas malaking reserba ng enerhiya sa mainit na tubig, at ang mas malaking paglabas nito kapag lumalamig sa mga sub-zero na temperatura, ay nangyayari nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig, na may mas maliit na reserba ng naturang enerhiya. Kaya aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo - malamig o mainit? Sa kalye at sa laboratoryo, dapat mangyari ang kabalintunaan ni Mpemba, at ang mainit na tubig ay dapat na maging yelo nang mas mabilis.

Ngunit bukas pa rin ang tanong

Mayroon lamang teoretikal na kumpirmasyon ng solusyon na ito - lahat ng ito ay nakasulat sa magagandang mga formula at tila posible. Ngunit kapag ang pang-eksperimentong data kung saan ang tubig ay mas mabilis na nagyeyelo - mainit o malamig - ay inilagay sa praktikal na paggamit, at ang kanilang mga resulta ay ipinakita, kung gayon ang tanong ng kabalintunaan ng Mpemba ay maaaring ituring na sarado.