ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે. શા માટે ઠંડા પાણી કરતાં ગરમ ​​પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે?

21.11.2017 11.10.2018 એલેક્ઝાંડર ફિર્ટસેવ

« કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે, ઠંડુ કે ગરમ?"- તમારા મિત્રોને એક પ્રશ્ન પૂછવાનો પ્રયાસ કરો, સંભવતઃ તેમાંથી મોટાભાગના જવાબ આપશે કે ઠંડુ પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - અને તેઓ ભૂલ કરશે.

વાસ્તવમાં, જો તમે ફ્રીઝરમાં એક સાથે સમાન આકાર અને વોલ્યુમના બે વાસણો મૂકો છો, જેમાંથી એકમાં ઠંડુ પાણી અને બીજું ગરમ ​​છે, તો તે ગરમ પાણી છે જે ઝડપથી જામી જશે.

આવા નિવેદન વાહિયાત અને ગેરવાજબી લાગે છે. જો તમે તર્કનું પાલન કરો છો, તો પછી ગરમ પાણી પહેલા ઠંડા પાણીના તાપમાને ઠંડુ થવું જોઈએ, અને આ સમયે ઠંડુ પાણી પહેલેથી જ બરફમાં ફેરવાઈ જવું જોઈએ.

તો શા માટે ગરમ પાણી ઠંડું થવાના માર્ગ પર ઠંડા પાણીને હરાવી દે છે? ચાલો તેને આકૃતિ કરવાનો પ્રયાસ કરીએ.

અવલોકનો અને સંશોધનનો ઇતિહાસ

પ્રાચીન કાળથી લોકો આ વિરોધાભાસી અસરને નિહાળી રહ્યા છે, પરંતુ કોઈએ તેને વધુ મહત્વ આપ્યું નથી. આમ, એરેસ્ટોટલ, તેમજ રેને ડેસકાર્ટેસ અને ફ્રાન્સિસ બેકને તેમની નોંધોમાં ઠંડા અને ગરમ પાણીના થીજી જવાના દરમાં અસંગતતાઓ નોંધી હતી. એક અસામાન્ય ઘટના ઘણીવાર રોજિંદા જીવનમાં દેખાય છે.

લાંબા સમય સુધી, આ ઘટનાનો કોઈપણ રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો ન હતો અને વૈજ્ઞાનિકોમાં વધુ રસ જગાડ્યો ન હતો.

આ અસામાન્ય અસરનો અભ્યાસ 1963 માં શરૂ થયો હતો, જ્યારે તાંઝાનિયાના એક જિજ્ઞાસુ શાળાના છોકરા, એરાસ્ટો એમપેમ્બાએ નોંધ્યું હતું કે આઈસ્ક્રીમ માટેનું ગરમ ​​દૂધ ઠંડા દૂધ કરતાં વધુ ઝડપથી જામી જાય છે. અસામાન્ય અસરના કારણો માટે સમજૂતી મેળવવાની આશામાં, યુવકે શાળામાં તેના ભૌતિકશાસ્ત્રના શિક્ષકને પૂછ્યું. જો કે, શિક્ષક તેના પર માત્ર હસ્યા.

પાછળથી, એમપેમ્બાએ પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કર્યું, પરંતુ તેના પ્રયોગમાં તેણે હવે દૂધનો નહીં, પરંતુ પાણીનો ઉપયોગ કર્યો, અને વિરોધાભાસી અસર ફરીથી પુનરાવર્તિત થઈ.

6 વર્ષ પછી, 1969 માં, એમપેમ્બાએ તેમની શાળામાં આવેલા ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રોફેસર ડેનિસ ઓસ્બોર્નને આ પ્રશ્ન પૂછ્યો. પ્રોફેસરને યુવાનના અવલોકનમાં રસ હતો, અને પરિણામે, એક પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો જેણે અસરની હાજરીની પુષ્ટિ કરી હતી, પરંતુ આ ઘટનાના કારણો સ્થાપિત થયા ન હતા.

ત્યારથી ઘટના કહેવાય છે Mpemba અસર.

વૈજ્ઞાનિક અવલોકનોના સમગ્ર ઇતિહાસમાં, ઘટનાના કારણો વિશે ઘણી પૂર્વધારણાઓ આગળ મૂકવામાં આવી છે.

તેથી 2012 માં, બ્રિટિશ રોયલ સોસાયટી ઑફ કેમિસ્ટ્રી એ એમપેમ્બા અસરને સમજાવતી પૂર્વધારણાઓની સ્પર્ધાની જાહેરાત કરશે. આ સ્પર્ધામાં વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકોએ ભાગ લીધો હતો; કુલ 22,000 વૈજ્ઞાનિક પેપર નોંધાયા હતા. લેખોની આટલી પ્રભાવશાળી સંખ્યા હોવા છતાં, તેમાંથી કોઈએ એમપેમ્બા વિરોધાભાસમાં સ્પષ્ટતા લાવી નથી.

સૌથી સામાન્ય સંસ્કરણ એ હતું કે ગરમ પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે કારણ કે તે ફક્ત ઝડપથી બાષ્પીભવન કરે છે, તેનું પ્રમાણ નાનું બને છે અને જેમ જેમ વોલ્યુમ ઘટે છે તેમ તેમ તેનો ઠંડક દર વધે છે. સૌથી સામાન્ય સંસ્કરણ આખરે નકારી કાઢવામાં આવ્યું હતું કારણ કે એક પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો જેમાં બાષ્પીભવન બાકાત રાખવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ તેમ છતાં અસરની પુષ્ટિ થઈ હતી.

અન્ય વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા કે Mpemba અસરનું કારણ પાણીમાં ઓગળેલા વાયુઓનું બાષ્પીભવન હતું. તેમના મતે, ગરમીની પ્રક્રિયા દરમિયાન, પાણીમાં ઓગળેલા વાયુઓ બાષ્પીભવન થાય છે, જેના કારણે તે ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઘનતા મેળવે છે. જેમ જાણીતું છે, ઘનતામાં વધારો પાણીના ભૌતિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે (થર્મલ વાહકતામાં વધારો), અને તેથી ઠંડક દરમાં વધારો.

વધુમાં, તાપમાનના આધારે પાણીના પરિભ્રમણના દરનું વર્ણન કરતી સંખ્યાબંધ પૂર્વધારણાઓ આગળ મૂકવામાં આવી છે. ઘણા અભ્યાસોએ કન્ટેનરની સામગ્રી વચ્ચેનો સંબંધ સ્થાપિત કરવાનો પ્રયાસ કર્યો છે જેમાં પ્રવાહી સ્થિત હતું. ઘણા સિદ્ધાંતો ખૂબ જ બુદ્ધિગમ્ય લાગતા હતા, પરંતુ પ્રારંભિક ડેટાની અછત, અન્ય પ્રયોગોમાં વિરોધાભાસ અથવા ઓળખાયેલા પરિબળોને પાણીના ઠંડકના દર સાથે સરખાવી શકાય તેવા ન હોવાને કારણે તેમની વૈજ્ઞાનિક રીતે પુષ્ટિ થઈ શકી નથી. કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોએ તેમના કાર્યોમાં અસરના અસ્તિત્વ પર પ્રશ્ન ઉઠાવ્યો હતો.

2013 માં, સિંગાપોરની નાન્યાંગ ટેક્નોલોજીકલ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ એમપેમ્બા અસરના રહસ્યને ઉકેલવાનો દાવો કર્યો હતો. તેમના સંશોધન મુજબ, ઘટનાનું કારણ એ હકીકતમાં રહેલું છે કે ઠંડા અને ગરમ પાણીના અણુઓ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બોન્ડમાં સંગ્રહિત ઊર્જાનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે.

કોમ્પ્યુટર મોડેલિંગ પદ્ધતિઓએ નીચેના પરિણામો દર્શાવ્યા છે: પાણીનું તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, અણુઓ વચ્ચેનું અંતર એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રતિકૂળ દળો વધે છે. પરિણામે, પરમાણુઓના હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ ખેંચાય છે, વધુ ઊર્જા સંગ્રહિત કરે છે. જ્યારે ઠંડુ થાય છે, ત્યારે પરમાણુઓ એકબીજાની નજીક જવાનું શરૂ કરે છે, હાઇડ્રોજન બોન્ડમાંથી ઊર્જા મુક્ત કરે છે. આ કિસ્સામાં, ઉર્જાનું પ્રકાશન તાપમાનમાં ઘટાડો સાથે છે.

ઑક્ટોબર 2017 માં, સ્પેનિશ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ, અન્ય અભ્યાસ દરમિયાન, શોધી કાઢ્યું કે અસરની રચનામાં મુખ્ય ભૂમિકા સંતુલનમાંથી પદાર્થને દૂર કરીને ભજવવામાં આવે છે (મજબૂત ઠંડક પહેલાં મજબૂત ગરમી). તેઓએ એવી પરિસ્થિતિઓ નક્કી કરી કે જેના હેઠળ અસર થવાની સંભાવના મહત્તમ છે. વધુમાં, સ્પેનના વૈજ્ઞાનિકોએ રિવર્સ Mpemba અસરના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી. તેઓએ જોયું કે જ્યારે ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઠંડા નમૂના ગરમ કરતાં વધુ ઝડપથી ઊંચા તાપમાને પહોંચી શકે છે.

વ્યાપક માહિતી અને અસંખ્ય પ્રયોગો હોવા છતાં, વૈજ્ઞાનિકો અસરનો અભ્યાસ ચાલુ રાખવાનો ઇરાદો ધરાવે છે.

વાસ્તવિક જીવનમાં Mpemba અસર

શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે શિયાળામાં સ્કેટિંગ રિંક ગરમ પાણીથી કેમ ભરાય છે અને ઠંડા નથી? જેમ તમે પહેલાથી જ સમજો છો, તેઓ આમ કરે છે કારણ કે ગરમ પાણીથી ભરેલી સ્કેટિંગ રિંક ઠંડા પાણીથી ભરેલી હોય તેના કરતાં વધુ ઝડપથી સ્થિર થઈ જશે. આ જ કારણોસર, શિયાળાના બરફના નગરોમાં સ્લાઇડ્સમાં ગરમ ​​​​પાણી રેડવામાં આવે છે.

આમ, ઘટનાના અસ્તિત્વનું જ્ઞાન લોકોને શિયાળાની રમતો માટે સાઇટ્સ તૈયાર કરતી વખતે સમય બચાવવા માટે પરવાનગી આપે છે.

વધુમાં, Mpemba અસરનો ઉપયોગ કેટલીકવાર ઉદ્યોગોમાં પાણી ધરાવતા ઉત્પાદનો, પદાર્થો અને સામગ્રીના ઠંડકના સમયને ઘટાડવા માટે થાય છે.

ઘણા સંશોધકોએ તેમના પોતાના સંસ્કરણો આગળ મૂક્યા છે અને આગળ મૂકી રહ્યા છે કે શા માટે ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે. તે વિરોધાભાસ જેવું લાગે છે - છેવટે, સ્થિર થવા માટે, ગરમ પાણીને પહેલા ઠંડુ કરવાની જરૂર છે. જો કે, હકીકત એ હકીકત રહે છે, અને વૈજ્ઞાનિકો તેને અલગ અલગ રીતે સમજાવે છે.

મુખ્ય આવૃત્તિઓ

આ ક્ષણે, ત્યાં ઘણા સંસ્કરણો છે જે આ હકીકતને સમજાવે છે:

1. કારણ કે ગરમ પાણી ઝડપથી બાષ્પીભવન થાય છે, તેનું પ્રમાણ ઘટે છે. અને સમાન તાપમાને પાણીની થોડી માત્રામાં ઠંડું ઝડપથી થાય છે.
2. રેફ્રિજરેટરના ફ્રીઝર કમ્પાર્ટમેન્ટમાં સ્નો લાઇનર છે. ગરમ પાણી ધરાવતું કન્ટેનર નીચેનો બરફ પીગળે છે. આ ફ્રીઝર સાથે થર્મલ સંપર્કમાં સુધારો કરે છે.
3. ઠંડા પાણીનું ઠંડું, ગરમ પાણીથી વિપરીત, ટોચ પર શરૂ થાય છે. તે જ સમયે, સંવહન અને ગરમીનું કિરણોત્સર્ગ, અને પરિણામે, ગરમીનું નુકસાન વધુ ખરાબ થાય છે.
4. ઠંડા પાણીમાં સ્ફટિકીકરણ કેન્દ્રો છે - તેમાં ઓગળેલા પદાર્થો. જો પાણીમાં તેમની સામગ્રી ઓછી હોય, તો આઈસિંગ મુશ્કેલ છે, જો કે તે જ સમયે, સુપરકૂલિંગ શક્ય છે - જ્યારે સબ-શૂન્ય તાપમાને તે પ્રવાહી સ્થિતિ ધરાવે છે.

જો કે નિષ્પક્ષતામાં આપણે કહી શકીએ કે આ અસર હંમેશા જોવા મળતી નથી. ઘણી વાર, ઠંડુ પાણી ગરમ પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે.

કયા તાપમાને પાણી સ્થિર થાય છે

શા માટે પાણી બિલકુલ થીજી જાય છે? તેમાં ચોક્કસ માત્રામાં ખનિજ અથવા કાર્બનિક કણો હોય છે. આ, ઉદાહરણ તરીકે, રેતી, ધૂળ અથવા માટીના ખૂબ નાના કણો હોઈ શકે છે. જેમ જેમ હવાનું તાપમાન ઘટે છે, આ કણો એ કેન્દ્રો છે જેની આસપાસ બરફના સ્ફટિકો રચાય છે.

પાણી ધરાવતા કન્ટેનરમાં હવાના પરપોટા અને તિરાડો દ્વારા સ્ફટિકીકરણ ન્યુક્લીની ભૂમિકા પણ ભજવી શકાય છે. પાણીને બરફમાં ફેરવવાની પ્રક્રિયાની ગતિ મોટે ભાગે આવા કેન્દ્રોની સંખ્યા દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે - જો તેમાંના ઘણા હોય, તો પ્રવાહી ઝડપથી થીજી જાય છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં, સામાન્ય વાતાવરણીય દબાણ સાથે, પાણી 0 ડિગ્રી તાપમાને પ્રવાહીમાંથી ઘન સ્થિતિમાં ફેરવાય છે.

Mpemba અસરનો સાર

Mpemba અસર એક વિરોધાભાસ છે, જેનો સાર એ છે કે અમુક સંજોગોમાં, ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે. આ ઘટના એરિસ્ટોટલ અને ડેસકાર્ટેસ દ્વારા નોંધવામાં આવી હતી. જો કે, 1963 સુધી તાંઝાનિયાના સ્કૂલબોય એરાસ્ટો એમ્પેમ્બાએ નક્કી કર્યું હતું કે ઠંડા આઈસ્ક્રીમ કરતાં ઓછા સમયમાં ગરમ ​​આઈસ્ક્રીમ જામી જાય છે. રસોઈની સોંપણી પૂર્ણ કરતી વખતે તેણે આ તારણ કાઢ્યું.

તેને બાફેલા દૂધમાં ખાંડ ઓગળવી પડી અને તેને ઠંડુ કર્યા પછી તેને ફ્રીઝ કરવા માટે રેફ્રિજરેટરમાં મૂકો. દેખીતી રીતે, એમપેમ્બા ખાસ કરીને મહેનતુ ન હતા અને કાર્યનો પ્રથમ ભાગ મોડો પૂર્ણ કરવાનું શરૂ કર્યું. તેથી, તેણે દૂધ ઠંડું થવાની રાહ જોવી નહીં, અને તેને રેફ્રિજરેટરમાં ગરમ ​​​​મૂકી દીધું. તેને ખૂબ જ આશ્ચર્ય થયું જ્યારે તે તેના ક્લાસના મિત્રો કરતા પણ વધુ ઝડપથી થીજી ગયું, જેઓ આપેલ તકનીક અનુસાર કાર્ય કરી રહ્યા હતા.

આ હકીકત યુવાનને ખૂબ જ રસ પડ્યો, અને તેણે સાદા પાણી સાથે પ્રયોગો શરૂ કર્યા. 1969માં, ફિઝિક્સ એજ્યુકેશન જર્નલે એમપેમ્બા અને યુનિવર્સિટી ઓફ દાર એસ સલામના પ્રોફેસર ડેનિસ ઓસ્બોર્નના સંશોધનના પરિણામો પ્રકાશિત કર્યા. તેઓએ વર્ણવેલ અસરને એમપેમ્બા નામ આપવામાં આવ્યું હતું. જો કે, આજે પણ આ ઘટના માટે કોઈ સ્પષ્ટ સમજૂતી નથી. બધા વૈજ્ઞાનિકો સંમત છે કે આમાં મુખ્ય ભૂમિકા ઠંડા અને ગરમ પાણીના ગુણધર્મોમાં તફાવતની છે, પરંતુ બરાબર શું અજ્ઞાત છે.

સિંગાપોર સંસ્કરણ

સિંગાપોરની એક યુનિવર્સિટીના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને પણ એ પ્રશ્નમાં રસ હતો કે કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ગરમ કે ઠંડુ? ક્ઝી ઝાંગના નેતૃત્વમાં સંશોધકોની એક ટીમે પાણીના ગુણધર્મો દ્વારા આ વિરોધાભાસને ચોક્કસપણે સમજાવ્યો. દરેક વ્યક્તિ શાળામાંથી પાણીની રચના જાણે છે - એક ઓક્સિજન અણુ અને બે હાઇડ્રોજન અણુ. ઓક્સિજન અમુક અંશે હાઇડ્રોજનથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર ખેંચે છે, તેથી પરમાણુ ચોક્કસ પ્રકારનું "ચુંબક" છે.

પરિણામે, પાણીમાં અમુક અણુઓ એકબીજા તરફ સહેજ આકર્ષાય છે અને હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા એક થાય છે. તેની મજબૂતાઈ સહસંયોજક બંધન કરતાં અનેક ગણી ઓછી છે. સિંગાપોરના સંશોધકો માને છે કે એમપેમ્બાના વિરોધાભાસ માટેનું સ્પષ્ટીકરણ હાઇડ્રોજન બોન્ડમાં ચોક્કસપણે રહેલું છે. જો પાણીના અણુઓને એકસાથે ખૂબ જ ચુસ્ત રીતે મૂકવામાં આવે છે, તો પરમાણુઓ વચ્ચેની આવી મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પરમાણુની મધ્યમાં સહસંયોજક બંધનને વિકૃત કરી શકે છે.

પરંતુ જ્યારે પાણી ગરમ થાય છે, ત્યારે બંધાયેલા અણુઓ એકબીજાથી સહેજ દૂર જાય છે. પરિણામે, સહસંયોજક બોન્ડની છૂટછાટ અણુઓની મધ્યમાં વધારાની ઊર્જાના પ્રકાશન અને નીચા ઊર્જા સ્તર પર સંક્રમણ સાથે થાય છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે ગરમ પાણી ઝડપથી ઠંડુ થવાનું શરૂ કરે છે. ઓછામાં ઓછું, આ તે છે જે સિંગાપોરના વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલી સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ દર્શાવે છે.

તરત જ ઠંડું પાણી - 5 અતુલ્ય યુક્તિઓ: વિડિઓ

એવા ઘણા પરિબળો છે જે પ્રભાવિત કરે છે કે કયા પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે, ગરમ કે ઠંડું, પરંતુ પ્રશ્ન પોતે જ થોડો વિચિત્ર લાગે છે. સૂચિતાર્થ, અને આ ભૌતિકશાસ્ત્રમાંથી જાણીતું છે, એ છે કે ગરમ પાણીને બરફમાં ફેરવવા માટે ઠંડા પાણીના તાપમાનની સરખામણીમાં ઠંડુ થવા માટે હજુ પણ સમયની જરૂર છે. ઠંડુ પાણી આ તબક્કાને છોડી શકે છે, અને, તે મુજબ, તે સમય મેળવે છે.

પરંતુ ઠંડા અથવા ગરમ - બહાર ઠંડામાં કયા પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે તે પ્રશ્નનો જવાબ, ઉત્તરીય અક્ષાંશનો કોઈપણ રહેવાસી જાણે છે. હકીકતમાં, વૈજ્ઞાનિક રીતે, તે તારણ આપે છે કે કોઈ પણ સંજોગોમાં, ઠંડુ પાણી ફક્ત ઝડપથી સ્થિર થવા માટે બંધાયેલું છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રના શિક્ષક, જેનો 1963માં શાળાના છોકરા એરાસ્ટો એમ્પેમ્બા દ્વારા સંપર્ક કરવામાં આવ્યો હતો, તેણે ભાવિ આઈસ્ક્રીમના ઠંડા મિશ્રણને સમાન, પરંતુ ગરમ કરતાં સ્થિર થવામાં વધુ સમય કેમ લાગે છે તે સમજાવવા વિનંતી સાથે તે જ વિચાર્યું.

"આ સાર્વત્રિક ભૌતિકશાસ્ત્ર નથી, પરંતુ અમુક પ્રકારનું એમપેમ્બા ભૌતિકશાસ્ત્ર છે"

તે સમયે, શિક્ષક ફક્ત આ જોઈને હસ્યા, પરંતુ ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રોફેસર ડેનિસ ઓસ્બોર્ન, જેમણે એક સમયે તે જ શાળાની મુલાકાત લીધી હતી જ્યાં એરાસ્ટોએ અભ્યાસ કર્યો હતો, પ્રાયોગિક રીતે આવી અસરની હાજરીની પુષ્ટિ કરી હતી, જો કે તે સમયે તેના માટે કોઈ સમજૂતી નહોતી. 1969 માં, આ બે લોકોનો સંયુક્ત લેખ લોકપ્રિય વૈજ્ઞાનિક જર્નલમાં પ્રકાશિત થયો હતો, જેણે આ વિચિત્ર અસરનું વર્ણન કર્યું હતું.

ત્યારથી, માર્ગ દ્વારા, કયા પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ગરમ કે ઠંડુ - તેના પોતાના નામ છે - એમપેમ્બા અસર, અથવા વિરોધાભાસ.

પ્રશ્ન લાંબા સમયથી ચાલી રહ્યો છે

સ્વાભાવિક રીતે, આવી ઘટના પહેલા બની હતી, અને અન્ય વૈજ્ઞાનિકોના કાર્યોમાં તેનો ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો. આ મુદ્દામાં માત્ર શાળાના બાળકોને જ રસ ન હતો, પરંતુ રેને ડેસકાર્ટેસ અને એરિસ્ટોટલ પણ એક સમયે તેના વિશે વિચારતા હતા.

પરંતુ તેઓએ વીસમી સદીના અંતમાં જ આ વિરોધાભાસને ઉકેલવા માટેના અભિગમો શોધવાનું શરૂ કર્યું.

વિરોધાભાસ બનવા માટેની શરતો

આઈસ્ક્રીમની જેમ, તે માત્ર સાદા પાણી નથી જે પ્રયોગ દરમિયાન થીજી જાય છે. કયા પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ઠંડુ કે ગરમ તે અંગે દલીલ કરવાનું શરૂ કરવા માટે અમુક શરતો હાજર હોવી આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયાના કોર્સને શું અસર કરે છે?

હવે, 21મી સદીમાં, આ વિરોધાભાસને સમજાવી શકે તેવા ઘણા વિકલ્પો આગળ મૂકવામાં આવ્યા છે. કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે, ગરમ કે ઠંડુ, તે હકીકત પર આધાર રાખે છે કે તે ઠંડા પાણી કરતાં વધુ બાષ્પીભવન દર ધરાવે છે. આમ, તેનું પ્રમાણ ઘટે છે, અને જેમ જેમ વોલ્યુમ ઘટે છે તેમ, ઠંડું થવાનો સમય જો આપણે ઠંડા પાણીના સમાન પ્રારંભિક જથ્થાને લઈએ તો તેના કરતા ઓછો થાય છે.

તમે ફ્રીઝરને ડિફ્રોસ્ટ કર્યાને થોડો સમય થઈ ગયો છે.

કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે અને શા માટે આવું થાય છે તે બરફના અસ્તરથી પ્રભાવિત થઈ શકે છે જે પ્રયોગ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા રેફ્રિજરેટરના ફ્રીઝરમાં હાજર હોઈ શકે છે. જો તમે બે કન્ટેનર લો છો જે વોલ્યુમમાં સમાન હોય છે, પરંતુ તેમાંથી એકમાં ગરમ ​​પાણી હોય છે અને બીજું ઠંડુ હોય છે, તો ગરમ પાણી સાથેનું કન્ટેનર નીચેનો બરફ ઓગળી જશે, જેનાથી રેફ્રિજરેટરની દિવાલ સાથે થર્મલ સ્તરના સંપર્કમાં સુધારો થશે. ઠંડા પાણીનો કન્ટેનર આ કરી શકતું નથી. જો રેફ્રિજરેટરના કમ્પાર્ટમેન્ટમાં બરફ સાથે આવી કોઈ અસ્તર ન હોય, તો ઠંડુ પાણી ઝડપથી જામી જવું જોઈએ.

ટોચ - નીચે

ઉપરાંત, જે ઘટનામાં પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ગરમ કે ઠંડુ - તે નીચે પ્રમાણે સમજાવવામાં આવ્યું છે. અમુક નિયમોને અનુસરીને, ઠંડા પાણી ઉપરના સ્તરોમાંથી સ્થિર થવાનું શરૂ કરે છે, જ્યારે ગરમ પાણી તેનાથી વિરુદ્ધ કરે છે - તે નીચેથી ઉપરથી સ્થિર થવાનું શરૂ કરે છે. તે તારણ આપે છે કે ઠંડા પાણી, બરફની ટોચ પર ઠંડા પડ સાથે પહેલેથી જ સ્થાનો પર રચાયેલ છે, આમ સંવહન અને થર્મલ રેડિયેશનની પ્રક્રિયાઓને વધુ ખરાબ કરે છે, જેનાથી તે સમજાવે છે કે કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ઠંડુ કે ગરમ. કલાપ્રેમી પ્રયોગોના ફોટા જોડાયેલા છે, અને તે અહીં સ્પષ્ટપણે જોઈ શકાય છે.

ગરમી બહાર જાય છે, ઉપર તરફ ધસી આવે છે, અને ત્યાં તે ખૂબ જ ઠંડી પડને મળે છે. ગરમીના કિરણોત્સર્ગ માટે કોઈ મુક્ત માર્ગ નથી, તેથી ઠંડક પ્રક્રિયા મુશ્કેલ બને છે. ગરમ પાણીને તેના માર્ગમાં આવી કોઈ અવરોધો નથી. જે ઝડપથી થીજી જાય છે - ઠંડુ અથવા ગરમ, જેના પર સંભવિત પરિણામ નિર્ભર છે, તમે જવાબને વિસ્તૃત કરી શકો છો કે કોઈપણ પાણીમાં ચોક્કસ પદાર્થો ઓગળેલા છે.

પરિણામને અસર કરતા પરિબળ તરીકે પાણીમાં રહેલી અશુદ્ધિઓ

જો તમે છેતરપિંડી ન કરો અને સમાન રચના સાથે પાણીનો ઉપયોગ કરો, જ્યાં ચોક્કસ પદાર્થોની સાંદ્રતા સમાન હોય, તો ઠંડુ પાણી ઝડપથી સ્થિર થવું જોઈએ. પરંતુ જો એવી પરિસ્થિતિ સર્જાય કે જ્યાં ઓગળેલા રાસાયણિક તત્વો ફક્ત ગરમ પાણીમાં જ હાજર હોય, અને ઠંડા પાણીમાં તે ન હોય, તો ગરમ પાણીને અગાઉ થીજી જવાની તક મળે છે. આ એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું છે કે પાણીમાં ઓગળેલા પદાર્થો સ્ફટિકીકરણ કેન્દ્રો બનાવે છે, અને આ કેન્દ્રોની થોડી સંખ્યા સાથે, પાણીનું ઘન સ્થિતિમાં રૂપાંતર મુશ્કેલ છે. તે પણ શક્ય છે કે પાણી સુપરકૂલ્ડ હશે, તે અર્થમાં કે સબ-શૂન્ય તાપમાને તે પ્રવાહી સ્થિતિમાં હશે.

પરંતુ આ બધી આવૃત્તિઓ, દેખીતી રીતે, વૈજ્ઞાનિકોને સંપૂર્ણપણે અનુકૂળ ન હતી અને તેઓએ આ મુદ્દા પર કામ કરવાનું ચાલુ રાખ્યું. 2013 માં, સિંગાપોરમાં સંશોધકોની એક ટીમે કહ્યું કે તેઓએ વર્ષો જૂનું રહસ્ય ઉકેલ્યું છે.

ચાઇનીઝ વૈજ્ઞાનિકોના એક જૂથે દાવો કર્યો છે કે આ અસરનું રહસ્ય તેના બોન્ડ્સમાં પાણીના અણુઓ વચ્ચે સંગ્રહિત ઊર્જાના જથ્થામાં રહેલું છે, જેને હાઇડ્રોજન બોન્ડ કહેવાય છે.

ચીની વૈજ્ઞાનિકો તરફથી જવાબ

નીચે આપેલ માહિતી છે, જે સમજવા માટે તમારે રસાયણશાસ્ત્રનું થોડું જ્ઞાન હોવું જરૂરી છે તે સમજવા માટે કે કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ગરમ કે ઠંડુ. જેમ જાણીતું છે, તેમાં બે H (હાઇડ્રોજન) અણુ અને એક O (ઓક્સિજન) અણુનો સમાવેશ થાય છે, જે સહસંયોજક બોન્ડ દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે.

પણ એક પરમાણુના હાઇડ્રોજન અણુઓ પડોશી અણુઓ તરફ આકર્ષાય છે, તેમના ઓક્સિજન ઘટક તરફ. આ બોન્ડને હાઇડ્રોજન બોન્ડ કહેવામાં આવે છે.

તે યાદ રાખવું યોગ્ય છે કે તે જ સમયે, પાણીના અણુઓ એકબીજા પર પ્રતિકૂળ અસર કરે છે. વૈજ્ઞાનિકોએ નોંધ્યું છે કે જ્યારે પાણી ગરમ થાય છે, ત્યારે તેના પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર વધે છે, અને આને પ્રતિકૂળ દળો દ્વારા સુવિધા આપવામાં આવે છે. તે તારણ આપે છે કે ઠંડા સ્થિતિમાં પરમાણુઓ વચ્ચે સમાન અંતર પર કબજો કરીને, તેઓ ખેંચાય છે તેમ કહી શકાય, અને તેમની પાસે ઊર્જાનો વધુ પુરવઠો છે. આ ઊર્જા અનામત છે જે જ્યારે પાણીના અણુઓ એકબીજાની નજીક જવાનું શરૂ કરે છે, એટલે કે ઠંડક થાય છે ત્યારે મુક્ત થાય છે. તે તારણ આપે છે કે ગરમ પાણીમાં ઊર્જાનો મોટો ભંડાર, અને ઉપ-શૂન્ય તાપમાને ઠંડુ થાય ત્યારે તેનું વધુ પ્રકાશન, ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થાય છે, જેમાં આવી ઉર્જાનો ઓછો ભંડાર હોય છે. તો કયું પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ઠંડુ કે ગરમ? શેરીમાં અને પ્રયોગશાળામાં, એમપેમ્બાનો વિરોધાભાસ થવો જોઈએ, અને ગરમ પાણી ઝડપથી બરફમાં ફેરવાઈ જવું જોઈએ.

પરંતુ પ્રશ્ન હજુ પણ ખુલ્લો છે

આ ઉકેલની માત્ર સૈદ્ધાંતિક પુષ્ટિ છે - આ બધું સુંદર સૂત્રોમાં લખાયેલું છે અને બુદ્ધિગમ્ય લાગે છે. પરંતુ જ્યારે પ્રાયોગિક ડેટા કે જેના પર પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે - ગરમ અથવા ઠંડુ - વ્યવહારિક ઉપયોગમાં મૂકવામાં આવે છે, અને તેના પરિણામો રજૂ કરવામાં આવે છે, ત્યારે Mpemba ના વિરોધાભાસનો પ્રશ્ન બંધ ગણી શકાય.

Mpemba અસર(એમપેમ્બાનો વિરોધાભાસ) - એક વિરોધાભાસ જે જણાવે છે કે કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં ગરમ ​​પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે, જો કે તે ઠંડું થવાની પ્રક્રિયામાં ઠંડા પાણીના તાપમાનને પસાર કરવું આવશ્યક છે. આ વિરોધાભાસ એ પ્રાયોગિક હકીકત છે જે સામાન્ય વિચારોનો વિરોધાભાસ કરે છે, જે મુજબ, સમાન પરિસ્થિતિઓમાં, વધુ ગરમ શરીરને સમાન તાપમાને ઠંડુ થવા કરતાં ઓછા ગરમ શરીરને ચોક્કસ તાપમાને ઠંડુ થવામાં વધુ સમય લાગે છે.

આ ઘટના એક સમયે એરિસ્ટોટલ, ફ્રાન્સિસ બેકોન અને રેને ડેસકાર્ટેસ દ્વારા નોંધવામાં આવી હતી, પરંતુ તે માત્ર 1963 માં જ હતું કે તાંઝાનિયાના શાળાના છોકરા એરાસ્ટો એમપેમ્બાએ શોધી કાઢ્યું હતું કે ગરમ આઈસ્ક્રીમ મિશ્રણ ઠંડા કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે.

તાન્ઝાનિયામાં મગામ્બી હાઈસ્કૂલમાં વિદ્યાર્થી તરીકે, એરાસ્ટો એમ્પેમ્બાએ રસોઈયા તરીકે વ્યવહારુ કામ કર્યું. તેને હોમમેઇડ આઈસ્ક્રીમ બનાવવાની જરૂર હતી - દૂધ ઉકાળો, તેમાં ખાંડ ઓગાળો, તેને ઓરડાના તાપમાને ઠંડુ કરો અને પછી તેને ફ્રીઝ કરવા માટે રેફ્રિજરેટરમાં મૂકો. દેખીતી રીતે, Mpemba ખાસ કરીને મહેનતું વિદ્યાર્થી ન હતો અને કાર્યનો પ્રથમ ભાગ પૂર્ણ કરવામાં વિલંબ થયો. પાઠના અંત સુધીમાં તે તૈયાર નહીં થાય તે ડરથી, તેણે રેફ્રિજરેટરમાં હજી પણ ગરમ દૂધ મૂક્યું. તેના આશ્ચર્યની વાત એ છે કે તે આપેલ ટેક્નોલોજી અનુસાર તૈયાર કરેલા તેના સાથીઓના દૂધ કરતાં પણ વહેલું થીજી ગયું.

આ પછી, એમપેમ્બાએ માત્ર દૂધ સાથે જ નહીં, પરંતુ સામાન્ય પાણી સાથે પણ પ્રયોગ કર્યો. કોઈ પણ સંજોગોમાં, મકવાવા માધ્યમિક શાળામાં પહેલેથી જ એક વિદ્યાર્થી તરીકે, તેણે દાર એસ સલામમાં યુનિવર્સિટી કોલેજના પ્રોફેસર ડેનિસ ઓસ્બોર્નને (વિદ્યાર્થીઓને ભૌતિકશાસ્ત્ર પર પ્રવચન આપવા માટે શાળાના ડિરેક્ટર દ્વારા આમંત્રિત કર્યા) ખાસ કરીને પાણી વિશે પૂછ્યું: “જો તમે લો પાણીના સમાન જથ્થાવાળા બે સમાન કન્ટેનર જેથી તેમાંના એકમાં પાણીનું તાપમાન 35 ° સે હોય, અને બીજામાં - 100 ° સે, અને તેને ફ્રીઝરમાં મૂકો, પછી બીજામાં પાણી ઝડપથી થીજી જશે. શા માટે? ઓસ્બોર્નને આ મુદ્દામાં રસ પડ્યો અને ટૂંક સમયમાં, 1969 માં, તેણે અને એમપેમ્બાએ ભૌતિકશાસ્ત્ર શિક્ષણ જર્નલમાં તેમના પ્રયોગોના પરિણામો પ્રકાશિત કર્યા. ત્યારથી, તેઓએ શોધેલી અસર કહેવામાં આવે છે Mpemba અસર.

અત્યાર સુધી, આ વિચિત્ર અસરને કેવી રીતે સમજાવવી તે કોઈને બરાબર ખબર નથી. વૈજ્ઞાનિકો પાસે એક જ સંસ્કરણ નથી, જો કે ત્યાં ઘણા છે. આ બધું ગરમ ​​અને ઠંડા પાણીના ગુણધર્મોમાં તફાવત વિશે છે, પરંતુ તે હજી સુધી સ્પષ્ટ નથી કે આ કિસ્સામાં કયા ગુણધર્મો ભૂમિકા ભજવે છે: સુપરકૂલિંગ, બાષ્પીભવન, બરફની રચના, સંવહન અથવા પાણી પર લિક્વિફાઇડ વાયુઓની અસરમાં તફાવત. વિવિધ તાપમાન.

Mpemba અસરનો વિરોધાભાસ એ છે કે જે સમય દરમિયાન શરીર આસપાસના તાપમાને ઠંડુ થાય છે તે સમય આ શરીર અને પર્યાવરણ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતના પ્રમાણસર હોવો જોઈએ. આ કાયદો ન્યૂટન દ્વારા સ્થાપિત કરવામાં આવ્યો હતો અને ત્યારથી વ્યવહારમાં ઘણી વખત તેની પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે. આ અસરમાં, 100 ° સે તાપમાન સાથેનું પાણી 35 ° સે તાપમાનવાળા પાણીની સમાન માત્રા કરતાં 0 ° સે તાપમાને ઝડપથી ઠંડુ થાય છે.

જો કે, આ હજુ સુધી વિરોધાભાસને સૂચિત કરતું નથી, કારણ કે Mpemba અસરને જાણીતા ભૌતિકશાસ્ત્રના માળખામાં સમજાવી શકાય છે. એમપેમ્બા અસર માટે અહીં કેટલાક સ્પષ્ટતા છે:

બાષ્પીભવન

કન્ટેનરમાંથી ગરમ પાણી ઝડપથી બાષ્પીભવન થાય છે, જેનાથી તેનું પ્રમાણ ઘટે છે અને સમાન તાપમાને પાણીની નાની માત્રા ઝડપથી થીજી જાય છે. 100 C સુધી ગરમ કરવામાં આવેલું પાણી જ્યારે 0 C સુધી ઠંડુ થાય છે ત્યારે તેના 16% દળ ગુમાવે છે.

બાષ્પીભવનની અસર ડબલ અસર છે. સૌ પ્રથમ, ઠંડક માટે જરૂરી પાણીનો જથ્થો ઘટે છે. અને બીજું, તાપમાન એ હકીકતને કારણે ઘટે છે કે પાણીના તબક્કામાંથી વરાળના તબક્કામાં સંક્રમણની બાષ્પીભવનની ગરમીમાં ઘટાડો થાય છે.

તાપમાન તફાવત

હકીકત એ છે કે ગરમ પાણી અને ઠંડી હવા વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત વધારે છે, તેથી આ કિસ્સામાં ગરમીનું વિનિમય વધુ તીવ્ર છે અને ગરમ પાણી ઝડપથી ઠંડુ થાય છે.

હાયપોથર્મિયા

જ્યારે પાણી 0 C થી નીચે ઠંડુ થાય છે, ત્યારે તે હંમેશા સ્થિર થતું નથી. કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં, તે ઠંડું કરતા ઓછા તાપમાને પ્રવાહી રહેવાનું ચાલુ રાખીને સુપરકૂલિંગમાંથી પસાર થઈ શકે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, પાણી -20 સે તાપમાને પણ પ્રવાહી રહી શકે છે.

આ અસરનું કારણ એ છે કે પ્રથમ બરફના સ્ફટિકો બનવાનું શરૂ કરવા માટે, સ્ફટિક રચના કેન્દ્રોની જરૂર છે. જો તેઓ પ્રવાહી પાણીમાં હાજર ન હોય, તો પછી સ્ફટિકો સ્વયંભૂ બનવા માટે તાપમાન પૂરતું ઘટે ત્યાં સુધી સુપરકૂલિંગ ચાલુ રહેશે. જ્યારે તેઓ સુપરકૂલ્ડ લિક્વિડમાં બનવાનું શરૂ કરે છે, ત્યારે તેઓ ઝડપથી વધવા લાગશે, સ્લશ બરફ બનાવશે, જે બરફ બનાવવા માટે જામી જશે.

ગરમ પાણી હાયપોથર્મિયા માટે સૌથી વધુ સંવેદનશીલ છે કારણ કે તેને ગરમ કરવાથી ઓગળેલા વાયુઓ અને પરપોટા દૂર થાય છે, જે બદલામાં બરફના સ્ફટિકોની રચના માટે કેન્દ્ર તરીકે કામ કરી શકે છે.

હાયપોથર્મિયા શા માટે ગરમ પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે? ઠંડા પાણીના કિસ્સામાં જે સુપરકૂલ્ડ નથી, નીચે મુજબ થાય છે. આ કિસ્સામાં, જહાજની સપાટી પર બરફનું પાતળું પડ બનશે. બરફનું આ સ્તર પાણી અને ઠંડી હવા વચ્ચે અવાહક તરીકે કામ કરશે અને વધુ બાષ્પીભવન અટકાવશે. આ કિસ્સામાં બરફના સ્ફટિકોની રચનાનો દર ઓછો હશે. સુપરકૂલિંગને આધિન ગરમ પાણીના કિસ્સામાં, સુપરકૂલ્ડ પાણીમાં બરફનું રક્ષણાત્મક સપાટીનું સ્તર હોતું નથી. તેથી, તે ખુલ્લા ટોચ દ્વારા ખૂબ ઝડપથી ગરમી ગુમાવે છે.

જ્યારે સુપરકૂલિંગ પ્રક્રિયા સમાપ્ત થાય છે અને પાણી થીજી જાય છે, ત્યારે વધુ ગરમી નષ્ટ થાય છે અને તેથી વધુ બરફ બને છે.

આ અસરના ઘણા સંશોધકો એમપેમ્બા અસરના કિસ્સામાં હાયપોથર્મિયાને મુખ્ય પરિબળ માને છે.

સંવહન

ઠંડુ પાણી ઉપરથી થીજવાનું શરૂ કરે છે, જેનાથી ગરમીના કિરણોત્સર્ગ અને સંવહનની પ્રક્રિયાઓ વધુ ખરાબ થાય છે, અને તેથી ગરમીનું નુકશાન થાય છે, જ્યારે ગરમ પાણી નીચેથી થીજી જવા લાગે છે.

આ અસર પાણીની ઘનતામાં વિસંગતતા દ્વારા સમજાવવામાં આવી છે. પાણીની મહત્તમ ઘનતા 4 સે. પર હોય છે. જો તમે પાણીને 4 સે. સુધી ઠંડુ કરો અને તેને નીચા તાપમાને મૂકો, તો પાણીની સપાટીનું સ્તર ઝડપથી જામી જશે. કારણ કે આ પાણી 4 સે તાપમાને પાણી કરતાં ઓછું ગાઢ છે, તે સપાટી પર રહેશે, એક પાતળું ઠંડું પડ બનાવે છે. આ પરિસ્થિતિઓમાં, થોડા જ સમયમાં પાણીની સપાટી પર બરફનો પાતળો પડ બની જશે, પરંતુ બરફનો આ સ્તર ઇન્સ્યુલેટર તરીકે કામ કરશે, જે પાણીના નીચલા સ્તરોને સુરક્ષિત કરશે, જે 4 સે તાપમાને રહેશે. તેથી, વધુ ઠંડક પ્રક્રિયા ધીમી થશે.

ગરમ પાણીના કિસ્સામાં, પરિસ્થિતિ સંપૂર્ણપણે અલગ છે. બાષ્પીભવન અને તાપમાનના વધુ તફાવતને કારણે પાણીની સપાટીનું સ્તર વધુ ઝડપથી ઠંડું થશે. વધુમાં, ઠંડા પાણીના સ્તરો ગરમ પાણીના સ્તરો કરતાં વધુ ગીચ હોય છે, તેથી ઠંડા પાણીનું સ્તર નીચે ડૂબી જશે, જે ગરમ પાણીના સ્તરને સપાટી પર વધારશે. પાણીનું આ પરિભ્રમણ તાપમાનમાં ઝડપી ઘટાડો સુનિશ્ચિત કરે છે.

પરંતુ શા માટે આ પ્રક્રિયા સંતુલન બિંદુ સુધી પહોંચતી નથી? સંવહનના આ દૃષ્ટિકોણથી Mpemba અસરને સમજાવવા માટે, એવું માનવું જરૂરી છે કે પાણીના ઠંડા અને ગરમ સ્તરો અલગ પડે છે અને પાણીનું સરેરાશ તાપમાન 4 સે ની નીચે જાય પછી સંવહન પ્રક્રિયા પોતે જ ચાલુ રહે છે.

જો કે, આ પૂર્વધારણાને સમર્થન આપવા માટે કોઈ પ્રાયોગિક પુરાવા નથી કે પાણીના ઠંડા અને ગરમ સ્તરો સંવહનની પ્રક્રિયા દ્વારા અલગ પડે છે.

પાણીમાં ઓગળેલા વાયુઓ

પાણીમાં હંમેશા ઓગળેલા વાયુઓ હોય છે - ઓક્સિજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ. આ વાયુઓમાં પાણીના થીજબિંદુને ઘટાડવાની ક્ષમતા હોય છે. જ્યારે પાણી ગરમ થાય છે, ત્યારે આ વાયુઓ પાણીમાંથી મુક્ત થાય છે કારણ કે ઊંચા તાપમાને પાણીમાં તેમની દ્રાવ્યતા ઓછી હોય છે. તેથી, જ્યારે ગરમ પાણી ઠંડુ થાય છે, ત્યારે તેમાં હંમેશા ગરમ ન કરેલા ઠંડા પાણી કરતાં ઓછા ઓગળેલા વાયુઓ હોય છે. તેથી, ગરમ પાણીનું ઠંડું બિંદુ વધારે છે અને તે ઝડપથી થીજી જાય છે. આ પરિબળને કેટલીકવાર Mpemba અસર સમજાવવામાં મુખ્ય તરીકે ગણવામાં આવે છે, જો કે આ હકીકતની પુષ્ટિ કરતો કોઈ પ્રાયોગિક ડેટા નથી.

થર્મલ વાહકતા

જ્યારે નાના કન્ટેનરમાં રેફ્રિજરેટરના કમ્પાર્ટમેન્ટ ફ્રીઝરમાં પાણી મૂકવામાં આવે ત્યારે આ મિકેનિઝમ નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવી શકે છે. આ પરિસ્થિતિઓમાં, એવું જોવામાં આવ્યું છે કે ગરમ પાણીનો કન્ટેનર નીચે ફ્રીઝરમાં બરફને ઓગળે છે, જેનાથી ફ્રીઝરની દીવાલ અને થર્મલ વાહકતા સાથે થર્મલ સંપર્કમાં સુધારો થાય છે. પરિણામે, ગરમ પાણીના કન્ટેનરમાંથી ગરમી ઠંડા કરતાં વધુ ઝડપથી દૂર કરવામાં આવે છે. બદલામાં, ઠંડા પાણી સાથેનો કન્ટેનર નીચેનો બરફ ઓગળતો નથી.

આ તમામ (તેમજ અન્ય) પરિસ્થિતિઓનો ઘણા પ્રયોગોમાં અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ પ્રશ્નનો સ્પષ્ટ જવાબ - તેમાંથી કોણ Mpemba અસરનું સો ટકા પ્રજનન પ્રદાન કરે છે - ક્યારેય પ્રાપ્ત થયું ન હતું.

ઉદાહરણ તરીકે, 1995 માં, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ડેવિડ ઓરબેચે આ અસર પર સુપરકૂલિંગ પાણીની અસરનો અભ્યાસ કર્યો. તેણે શોધ્યું કે ગરમ પાણી, સુપરકૂલ્ડ સ્થિતિમાં પહોંચે છે, તે ઠંડા પાણી કરતાં ઊંચા તાપમાને થીજી જાય છે, અને તેથી તે પછીના કરતાં વધુ ઝડપી. પરંતુ ઠંડુ પાણી ગરમ પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી સુપરકૂલ્ડ સ્થિતિમાં પહોંચે છે, જેનાથી અગાઉના અંતરને વળતર મળે છે.

વધુમાં, Auerbach ના પરિણામો અગાઉના ડેટાનો વિરોધાભાસ કરે છે કે ઓછા સ્ફટિકીકરણ કેન્દ્રોને કારણે ગરમ પાણી વધુ સુપરકૂલિંગ પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ હતું. જ્યારે પાણીને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાં ઓગળેલા વાયુઓ તેમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, અને જ્યારે તેને ઉકાળવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાં ઓગળેલા કેટલાક ક્ષાર અવક્ષેપ કરે છે.

હમણાં માટે, ફક્ત એક જ વસ્તુ કહી શકાય - આ અસરનું પ્રજનન નોંધપાત્ર રીતે તે પરિસ્થિતિઓ પર આધારિત છે કે જેના હેઠળ પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવે છે. ચોક્કસ કારણ કે તે હંમેશા પુનઃઉત્પાદિત થતું નથી.

ઓ.વી. મોસીન

સાહિત્યિકસ્ત્રોતો:

"ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે. તે આવું શા માટે કરે છે?", ધ એમેચ્યોર સાયન્ટિસ્ટમાં જેર્લ વોકર, સાયન્ટિફિક અમેરિકન, વોલ્યુમ. 237, નં. 3, પૃષ્ઠ 246-257; સપ્ટેમ્બર, 1977.

"ધ ફ્રીઝિંગ ઓફ હોટ એન્ડ કોલ્ડ વોટર", જી.એસ. અમેરિકન જર્નલ ઑફ ફિઝિક્સમાં કેલ, વોલ્યુમ. 37, નં. 5, પૃષ્ઠ 564-565; મે, 1969.

"સુપરકૂલિંગ એન્ડ ધ એમપેમ્બા ઇફેક્ટ", ડેવિડ ઓરબેક, અમેરિકન જર્નલ ઓફ ફિઝિક્સમાં, વોલ્યુમ. 63, નં. 10, પૃષ્ઠ 882-885; ઑક્ટોબર 1995.

"ધ એમપેમ્બા ઇફેક્ટ: ધ ફ્રીઝિંગ ટાઈમ્સ ઓફ હોટ એન્ડ કોલ્ડ વોટર", ચાર્લ્સ એ. નાઈટ, અમેરિકન જર્નલ ઓફ ફિઝિક્સમાં, વોલ્યુમ. 64, નં. 5, પૃષ્ઠ 524; મે, 1996.

એવું લાગે છે કે સારા જૂના ફોર્મ્યુલા H 2 O માં કોઈ રહસ્યો નથી. પરંતુ હકીકતમાં, પાણી - જીવનનો સ્ત્રોત અને વિશ્વમાં સૌથી પ્રખ્યાત પ્રવાહી - ઘણા રહસ્યોથી ભરપૂર છે જેને વૈજ્ઞાનિકો પણ ઉકેલવામાં કેટલીકવાર અસમર્થ હોય છે.

અહીં પાણી વિશે 5 સૌથી રસપ્રદ તથ્યો છે:

1. ઠંડા પાણી કરતાં ગરમ ​​પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે

ચાલો પાણી સાથે બે કન્ટેનર લઈએ: એકમાં ગરમ ​​પાણી અને બીજામાં ઠંડુ પાણી રેડવું, અને તેમને ફ્રીઝરમાં મૂકો. ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જશે, જો કે તાર્કિક રીતે, ઠંડુ પાણી પહેલા બરફમાં ફેરવાઈ જવું જોઈએ: છેવટે, ગરમ પાણીને પહેલા ઠંડા તાપમાને ઠંડુ થવું જોઈએ, અને પછી બરફમાં ફેરવવું જોઈએ, જ્યારે ઠંડા પાણીને ઠંડું કરવાની જરૂર નથી. આવું કેમ થઈ રહ્યું છે?

1963માં, તાંઝાનિયામાં હાઈસ્કૂલના વિદ્યાર્થી ઈરાસ્ટો બી. એમપેમ્બા આઈસ્ક્રીમના મિશ્રણને ફ્રીઝ કરી રહ્યા હતા અને તેમણે નોંધ્યું કે ગરમ મિશ્રણ ઠંડા કરતાં ફ્રીઝરમાં વધુ ઝડપથી ઘટ્ટ થાય છે. જ્યારે યુવકે તેની શોધ તેના ભૌતિકશાસ્ત્રના શિક્ષક સાથે શેર કરી, ત્યારે તે ફક્ત તેના પર હસ્યો. સદનસીબે, વિદ્યાર્થી નિરંતર હતો અને શિક્ષકને પ્રયોગ કરવા માટે ખાતરી આપી હતી, જેણે તેની શોધની પુષ્ટિ કરી હતી: ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં, ગરમ પાણી ખરેખર ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે.

હવે ઠંડા પાણી કરતાં ગરમ ​​પાણી ઝડપથી થીજી જવાની આ ઘટનાને એમપેમ્બા અસર કહેવાય છે. સાચું, તેના ઘણા સમય પહેલા એરિસ્ટોટલ, ફ્રાન્સિસ બેકોન અને રેને ડેસકાર્ટેસે પાણીની આ અનન્ય મિલકતની નોંધ લીધી હતી.

વિજ્ઞાનીઓ હજુ પણ આ ઘટનાની પ્રકૃતિને સંપૂર્ણપણે સમજી શક્યા નથી, તે કાં તો સુપરકૂલિંગ, બાષ્પીભવન, બરફની રચના, સંવહનમાં તફાવત દ્વારા અથવા ગરમ અને ઠંડા પાણી પર લિક્વિફાઇડ વાયુઓની અસર દ્વારા સમજાવે છે.

"ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે" વિષય પર X.RU ની નોંધ.

ઠંડકના મુદ્દાઓ આપણી નજીક હોવાથી, રેફ્રિજરેશન નિષ્ણાતો, અમે અમારી જાતને આ સમસ્યાના સારમાં થોડો ઊંડો અભ્યાસ કરવાની મંજૂરી આપીશું અને આવી રહસ્યમય ઘટનાની પ્રકૃતિ વિશે બે અભિપ્રાયો આપીશું.

1. વૉશિંગ્ટન યુનિવર્સિટીના એક વૈજ્ઞાનિકે એરિસ્ટોટલના સમયથી જાણીતી એક રહસ્યમય ઘટના માટે સમજૂતીનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે: શા માટે ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જાય છે.

આ ઘટના, જેને Mpemba અસર કહેવાય છે, તેનો વ્યવહારમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, નિષ્ણાતો મોટરચાલકોને શિયાળામાં વોશર જળાશયમાં ઠંડુ, ગરમ નહીં, પાણી રેડવાની સલાહ આપે છે. પરંતુ આ ઘટના શું છે તે લાંબા સમય સુધી અજ્ઞાત રહી.

યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટનના ડો. જોનાથન કાત્ઝે આ ઘટનાનો અભ્યાસ કર્યો અને એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે પાણીમાં ઓગળેલા પદાર્થો, જે ગરમ થાય ત્યારે અવક્ષેપિત થાય છે, મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે, એમ યુરેકએલર્ટ અહેવાલ આપે છે.

દ્રાવ્ય દ્વારા, ડૉ. કાત્ઝ એટલે કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ, જે સખત પાણીમાં જોવા મળે છે. જ્યારે પાણી ગરમ થાય છે, ત્યારે આ પદાર્થો કેટલની દિવાલો પર સ્કેલ બનાવે છે. જે પાણી ક્યારેય ગરમ ન થયું હોય તેમાં આ અશુદ્ધિઓ હોય છે. જેમ જેમ તે થીજી જાય છે અને બરફના સ્ફટિકો બને છે તેમ, પાણીમાં અશુદ્ધિઓની સાંદ્રતા 50 ગણી વધી જાય છે. આને કારણે, પાણીનું ઠંડું બિંદુ ઘટે છે. "અને હવે પાણી ઠંડું થવા માટે વધુ ઠંડું કરવું પડશે," ડૉ. કાત્ઝ સમજાવે છે.

બીજું કારણ છે જે ગરમ ન કરેલા પાણીને ઠંડું થવાથી અટકાવે છે. પાણીના ઠંડું બિંદુને ઘટાડવું ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને ઘટાડે છે. "કારણ કે પાણી જે દરે ગરમી ગુમાવે છે તે તાપમાનના તફાવત પર આધાર રાખે છે, જે પાણીને ગરમ કરવામાં આવ્યું નથી તે ઓછું ઠંડુ થાય છે," ડૉ. કાત્ઝ ટિપ્પણી કરે છે.

વૈજ્ઞાનિક અનુસાર, તેમના સિદ્ધાંતને પ્રાયોગિક રીતે ચકાસી શકાય છે, કારણ કે કઠણ પાણી માટે Mpemba અસર વધુ ધ્યાનપાત્ર બને છે.

2. ઓક્સિજન વત્તા હાઇડ્રોજન વત્તા ઠંડી બરફ બનાવે છે. પ્રથમ નજરમાં, આ પારદર્શક પદાર્થ ખૂબ જ સરળ લાગે છે. વાસ્તવમાં, બરફ ઘણા રહસ્યોથી ભરપૂર છે. આફ્રિકન એરાસ્ટો એમપેમ્બા દ્વારા બનાવવામાં આવેલ આઇસ, ખ્યાતિ વિશે વિચારતો ન હતો. દિવસો ગરમ હતા. તેને પોપ્સિકલ્સ જોઈતા હતા. તેણે જ્યુસનું બોક્સ લીધું અને ફ્રીઝરમાં મૂક્યું. તેણે આ એક કરતા વધુ વખત કર્યું અને તેથી નોંધ્યું કે રસ ખાસ કરીને ઝડપથી થીજી જાય છે જો તમે તેને પ્રથમ તડકામાં રાખો છો - તે ખરેખર તેને ગરમ કરે છે! આ વિચિત્ર છે, તાંઝાનિયાના શાળાના છોકરાએ વિચાર્યું, જેણે દુન્યવી શાણપણની વિરુદ્ધ કામ કર્યું. શું ઝડપથી બરફમાં ફેરવવા માટે પ્રવાહીને પહેલાથી ગરમ કરવું જરૂરી છે? યુવક એટલો નવાઈ પામ્યો કે તેણે શિક્ષક સાથે પોતાનું અનુમાન શેર કર્યું. તેણે પ્રેસમાં આ ઉત્સુકતાની જાણ કરી.

આ વાર્તા છેલ્લી સદીના સાઠના દાયકામાં બની હતી. હવે "Mpemba અસર" વૈજ્ઞાનિકો માટે સારી રીતે જાણીતી છે. પરંતુ લાંબા સમય સુધી આ મોટે ભાગે સરળ ઘટના એક રહસ્ય બની રહી. શા માટે ઠંડા પાણી કરતાં ગરમ ​​પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે?

તે 1996 સુધી નહોતું કે ભૌતિકશાસ્ત્રી ડેવિડ ઓરબેકને ઉકેલ મળ્યો. આ પ્રશ્નનો જવાબ આપવા માટે, તેણે આખા વર્ષ માટે એક પ્રયોગ કર્યો: તેણે ગ્લાસમાં પાણી ગરમ કર્યું અને તેને ફરીથી ઠંડુ કર્યું. તો તેણે શું શોધી કાઢ્યું? જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે પાણીમાં ઓગળેલા હવાના પરપોટા બાષ્પીભવન થાય છે. વાયુઓ વિનાનું પાણી જહાજની દિવાલો પર વધુ સરળતાથી થીજી જાય છે. "અલબત્ત, ઉચ્ચ હવાનું પ્રમાણ ધરાવતું પાણી પણ થીજી જશે," ઓરબેક કહે છે, "પરંતુ શૂન્ય ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર નહીં, પરંતુ માત્ર માઇનસ ચારથી છ ડિગ્રી પર." અલબત્ત, તમારે વધુ રાહ જોવી પડશે. તેથી, ઠંડા પાણી પહેલાં ગરમ ​​પાણી થીજી જાય છે, આ એક વૈજ્ઞાનિક હકીકત છે.

ભાગ્યે જ કોઈ એવો પદાર્થ હોય છે જે આપણી આંખો સમક્ષ બરફ જેટલી જ સરળતા સાથે દેખાય. તેમાં ફક્ત પાણીના અણુઓનો સમાવેશ થાય છે - એટલે કે, બે હાઇડ્રોજન અણુ અને એક ઓક્સિજન અણુ ધરાવતા પ્રાથમિક અણુઓ. જો કે, બરફ કદાચ બ્રહ્માંડનો સૌથી રહસ્યમય પદાર્થ છે. વૈજ્ઞાનિકો હજુ સુધી તેના કેટલાક ગુણધર્મો સમજાવી શક્યા નથી.

2. સુપરકૂલિંગ અને "ઇન્સ્ટન્ટ" ફ્રીઝિંગ

દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે જ્યારે 0°C સુધી ઠંડુ થાય છે ત્યારે પાણી હંમેશા બરફમાં ફેરવાય છે... કેટલાક કિસ્સાઓમાં સિવાય! આનું ઉદાહરણ "સુપરકૂલિંગ" છે, જે ખૂબ જ શુદ્ધ પાણીનો ગુણધર્મ છે જે ઠંડકથી નીચે સુધી ઠંડુ થાય ત્યારે પણ પ્રવાહી રહે છે. આ ઘટના એ હકીકતને કારણે શક્ય બની છે કે પર્યાવરણમાં સ્ફટિકીકરણના કેન્દ્રો અથવા મધ્યવર્તી કેન્દ્રો નથી કે જે બરફના સ્ફટિકોની રચનાને ઉત્તેજિત કરી શકે. અને તેથી શૂન્ય ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે ઠંડું કરવામાં આવે તો પણ પાણી પ્રવાહી સ્વરૂપમાં રહે છે. સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાને ટ્રિગર કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ગેસના પરપોટા, અશુદ્ધિઓ (દૂષણો) અથવા કન્ટેનરની અસમાન સપાટી દ્વારા. તેમના વિના, પાણી પ્રવાહી સ્થિતિમાં રહેશે. જ્યારે સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે, ત્યારે તમે સુપર-કૂલ્ડ પાણીને તરત જ બરફમાં ફેરવાતા જોઈ શકો છો.

ફિલ મેડિના (www.mrsciguy.com) તરફથી વિડિયો (2,901 KB, 60 સેકન્ડ) જુઓ અને તમારા માટે જુઓ >>

ટિપ્પણી.સુપરહિટેડ પાણી તેના ઉત્કલન બિંદુથી ઉપર ગરમ થાય ત્યારે પણ પ્રવાહી રહે છે.

3. "ગ્લાસ" પાણી

ઝડપથી અને વિચાર્યા વિના, નામ આપો કે પાણીના કેટલા જુદા જુદા રાજ્યો છે?

જો તમે ત્રણ (ઘન, પ્રવાહી, ગેસ) નો જવાબ આપ્યો, તો તમે ખોટા હતા. વૈજ્ઞાનિકો પ્રવાહી પાણીના ઓછામાં ઓછા 5 જુદા જુદા રાજ્યો અને બરફના 14 રાજ્યોને ઓળખે છે.

સુપર-ઠંડા પાણી વિશેની વાતચીત યાદ છે? તેથી, તમે ગમે તે કરો, -38 °C પર પણ સૌથી શુદ્ધ અતિ-ઠંડુ પાણી અચાનક બરફમાં ફેરવાઈ જાય છે. વધુ ઘટાડા સાથે શું થાય છે?

તાપમાન? -120 °C પર પાણીમાં કંઈક વિચિત્ર બનવાનું શરૂ થાય છે: તે દાળની જેમ સુપર ચીકણું અથવા ચીકણું બની જાય છે, અને -135 °C થી નીચેના તાપમાને તે "ગ્લાસી" અથવા "કાચ" પાણીમાં ફેરવાય છે - એક નક્કર પદાર્થ જેમાં સ્ફટિકીય બંધારણનો અભાવ હોય છે. .

4. પાણીના ક્વોન્ટમ ગુણધર્મો

પરમાણુ સ્તરે, પાણી વધુ આશ્ચર્યજનક છે. 1995 માં, વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલા ન્યુટ્રોન સ્કેટરિંગ પ્રયોગમાં એક અણધારી પરિણામ આવ્યું: ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ શોધ્યું કે પાણીના અણુઓને ધ્યાનમાં રાખીને ન્યુટ્રોન અપેક્ષા કરતા 25% ઓછા હાઇડ્રોજન પ્રોટોન "જુએ છે".

તે બહાર આવ્યું છે કે એક એટોસેકન્ડ (10 -18 સેકન્ડ) ની ઝડપે એક અસામાન્ય ક્વોન્ટમ અસર થાય છે, અને પાણીનું રાસાયણિક સૂત્ર, સામાન્ય એકને બદલે - H 2 O, H 1.5 O બને છે!

5. શું પાણીમાં મેમરી હોય છે?

હોમિયોપેથી, પરંપરાગત દવાનો વિકલ્પ, જણાવે છે કે દવાનું પાતળું દ્રાવણ શરીર પર હીલિંગ અસર કરી શકે છે, ભલે મંદન પરિબળ એટલું મહાન હોય કે દ્રાવણમાં પાણીના અણુઓ સિવાય બીજું કશું બચતું નથી. હોમિયોપેથીના સમર્થકો આ વિરોધાભાસને "વોટર મેમરી" નામની વિભાવના સાથે સમજાવે છે, જે મુજબ પરમાણુ સ્તરે પાણીમાં એકવાર ઓગળેલા પદાર્થની "મેમરી" હોય છે અને એક પણ નહીં પછી મૂળ એકાગ્રતાના દ્રાવણના ગુણધર્મો જાળવી રાખે છે. ઘટકના પરમાણુ તેમાં રહે છે.

ક્વીન્સ યુનિવર્સિટી ઓફ બેલફાસ્ટના પ્રોફેસર મેડેલીન એનિસની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોના એક જૂથે, 2002માં આ ખ્યાલનું ખંડન કરવા માટે એક પ્રયોગ હાથ ધર્યો હતો "વોટર મેમરી" અસરની વાસ્તવિકતાને સાબિત કરવામાં સક્ષમ હતા, જો કે, સ્વતંત્ર નિષ્ણાતોની દેખરેખ હેઠળ કરવામાં આવેલા પ્રયોગો કોઈ પરિણામ લાવ્યા નથી.

પાણીમાં અન્ય ઘણા અસામાન્ય ગુણધર્મો છે જેના વિશે આપણે આ લેખમાં વાત કરી નથી.

સાહિત્ય.

1. પાણી વિશે 5 ખરેખર વિચિત્ર વસ્તુઓ / http://www.neatorama.com.
2. પાણીનું રહસ્ય: એરિસ્ટોટલ-એમપેમ્બા અસરનો સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યો હતો / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. નિર્જીવ પ્રકૃતિના રહસ્યો. બ્રહ્માંડમાં સૌથી રહસ્યમય પદાર્થ / http://www.bibliotekar.ru.