Sveiki mieli mylėtojai įdomių faktų. Šiandien mes kalbėsime su jumis apie. Bet aš manau, kad pavadinime pateiktas klausimas gali atrodyti tiesiog absurdiškas, bet visada reikia visiškai pasitikėti liūdnai pagarsėjusiu “ sveikas protas“, o ne griežtai apibrėžtas bandomasis eksperimentas. Pabandykime išsiaiškinti, kodėl karštas vanduo ar užšąla greičiau nei šalta?
Istorinis fonas
Kad šalto ir karšto vandens užšalimo klausimu „ne viskas tyra“ buvo paminėta Aristotelio darbuose, tada panašius užrašus padarė F. Baconas, R. Descartesas ir J. Blackas. IN modernioji istorijaŠis efektas buvo pavadintas „Mpembos paradoksas“ pagal Tanganikos moksleivio Erasto Mpembos vardą, kuris uždavė tą patį klausimą atvykusiam fizikos profesoriui.
Berniuko klausimas nekilo iš tuščia vieta, bet iš grynai asmeninių pastebėjimų apie ledų mišinių aušinimo procesą virtuvėje. Žinoma, kurso draugai, kurie ten buvo, kartu su mokyklos mokytoja juokėsi iš Mpembos, tačiau po profesoriaus D. Osborne'o asmeniškai atlikto eksperimentinio bandymo noras pasijuokti iš Erasto „išgaravo“. Be to, Mpemba kartu su profesoriumi 1969 m. paskelbė žurnalą „Physics Education“. išsamus aprašymasšis poveikis – ir nuo to laiko minėtas pavadinimas fiksuojamas mokslinėje literatūroje.
Kokia reiškinio esmė?
Eksperimento sąranka gana paprasta: kiti dalykai vienodos sąlygos bandomi identiški plonasieniai indai, kuriuose yra griežtai vienodi vandens kiekiai, besiskiriantys tik temperatūra. Indai pakraunami į šaldytuvą, po to fiksuojamas laikas, kol kiekviename iš jų susiformuoja ledas. Paradoksas yra tas, kad inde su iš pradžių karštesniu skysčiu tai vyksta greičiau.
Kaip tai paaiškina šiuolaikinė fizika?
Paradoksas neturi universalaus paaiškinimo, nes kartu vyksta keli lygiagrečiai procesai, kurių indėlis gali skirtis nuo konkretaus pradines sąlygas- bet su tuo pačiu rezultatu:
- skysčio gebėjimas peršalti – iš pradžių šaltas vanduo yra labiau linkęs peršalti, t.y. išlieka skystas, kai jo temperatūra jau yra žemiau užšalimo taško
- pagreitintas aušinimas - garai iš karšto vandens virsta ledo mikrokristalais, kurie, krisdami atgal, pagreitina procesą, veikdami kaip papildomas „išorinis šilumokaitis“
- izoliacijos efektas - skirtingai nei karštas vanduo, šaltas vanduo užšąla iš viršaus, todėl sumažėja šilumos perdavimas konvekcija ir radiacija
Yra keletas kitų paaiškinimų ( paskutinį kartą Britų karališkoji chemijos draugija neseniai, 2012 m., surengė geriausios hipotezės konkursą), tačiau vienareikšmiška teorija visais atvejais įvesties sąlygų deriniai dar neegzistuoja...
Daugelis tyrinėtojų pateikė ir pateikia savo versijas, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Atrodytų kaip paradoksas – juk norint sušalti, karštas vanduo pirmiausia turi atvėsti. Tačiau faktas lieka faktu, ir mokslininkai tai aiškina įvairiai.
Pagrindinės versijos
Įjungta šiuo metu Yra keletas versijų, paaiškinančių šį faktą:
- Kadangi karštas vanduo greičiau išgaruoja, jo tūris mažėja. O mažesnio kiekio vandens užšalimas toje pačioje temperatūroje vyksta greičiau.
- Šaldytuvo šaldiklio skyriuje yra sniego įdėklas. Talpykla su karštu vandeniu ištirpdo sniegą po juo. Tai pagerina šiluminį kontaktą su šaldikliu.
- Šalto vandens užšalimas, skirtingai nei karštas, prasideda viršuje. Tuo pačiu metu pablogėja konvekcija ir šilumos spinduliavimas, taigi ir šilumos nuostoliai.
- Šaltame vandenyje yra kristalizacijos centrų – jame ištirpusių medžiagų. Jei jų kiekis vandenyje mažas, apledėti sunku, nors tuo pačiu galimas ir peršalimas – esant minusinei temperatūrai jis būna skystos būsenos.
Nors teisybės dėlei galima sakyti, kad šis efektas ne visada laikomasi. Labai dažnai šaltas vanduo užšąla greičiau nei karštas.
Kokioje temperatūroje vanduo užšąla
Kodėl vanduo apskritai užšąla? Jame yra tam tikras kiekis mineralinių medžiagų arba organinių dalelių. Tai, pavyzdžiui, gali būti labai smulkios dalelės smėlio, dulkių ar molio. Kai oro temperatūra mažėja, šios dalelės yra centrai, aplink kuriuos susidaro ledo kristalai.
Kristalizacijos branduolių vaidmenį taip pat gali atlikti oro burbuliukai ir įtrūkimai talpoje, kurioje yra vanduo. Didelę įtaką vandens pavertimo ledu proceso greičiui turi tokių centrų skaičius – jei jų daug, skystis greičiau užšąla. Normaliomis sąlygomis, su normaliomis atmosferos slėgis, vanduo patenka į kietos būsenos iš skysčio 0 laipsnių temperatūroje.
Mpemba efekto esmė
Mpemba efektas yra paradoksas, kurio esmė ta, kad tam tikromis aplinkybėmis karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Šį reiškinį pastebėjo Aristotelis ir Dekartas. Tačiau tik 1963 m. Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba nustatė, kad karšti ledai užšaldomi ilgiau. trumpas laikas nei šalta. Tokią išvadą jis padarė atlikdamas maisto gaminimo užduotį.
Jis turėjo ištirpinti cukrų virintame piene ir, atvėsusį, padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin darbštus ir pavėluotai pradėjo atlikti pirmąją užduoties dalį. Todėl nelaukė, kol pienas atvės, o karštą padėjo į šaldytuvą. Jis labai nustebo, kai užšalo net greičiau nei bendramokslių, kurie darbus atliko pagal duotą technologiją.
Šis faktas jaunuolį labai sudomino, ir jis pradėjo eksperimentus su paprastu vandeniu. 1969 metais žurnalas Physics Education paskelbė Mpembos ir Dar Es Salaamo universiteto profesoriaus Denniso Osborne'o tyrimų rezultatus. Jų aprašytam efektui buvo suteiktas Mpemba pavadinimas. Tačiau ir šiandien nėra aiškaus šio reiškinio paaiškinimo. Visi mokslininkai sutinka, kad pagrindinis vaidmuo čia tenka atšaldyto ir karšto vandens savybių skirtumams, tačiau kas tiksliai – nežinoma.
Singapūro versija
Vieno Singapūro universitetų fizikus taip pat domino klausimas, kuris vanduo užšąla greičiau – karštas ar šaltas? Xi Zhang vadovaujama tyrėjų komanda šį paradoksą paaiškino būtent vandens savybėmis. Visi žino vandens sudėtį iš mokyklos – deguonies atomas ir du vandenilio atomai. Deguonis tam tikru mastu atitraukia elektronus nuo vandenilio, todėl molekulė yra tam tikras „magnetas“.
Dėl to tam tikros molekulės vandenyje šiek tiek traukia viena kitą ir jas jungia vandenilinis ryšys. Jo stiprumas daug kartų mažesnis nei kovalentinio ryšio. Singapūro mokslininkai mano, kad Mpembos paradokso paaiškinimas slypi būtent vandeniliniuose ryšiuose. Jei vandens molekulės yra labai sandariai išdėstytos, tada tai stipri sąveika tarp molekulių gali deformuoti kovalentinį ryšį pačios molekulės viduryje.
Tačiau kaitinant vandenį, surištos molekulės šiek tiek nutolsta viena nuo kitos. Dėl to molekulių viduryje atsiranda atsipalaidavimas kovalentiniai ryšiai su energijos pertekliaus išsiskyrimu ir perėjimu į žemesnę energijos lygis. Tai veda prie to, kad karštas vanduo pradeda greitai atvėsti. Bent jau taip rodo Singapūro mokslininkų atlikti teoriniai skaičiavimai.
Akimirksniu užšąlantis vanduo – 5 neįtikėtini triukai: Vaizdo įrašas
21.11.2017 11.10.2018 Aleksandras Fircevas
« Kuris vanduo užšąla greičiau, šaltas ar karštas?“ – pabandykite užduoti klausimą savo draugams, greičiausiai dauguma jų atsakys, kad šaltas vanduo užšąla greičiau – ir jie padarys klaidą.
Tiesą sakant, jei vienu metu į šaldiklį įdėsite du vienodos formos ir tūrio indus, kurių viename yra šaltas vanduo, o kitame karštas, tai karštas vanduo užšals greičiau.
Toks teiginys gali atrodyti absurdiškas ir nepagrįstas. Jei vadovausitės logika, tada karštas vanduo pirmiausia turi atvėsti iki šalto vandens temperatūros, o šaltas vanduo šiuo metu jau turėtų virsti ledu.
Taigi kodėl karštas vanduo įveikia šaltą vandenį pakeliui į užšalimą? Pabandykime tai išsiaiškinti.
Stebėjimų ir tyrimų istorija
Žmonės paradoksinį poveikį stebėjo nuo senų senovės, bet niekas jo nesuteikė ypatingą reikšmę. Taigi Arestotelis, taip pat Rene Descartes ir Francis Bacon savo pastabose pažymėjo šalto ir karšto vandens užšalimo greičio neatitikimus. Neįprastas reiškinys dažnai pasireikšdavo kasdieniame gyvenime.
Ilgą laiką reiškinys niekaip nebuvo tiriamas ir nesukėlė ypatingas susidomėjimas tarp mokslininkų.
Šio neįprasto poveikio tyrimas buvo pradėtas 1963 m., kai smalsus moksleivis iš Tanzanijos Erasto Mpemba pastebėjo, kad karštas pienas ledams užšalo greičiau nei šaltas pienas. Tikėdamasis sulaukti neįprasto efekto priežasčių paaiškinimo, jaunuolis mokykloje paklausė savo fizikos mokytojo. Tačiau mokytoja iš jo tik juokėsi.
Vėliau Mpemba eksperimentą pakartojo, tačiau savo eksperimente naudojo nebe pieną, o vandenį ir paradoksalus efektas pasikartojo dar kartą.
Po 6 metų, 1969 m., Mpemba uždavė šį klausimą fizikos profesoriui Dennisui Osbornui, kuris atvyko į jo mokyklą. Profesorius domėjosi jaunuolio stebėjimu, todėl buvo atliktas eksperimentas, kuris patvirtino efekto buvimą, tačiau šio reiškinio priežastys nebuvo nustatytos.
Nuo tada reiškinys buvo vadinamas Mpemba efektas.
Per visą istoriją mokslinių stebėjimų Apie šio reiškinio priežastis buvo iškelta daug hipotezių.
Taigi 2012 m. Britanijos karališkoji chemijos draugija paskelbs hipotezių, paaiškinančių Mpemba efektą, konkursą. Konkurse dalyvavo mokslininkai iš viso pasaulio, iš viso užsiregistravo 22 tūkst mokslo darbai. Nepaisant tokio įspūdingo straipsnių skaičiaus, nė vienas iš jų neatnešė aiškumo Mpembos paradoksui.
Labiausiai paplitęs variantas buvo toks, kad karštas vanduo užšąla greičiau, nes jis tiesiog greičiau išgaruoja, jo tūris mažėja, o tūriui mažėjant – didėja aušinimo greitis. Dažniausia versija galiausiai buvo paneigta, nes buvo atliktas eksperimentas, kurio metu garavimas buvo atmestas, tačiau poveikis vis dėlto buvo patvirtintas.
Kiti mokslininkai manė, kad Mpemba efekto priežastis buvo vandenyje ištirpusių dujų išgaravimas. Jų nuomone, kaitinimo metu vandenyje ištirpusios dujos išgaruoja, dėl ko jo įgauna daugiau didelio tankio nei šalta. Kaip žinoma, tankio padidėjimas lemia pokyčius fizines savybes vandens (padidėjęs šilumos laidumas), todėl padidėja aušinimo greitis.
Be to, buvo iškelta keletas hipotezių, apibūdinančių vandens cirkuliacijos greitį priklausomai nuo temperatūros. Daugeliu tyrimų buvo bandoma nustatyti ryšį tarp talpyklų, kuriose buvo skystis, medžiagos. Daugelis teorijų atrodė labai įtikinamos, tačiau jos negalėjo būti moksliškai patvirtintos dėl pradinių duomenų trūkumo, prieštaravimų kituose eksperimentuose arba dėl to, kad nustatyti veiksniai buvo tiesiog nepalyginami su vandens aušinimo greičiu. Kai kurie mokslininkai savo darbuose suabejojo efekto egzistavimu.
2013 metais mokslininkai iš Technologijos universitetas Nanyang Singapore sakė, kad jie išsprendė Mpemba efekto paslaptį. Pasak jų tyrimų, reiškinio priežastis slypi tame, kad vandeniliniuose ryšiuose tarp šalto ir karšto vandens molekulių sukauptos energijos kiekis gerokai skiriasi.
Metodai kompiuterinis modeliavimas parodė tokius rezultatus: kuo aukštesnė vandens temperatūra, tuo didesnis atstumas tarp molekulių dėl to, kad didėja atstumiančios jėgos. Ir todėl molekulių vandenilio ryšiai tempiasi, kaupiasi daugiau energijos. Atvėsusios molekulės pradeda artėti viena prie kitos, išskirdamos energiją iš vandenilinių ryšių. Šiuo atveju energijos išsiskyrimą lydi temperatūros sumažėjimas.
2017 m. spalį ispanų fizikai, atlikdami kitą tyrimą, nustatė, kad didelį vaidmenį formuojant efektą atlieka medžiagos pašalinimas iš pusiausvyros (stiprus kaitinimas prieš stiprų aušinimą). Jie nustatė sąlygas, kuriomis poveikio pasireiškimo tikimybė yra didžiausia. Be to, Ispanijos mokslininkai patvirtino egzistavimą atvirkštinis poveikis Mpemba. Jie nustatė, kad kaitinant šaltesnis mėginys gali pasiekti aukštą temperatūrą greičiau nei šiltesnis.
Nepaisant išsamios informacijos ir daugybės eksperimentų, mokslininkai ketina toliau tirti poveikį.
Mpemba efektas realiame gyvenime
Ar kada nors susimąstėte, kodėl žiemos laikasčiuožykla apsemta karštas vanduo, o ne šalta? Kaip jau supratote, jie tai daro todėl, kad čiuožykla, užpildyta karštu vandeniu, užšals greičiau nei tada, kai ji būtų užpildyta šaltu vandeniu. Dėl tos pačios priežasties žiemos ledo miesteliuose į čiuožykles pilamas karštas vanduo.
Taigi žinios apie reiškinio egzistavimą leidžia žmonėms sutaupyti laiko ruošiant aikšteles žiemos sportui.
Be to, Mpemba efektas kartais naudojamas pramonėje, siekiant sumažinti vandens turinčių produktų, medžiagų ir medžiagų užšalimo laiką.
Mpemba efektas arba kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas? Mpemba efektas (Mpemba Paradox) yra paradoksas, teigiantis, kad karštas vanduo tam tikromis sąlygomis užšąla greičiau nei šaltas, nors užšalimo proceso metu jis turi išlaikyti šalto vandens temperatūrą. Šis paradoksas yra eksperimentinis faktas, prieštaraujantis įprastoms idėjoms, pagal kurias tomis pačiomis sąlygomis labiau įkaitusiam kūnui reikia daugiau laiko atvėsti iki tam tikros temperatūros, nei mažiau įkaitusiam kūnui atvėsti iki tokios pat temperatūros. Šį reiškinį vienu metu pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartesas, tačiau tik 1963 metais Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba atrado, kad karštas ledų mišinys užšąla greičiau nei šaltas. Būdamas Magambinskajos mokiniu vidurinę mokyklą Tanzanijoje Erasto Mpemba padarė praktinis darbas kulinarijoje. Jam reikėjo pasigaminti naminių ledų – užvirti pieną, ištirpinti jame cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros, o tada padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin stropus mokinys ir delsė atlikti pirmąją užduoties dalį. Bijodamas, kad iki pamokos pabaigos nespės, į šaldytuvą įdėjo dar karšto pieno. Jo nuostabai, jis užšalo net anksčiau nei jo bendražygių pienas, paruoštas pagal nurodytą technologiją. Po to Mpemba eksperimentavo ne tik su pienu, bet ir su paprastas vanduo. Bet kuriuo atveju, jau būdamas Mkwawa vidurinės mokyklos mokinys, profesoriaus Denniso Osborne'o iš Dar Es Salamo universiteto koledžo (mokyklos direktoriaus pakviestas skaityti paskaitą apie fiziką studentams) jis paklausė konkrečiai apie vandenį: „Jei imtumėt du identiški konteineriai su vienodos apimties laistyti taip, kad viename vandens temperatūra būtų 35°C, o kitoje - 100°C, ir įdėkite į šaldiklį, tada antroje vanduo greičiau užšaltų. Kodėl?" Osborne'as susidomėjo šiuo klausimu ir netrukus, 1969 m., jis su Mpemba paskelbė savo eksperimentų rezultatus žurnale "Physics Education". Nuo tada jų atrastas efektas buvo vadinamas Mpembos efektu. Iki šiol niekas tiksliai žino, kaip paaiškinti šį keistą poveikį. Mokslininkai neturi vienos versijos, nors jų yra daug. Viskas apie karšto ir šalto vandens savybių skirtumą, tačiau kol kas neaišku, kurios savybės šiuo atveju vaidina svarbų vaidmenį. peršalimo, garavimo, ledo susidarymo, konvekcijos arba suskystintų dujų poveikio vandeniui skirtumas Mpemba efekto paradoksas yra tas, kad laikas, per kurį kūnas atšąla iki temperatūros aplinką, turi būti proporcinga temperatūrų skirtumui tarp šio kūno ir aplinkos. Šį dėsnį nustatė Niutonas ir nuo to laiko jis daug kartų buvo patvirtintas praktikoje. Dėl šio poveikio vanduo, kurio temperatūra 100 °C, atvėsta iki 0 °C greičiau nei toks pat vandens kiekis, kurio temperatūra yra 35 °C. Tačiau tai dar nereiškia paradokso, nes Mpemba efektas taip pat gali būti paaiškintas sistemoje garsus fizikas. Štai keletas Mpemba efekto paaiškinimų: Garavimas Karštas vanduo greičiau išgaruoja iš talpyklos, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis tos pačios temperatūros vandens kiekis greičiau užšąla. Vanduo, pašildytas iki 100 C, atvėsęs iki 0 C, netenka 16% savo masės. Garavimo efektas yra dvigubas poveikis. Pirma, sumažėja aušinimui reikalingo vandens masė. Antra, temperatūra mažėja dėl to, kad perėjimo iš vandens fazės į garo fazę garavimo šiluma mažėja. Temperatūros skirtumas Dėl to, kad karšto vandens ir šalto oro temperatūrų skirtumas yra didesnis, todėl šilumos mainai šiuo atveju vyksta intensyviau ir karštas vanduo greičiau atvėsta. Hipotermija Kai vanduo atšąla žemiau 0 C, jis ne visada užšąla. Tam tikromis sąlygomis jis gali peršalti ir toliau išlikti skystas esant žemesnei nei užšalimo temperatūrai. Kai kuriais atvejais vanduo gali išlikti skystas net esant -20 C. Tokio poveikio priežastis yra ta, kad tam, kad pradėtų formuotis pirmieji ledo kristalai, reikalingi kristalų susidarymo centrai. Jei skystame vandenyje jų nėra, per didelis aušinimas tęsis tol, kol temperatūra nukris tiek, kad kristalai pradės spontaniškai formuotis. Kai jie pradės formuotis peraušintame skystyje, jie pradės sparčiau augti, sudarydami purviną ledą, kuris užšals ir susidarys ledas. Karštas vanduo yra jautriausias hipotermijai, nes jį kaitinant pašalinamos ištirpusios dujos ir burbuliukai, kurie savo ruožtu gali būti ledo kristalų susidarymo centrai. Kodėl dėl hipotermijos karštas vanduo greičiau užšąla? Jei šaltas vanduo nėra peršaldytas, nutinka taip. Šiuo atveju plonu sluoksniu ant indo paviršiaus susidarys ledas. Šis ledo sluoksnis veiks kaip izoliatorius tarp vandens ir šalto oro ir neleis tolesniam garavimui. Ledo kristalų susidarymo greitis šiuo atveju bus mažesnis. Kai karštas vanduo yra peršaldomas, peršalęs vanduo neturi apsauginio paviršinio ledo sluoksnio. Todėl per atvirą viršų jis daug greičiau praranda šilumą. Kai peršalimo procesas baigiasi ir vanduo užšąla, prarandama daug daugiau šilumos, todėl susidaro daugiau ledo. Daugelis šio poveikio tyrinėtojų mano, kad hipotermija yra pagrindinis veiksnys Mpemba efekto atveju. Konvekcija Šaltas vanduo pradeda stingti iš viršaus, todėl pablogėja šilumos spinduliavimo ir konvekcijos procesai, taigi ir šilumos nuostoliai, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios. Šis poveikis paaiškinamas vandens tankio anomalija. Didžiausias vandens tankis yra 4 C. Jei vandenį atvėsinate iki 4 C ir pastatysite žemesnės temperatūros, paviršinis vandens sluoksnis užšals greičiau. Kadangi šis vanduo yra mažesnis nei 4 C temperatūros vanduo, jis išliks paviršiuje, sudarydamas ploną šaltą sluoksnį. Tokiomis sąlygomis per trumpą laiką vandens paviršiuje susidarys plonas ledo sluoksnis, tačiau šis ledo sluoksnis pasitarnaus kaip izoliatorius, apsaugantis apatinius vandens sluoksnius, kurių temperatūra išliks 4 C temperatūroje. Todėl tolesnis aušinimo procesas bus lėtesnis. Karšto vandens atveju situacija yra visiškai kitokia. Paviršinis vandens sluoksnis greičiau atvės dėl garavimo ir didesnis skirtumas temperatūros Be to, šalto vandens sluoksniai yra tankesni nei karšto vandens sluoksniai, todėl šalto vandens sluoksnis nuslūgs, pakeldamas sluoksnį šilto vandensį paviršių. Tokia vandens cirkuliacija užtikrina greitą temperatūros kritimą. Bet kodėl šis procesas nepasiekia pusiausvyros taško? Norint paaiškinti Mpemba efektą šiuo konvekcijos požiūriu, reikėtų daryti prielaidą, kad šaltasis ir karštasis vandens sluoksniai yra atskirti, o pats konvekcijos procesas tęsiasi po vidutinė temperatūra vandens temperatūra nukris žemiau 4 C. Tačiau nėra eksperimentinių duomenų, kurie patvirtintų šią hipotezę, kad konvekcijos proceso metu išsiskiria šaltas ir karštas vandens sluoksniai. Vandenyje ištirpusios dujos Vandenyje visada yra jame ištirpusių dujų – deguonies ir anglies dvideginio. Šios dujos turi galimybę sumažinti vandens užšalimo temperatūrą. Kaitinamas vanduo, šios dujos išsiskiria iš vandens, nes jų tirpumas vandenyje yra aukšta temperatūražemiau. Todėl karštam vandeniui atvėsus, jame visada būna mažiau ištirpusių dujų nei nešildomame šaltame vandenyje. Todėl pašildyto vandens užšalimo temperatūra yra aukštesnė ir jis greičiau užšąla. Šis veiksnys kartais laikomas pagrindiniu paaiškinant Mpemba efektą, nors eksperimentinių duomenų, patvirtinančių šį faktą, nėra. Šilumos laidumas Šis mechanizmas gali atlikti svarbų vaidmenį, kai vanduo dedamas į šaldytuvo skyriaus šaldiklį mažose talpyklose. Esant tokioms sąlygoms, buvo pastebėta, kad karšto vandens indas ištirpdo apačioje esantį šaldiklį ledą, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su šaldiklio sienele ir šilumos laidumą. Dėl to šiluma iš karšto vandens indo pašalinama greičiau nei iš šalto. Savo ruožtu indas su šaltu vandeniu neištirpdo po juo esančio sniego. Visos šios (kaip ir kitos) sąlygos buvo tiriamos atliekant daugybę eksperimentų, tačiau aiškaus atsakymo į klausimą – kuri iš jų užtikrina šimtaprocentinį Mpembos efekto atkūrimą – taip ir nepavyko gauti. Pavyzdžiui, 1995 metais vokiečių fizikas Davidas Auerbachas ištyrė peršalimo vandens poveikį šiam poveikiui. Jis atrado, kad karštas vanduo, pasiekęs peršalimo būseną, užšąla aukštesnėje temperatūroje nei šaltas, taigi ir greičiau nei pastarasis. Tačiau šaltas vanduo peršalimo būseną pasiekia greičiau nei karštas, taip kompensuodamas ankstesnį atsilikimą. Be to, Auerbacho rezultatai prieštaravo ankstesniems duomenims, kad karštas vanduo galėjo pasiekti didesnį peršalimą dėl mažiau kristalizacijos centrų. Kaitinant vandenį, iš jo pasišalina jame ištirpusios dujos, o verdant nusėda dalis jame ištirpusių druskų. Kol kas galima teigti tik viena – šio efekto atkūrimas labai priklauso nuo sąlygų, kuriomis atliekamas eksperimentas. Būtent todėl, kad jis ne visada atgaminamas. O. V. Mosinas
Šiame straipsnyje apžvelgsime klausimą, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas.
Pašildytas vanduo užšąla daug greičiau nei šaltas! Tai nuostabus turtas vanduo, kurio tikslaus paaiškinimo mokslininkai vis dar negali rasti, buvo žinomas nuo seniausių laikų. Pavyzdžiui, net Aristotelyje yra žieminės žvejybos aprašymas: žvejai į lede esančias skylutes kišdavo meškeres, o kad greičiau sušaltų, ledą laistė. šilto vandens. Šis reiškinys buvo pavadintas Erasto Mpembos vardu XX amžiaus 60-aisiais. Mnemba pastebėjo keistą poveikį gamindamas ledus ir kreipėsi į savo fizikos mokytoją daktarą Denisą Osborne'ą, prašydamas paaiškinimo. Mpemba ir daktaras Osbornas eksperimentavo su vandeniu skirtingos temperatūros ir padarė išvadą: beveik verdantis vanduo pradeda stingti daug greičiau nei vanduo kambario temperatūroje. Kiti mokslininkai atliko savo eksperimentus ir kiekvieną kartą gaudavo panašius rezultatus.
Fizinio reiškinio paaiškinimas
Nėra visuotinai priimto paaiškinimo, kodėl taip nutinka. Daugelis mokslininkų teigia, kad visa esmė yra skysčio peršalimas, kuris įvyksta, kai jo temperatūra nukrenta žemiau užšalimo taško. Kitaip tariant, jei vanduo užšąla žemesnėje nei 0°C temperatūroje, tai peršalęs vanduo gali turėti, pavyzdžiui, -2°C ir vis tiek išlikti skystas, nevirsdamas ledu. Kai bandome sušalti šaltas vanduo, yra tikimybė, kad jis pirmiausia peršals ir tik po kurio laiko sukietės. Kiti procesai vyksta šildomame vandenyje. Jo greitesnis pavertimas ledu yra susijęs su konvekcija.
Konvekcija- Tai fizinis reiškinys, kuriame šilti apatiniai skysčio sluoksniai kyla aukštyn, o viršutiniai, atvėsę, krenta.
