Britansko kraljevo združenje za kemijo ponuja 1000 funtov nagrade vsakomur, ki zna znanstveno pojasniti, zakaj vroča voda v nekaterih primerih zmrzne hitreje kot hladna.

»Sodobna znanost še vedno ne more odgovoriti na to na videz preprosto vprašanje. Izdelovalci sladoleda in barmani uporabljajo ta učinek pri vsakdanjem delu, vendar nihče ne ve, zakaj deluje. Ta problem je znan že tisočletja, saj so o njem razmišljali filozofi, kot sta Aristotel in Descartes,« je dejal profesor David Phillips, predsednik britanskega kraljevega kemijskega društva, kot je navedeno v sporočilu za javnost društva.

Kako je kuhar iz Afrike premagal britanskega profesorja fizike

To ni prvoaprilska šala, ampak surova fizična resničnost. Sodobna znanost, ki zlahka operira z galaksijami in črnimi luknjami ter gradi velikanske pospeševalnike za iskanje kvarkov in bozonov, ne zna razložiti, kako »deluje« elementarna voda. Šolski učbenik jasno pravi, da je za ohlajanje bolj vročega telesa potrebnih več časa kot za ohlajanje hladnega telesa. Toda za vodo se ta zakon ne upošteva vedno. Na ta paradoks je opozoril Aristotel v 4. stoletju pr. e. Takole je zapisal stari Grk v svoji knjigi Meteorologica I: »Dejstvo, da je voda predgreta, povzroči, da zmrzne. Zato marsikdo, ko želi toplo vodo hitreje ohladiti, jo najprej postavi na sonce ...« V srednjem veku sta ta pojav poskušala pojasniti Francis Bacon in Rene Descartes. Žal, niti velikim filozofom niti številnim znanstvenikom, ki so razvijali klasično termofiziko, to ni uspelo, zato je bilo tako neprijetno dejstvo dolgo časa "pozabljeno".

In šele leta 1968 so se »spomnili« po zaslugi šolarja Erasta Mpembeja iz Tanzanije, daleč od kakršne koli znanosti. Med šolanjem na kulinarični šoli leta 1963 je 13-letni Mpembe dobil nalogo narediti sladoled. Po tehnologiji je bilo treba mleko zavreti, v njem raztopiti sladkor, ohladiti na sobno temperaturo in nato dati v hladilnik, da zamrzne. Očitno Mpemba ni bil priden učenec in je okleval. V strahu, da ne bo zdržal do konca pouka, je še vroče mleko postavil v hladilnik. Na njegovo presenečenje je zmrznilo celo prej kot mleko njegovih tovarišev, pripravljeno po vseh pravilih.

Ko je Mpemba svoje odkritje delil s svojim učiteljem fizike, se mu je ta smejal pred celim razredom. Mpemba se je spomnil žalitve. Pet let kasneje, že kot študent na univerzi v Dar es Salaamu, se je udeležil predavanja slovitega fizika Denisa G. Osborna. Po predavanju je znanstveniku zastavil vprašanje: »Če vzamete dve enaki posodi z enako količino vode, eno pri 35 °C (95 °F) in drugo pri 100 °C (212 °F), in ju postavite v zamrzovalniku, potem bo voda v vroči posodi hitreje zmrznila. zakaj?" Lahko si predstavljate reakcijo britanskega profesorja na vprašanje mladeniča iz Godforsaken Tanzanije. Norčeval se je iz študenta. Toda Mpemba je bil pripravljen na tak odgovor in je znanstvenika izzval na stavo. Njun spor se je končal z eksperimentalnim testom, ki je potrdil, da je imel Mpemba prav, Osborne pa poražen. Tako se je kuharski vajenec zapisal v zgodovino znanosti in odslej ta pojav imenujemo »Mpemba efekt«. Nemogoče ga je zavreči, razglasiti za »neobstoječega«. Fenomen obstaja in, kot je zapisal pesnik, »ne boli«.

Ali so za to krivi prašni delci in topljenci?

Skozi leta so mnogi poskušali razvozlati skrivnost zmrzovanja vode. Predlaganih je bilo cel kup razlag za ta pojav: izhlapevanje, konvekcija, vpliv raztopljenih snovi - vendar nobenega od teh dejavnikov ni mogoče šteti za dokončnega. Številni znanstveniki so vse svoje življenje posvetili učinku Mpemba. James Brownridge, član oddelka za varnost pred sevanjem na državni univerzi v New Yorku, že desetletje v prostem času preučuje paradoks. Po izvedbi na stotine poskusov znanstvenik trdi, da ima dokaze o "krivdi" hipotermije. Brownridge pojasnjuje, da se voda pri 0 °C podhlaji in začne zmrzovati, ko temperatura pade pod. Zmrzišče uravnavajo nečistoče v vodi – spreminjajo hitrost nastajanja ledenih kristalov. Nečistoče, kot so prašni delci, bakterije in raztopljene soli, imajo značilno nukleacijsko temperaturo, ko se okrog kristalizacijskih središč oblikujejo ledeni kristali. Kadar je v vodi prisotnih več elementov hkrati, je zmrzišče določeno s tistim, ki ima najvišjo temperaturo nukleacije.

Za poskus je Brownridge vzel dva vzorca vode enake temperature in ju postavil v zamrzovalnik. Ugotovil je, da je eden od primerkov vedno zmrznil pred drugim, domnevno zaradi drugačne kombinacije nečistoč.

Brownridge pravi, da se vroča voda ohladi hitreje, ker je večja razlika med temperaturo vode in zamrzovalnika - to ji pomaga doseči zmrzišče, preden hladna voda doseže svoje naravno zmrzišče, ki je vsaj 5 °C nižje.

Vendar Brownridgeova utemeljitev odpira številna vprašanja. Zato se lahko tisti, ki znajo učinek Mpemba razložiti na svoj način, potegujejo za tisoč funtov britanskega kraljevega kemijskega združenja.

Zdi se, da dobra stara formula H 2 O ne vsebuje skrivnosti. A v resnici je voda – vir življenja in najbolj znana tekočina na svetu – prežeta s številnimi skrivnostmi, ki jih celo znanstveniki včasih ne znajo razrešiti.

Tukaj je 5 najbolj zanimivih dejstev o vodi:

1. Vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda

Vzamemo dve posodi z vodo: v eno nalijemo vročo vodo, v drugo mrzlo in ju postavimo v zamrzovalnik. Topla voda bo zmrznila hitreje kot hladna voda, čeprav bi se morala hladna voda po logiki najprej spremeniti v led: navsezadnje se mora topla voda najprej ohladiti na hladno temperaturo, nato pa se spremeni v led, hladni vodi pa se ni treba ohladiti. Zakaj se to dogaja?

Leta 1963 je Erasto B. Mpemba, srednješolec v Tanzaniji, zamrzoval mešanico sladoleda in opazil, da se vroča mešanica v zamrzovalniku strdi hitreje kot hladna. Ko je mladenič svoje odkritje delil s svojim učiteljem fizike, se mu je le smejal. K sreči je bil učenec vztrajen in je učitelja prepričal v poskus, ki je potrdil njegovo odkritje: vroča voda pod določenimi pogoji dejansko zmrzne hitreje kot hladna.

Zdaj se ta pojav, ko vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda, imenuje »učinek Mpemba«. Res je, veliko pred njim so to edinstveno lastnost vode opazili že Aristotel, Francis Bacon in Rene Descartes.

Znanstveniki še vedno ne razumejo popolnoma narave tega pojava in ga razlagajo bodisi z razliko v podhlajevanju, izhlapevanju, nastajanju ledu, konvekciji ali z učinkom utekočinjenih plinov na vročo in hladno vodo.

Opomba X.RU na temo "Vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda."

Ker je problematika hlajenja bližja nam, strokovnjakom za hlajenje, si bomo dovolili, da se nekoliko poglobimo v bistvo tega problema in podamo dve mnenji o naravi tako skrivnostnega pojava.

1. Znanstvenik z Univerze v Washingtonu je predlagal razlago skrivnostnega pojava, znanega že iz časov Aristotela: zakaj vroča voda zmrzne hitreje kot hladna.

Pojav, imenovan učinek Mpemba, se v praksi pogosto uporablja. Strokovnjaki na primer avtomobilistom svetujejo, naj pozimi v rezervoar za pranje točijo hladno, ne vroče vode. Toda kaj je v ozadju tega pojava, je dolgo časa ostalo neznano.

Dr. Jonathan Katz z Univerze v Washingtonu je preučeval ta pojav in prišel do zaključka, da imajo pomembno vlogo v vodi raztopljene snovi, ki se pri segrevanju obarjajo, poroča EurekAlert.

Dr. Katz z raztopljenimi snovmi misli na kalcijeve in magnezijeve bikarbonate, ki jih najdemo v trdi vodi. Pri segrevanju vode se te snovi obarjajo in na stenah kotlička tvorijo vodni kamen. Voda, ki ni bila nikoli segreta, vsebuje te nečistoče. Ko zmrzne in nastanejo ledeni kristali, se koncentracija nečistoč v vodi poveča za 50-krat. Zaradi tega se zmrzišče vode zniža. »In zdaj se mora voda dodatno ohladiti, da zmrzne,« pojasnjuje dr. Katz.

Obstaja še drugi razlog, ki preprečuje zmrzovanje neogrete vode. Znižanje zmrziščne točke vode zmanjša temperaturno razliko med trdno in tekočo fazo. »Ker je hitrost, s katero voda izgublja toploto, odvisna od te temperaturne razlike, se voda, ki ni bila segreta, slabše ohlaja,« komentira dr. Katz.

Po mnenju znanstvenika je njegovo teorijo mogoče preizkusiti eksperimentalno, saj Učinek Mpemba postane bolj opazen pri trši vodi.

2. Kisik plus vodik plus mraz ustvarja led. Na prvi pogled se zdi ta prozorna snov zelo preprosta. V resnici je led poln številnih skrivnosti. Ice, ki ga je ustvaril Afričan Erasto Mpemba, ni razmišljal o slavi. Dnevi so bili vroči. Želel je sladoled. Vzel je škatlo soka in jo dal v zamrzovalnik. To je storil več kot enkrat in zato opazil, da sok še posebej hitro zmrzne, če ga najprej postaviš na sonce - res ga segreje! To je čudno, je pomislil tanzanijski šolar, ki je ravnal v nasprotju s svetovno modrostjo. Ali res drži, da je treba tekočino, da se hitreje spremeni v led, najprej ... segreti? Mladenič je bil tako presenečen, da je svoje ugibanje delil z učiteljem. O tej zanimivosti je poročal v tisku.

Ta zgodba se je zgodila v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Zdaj je "učinek Mpemba" znanstvenikom dobro znan. Toda ta na videz preprost pojav je dolgo ostal skrivnost. Zakaj vroča voda zmrzne hitreje kot hladna?

Šele leta 1996 je fizik David Auerbach našel rešitev. Da bi odgovoril na to vprašanje, je celo leto izvajal eksperiment: segreval je vodo v kozarcu in jo ponovno ohladil. Kaj je torej ugotovil? Pri segrevanju zračni mehurčki, raztopljeni v vodi, izhlapijo. Voda brez plinov lažje zmrzne na stene posode. "Seveda bo zmrznila tudi voda z visoko vsebnostjo zraka," pravi Auerbach, "vendar ne pri nič stopinjah Celzija, ampak samo pri minus štirih do šestih stopinjah." Seveda boste morali počakati dlje. Torej vroča voda zmrzne pred mrzlo, to je znanstveno dejstvo.

Skoraj ni snovi, ki bi se pred našimi očmi pojavila tako lahkotno kot led. Sestavljen je le iz molekul vode - to je elementarnih molekul, ki vsebujejo dva atoma vodika in en atom kisika. Vendar pa je led morda najbolj skrivnostna snov v vesolju. Nekaterih njegovih lastnosti znanstvenikom še ni uspelo pojasniti.

2. Supercooling in "instant" zamrzovanje

Vsi vedo, da se voda vedno spremeni v led, ko se ohladi na 0 °C ... razen v nekaterih primerih! Primer tega je "supercooling", ki je lastnost zelo čiste vode, da ostane tekoča tudi, ko je ohlajena pod ledišče. Ta pojav je mogoč zaradi dejstva, da okolje ne vsebuje centrov ali kristalizacijskih jeder, ki bi lahko sprožila nastanek ledenih kristalov. In tako voda ostane v tekoči obliki tudi, ko se ohladi pod nič stopinj Celzija. Proces kristalizacije lahko sprožijo na primer plinski mehurčki, nečistoče (kontaminanti) ali neravna površina posode. Brez njih bo voda ostala v tekočem stanju. Ko se začne proces kristalizacije, lahko opazujete, kako se zelo ohlajena voda takoj spremeni v led.

Oglejte si video (2.901 KB, 60 s) Phila Medine (www.mrsciguy.com) in se prepričajte sami >>

Komentiraj. Pregreta voda tudi ostane tekoča, tudi če se segreje nad vrelišče.

3. "Steklena" voda

Hitro in brez razmišljanja povejte, koliko različnih stanj ima voda?

Če ste odgovorili tri (trdno, tekoče, plinasto), ste se zmotili. Znanstveniki identificirajo vsaj 5 različnih stanj tekoče vode in 14 stanj ledu.

Se spomnite pogovora o zelo ohlajeni vodi? Ne glede na to, kaj počnete, se pri -38 °C tudi najčistejša zelo ohlajena voda nenadoma spremeni v led. Kaj se zgodi z nadaljnjim upadanjem?

temperatura? Pri -120 °C se z vodo začne dogajati nekaj čudnega: postane super viskozna ali viskozna, kot je melasa, pri temperaturah pod -135 °C pa se spremeni v "steklasto" ali "steklasto" vodo - trdno snov brez kristalne strukture .

4. Kvantne lastnosti vode

Na molekularni ravni je voda še bolj presenetljiva. Leta 1995 je poskus sipanja nevtronov, ki so ga izvedli znanstveniki, prinesel nepričakovan rezultat: fiziki so odkrili, da nevtroni, usmerjeni v molekule vode, »vidijo« 25 % manj vodikovih protonov, kot je bilo pričakovano.

Izkazalo se je, da pri hitrosti ene atosekunde (10-18 sekund) pride do nenavadnega kvantnega učinka in kemijska formula vode namesto običajne - H 2 O, postane H 1,5 O!

5. Ali ima voda spomin?

Homeopatija, alternativa klasični medicini, navaja, da lahko razredčena raztopina zdravila zdravilno deluje na telo, tudi če je faktor redčenja tako velik, da v raztopini ne ostane nič razen molekul vode. Zagovorniki homeopatije pojasnjujejo ta paradoks s konceptom, imenovanim »vodni spomin«, po katerem ima voda na molekularni ravni »spomin« na snov, ki je bila enkrat v njej raztopljena, in ohrani lastnosti raztopine prvotne koncentracije, potem ko niti enkrat molekula sestavine ostane v njej.

Mednarodna skupina znanstvenikov pod vodstvom profesorice Madeleine Ennis iz Queen's University v Belfastu, ki je kritizirala načela homeopatije, je leta 2002 izvedla poskus, da bi enkrat za vselej ovrgla ta koncept so uspeli dokazati resničnost učinka »vodnega spomina«, vendar poskusi, izvedeni pod nadzorom neodvisnih strokovnjakov, niso prinesli nobenih rezultatov. Razprava o obstoju »vodnega spomina« se nadaljuje.

Voda ima še veliko drugih nenavadnih lastnosti, o katerih v tem članku nismo govorili.

Literatura.

1. 5 res čudnih stvari o vodi / http://www.neatorama.com.
2. Skrivnost vode: nastala je teorija o učinku Aristotel-Mpemba / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Skrivnosti nežive narave. Najbolj skrivnostna snov v vesolju / http://www.bibliotekar.ru.

Mpemba učinek(Mpembajev paradoks) je paradoks, ki trdi, da vroča voda pod nekaterimi pogoji zmrzne hitreje kot hladna voda, čeprav mora med postopkom zamrzovanja preseči temperaturo hladne vode. Ta paradoks je eksperimentalno dejstvo, ki je v nasprotju z običajnimi predstavami, po katerih se pri enakih pogojih bolj segreto telo ohladi na določeno temperaturo dlje kot manj segreto telo, da se ohladi na isto temperaturo.

Ta pojav so nekoč opazili že Aristotel, Francis Bacon in Rene Descartes, šele leta 1963 pa je tanzanijski šolar Erasto Mpemba ugotovil, da vroča sladoledna zmes zamrzne hitreje kot hladna.

Erasto Mpemba je kot dijak srednje šole Magambi v Tanzaniji opravljal praktično delo kot kuhar. Moral je pripraviti domač sladoled - mleko zavreti, v njem raztopiti sladkor, ohladiti na sobno temperaturo in nato dati v hladilnik, da zamrzne. Očitno Mpemba ni bil posebno priden učenec in je s prvim delom naloge odlašal. V strahu, da ne bo zdržal do konca pouka, je še vroče mleko postavil v hladilnik. Na njegovo presenečenje je zmrznilo celo prej kot mleko njegovih tovarišev, pripravljeno po dani tehnologiji.

Po tem je Mpemba eksperimentiral ne le z mlekom, ampak tudi z navadno vodo. Kakor koli že, že kot dijak na srednji šoli Mkwava je profesorja Dennisa Osborna z univerze v Dar Es Salaamu (ki ga je direktor šole povabil, da dijakom predava o fiziki) vprašal prav o vodi: »Če vzamete dve enaki posodi z enakimi prostorninami vode, tako da ima v eni voda temperaturo 35 °C, v drugi pa 100 °C, in ju postavite v zamrzovalnik, v drugem pa bo voda hitreje zmrznila. Zakaj? Osborne se je začel zanimati za to vprašanje in kmalu, leta 1969, sta z Mpembo objavila rezultate svojih poskusov v reviji Physics Education. Od takrat se učinek, ki so ga odkrili, imenuje Mpemba učinek.

Do zdaj nihče ne ve natančno, kako razložiti ta nenavaden učinek. Znanstveniki nimajo ene same različice, čeprav jih je veliko. Gre za razliko v lastnostih tople in hladne vode, vendar še ni jasno, katere lastnosti igrajo vlogo v tem primeru: razlika v podhlajevanju, izhlapevanju, nastajanju ledu, konvekciji ali vplivu utekočinjenih plinov na vodo pri različne temperature.

Paradoks efekta Mpemba je v tem, da mora biti čas, v katerem se telo ohladi na temperaturo okolice, sorazmeren temperaturni razliki med tem telesom in okoljem. Ta zakon je postavil Newton in je bil od takrat večkrat potrjen v praksi. Pri tem učinku se voda s temperaturo 100 °C ohladi na temperaturo 0 °C hitreje kot enaka količina vode s temperaturo 35 °C.

Vendar to še ne pomeni paradoksa, saj je učinek Mpemba mogoče razložiti v okviru znane fizike. Tukaj je nekaj razlag za učinek Mpemba:

Izhlapevanje

Vroča voda hitreje izhlapi iz posode, s čimer se zmanjša njena prostornina, manjša količina vode pri enaki temperaturi pa hitreje zmrzne. Voda, segreta na 100 C, pri ohlajanju na 0 C izgubi 16% svoje mase.

Učinek izhlapevanja je dvojni učinek. Prvič, zmanjša se masa vode, ki je potrebna za hlajenje. In drugič, temperatura se zmanjša zaradi dejstva, da se toplota izhlapevanja pri prehodu iz vodne faze v parno fazo zmanjša.

Temperaturna razlika

Ker je temperaturna razlika med toplo vodo in hladnim zrakom večja, je zato izmenjava toplote v tem primeru intenzivnejša in topla voda se hitreje ohlaja.

hipotermija

Ko se voda ohladi pod 0 C, ne zmrzne vedno. Pod nekaterimi pogoji se lahko podvrže prehladitvi in ostane tekoča tudi pri temperaturah pod lediščem. V nekaterih primerih lahko voda ostane tekoča tudi pri temperaturi –20 C.

Razlog za ta učinek je, da so potrebni centri za tvorbo kristalov, da se začnejo oblikovati prvi ledeni kristali. Če jih ni v tekoči vodi, se bo podhlajevanje nadaljevalo, dokler temperatura ne pade dovolj, da se kristali spontano tvorijo. Ko se začnejo oblikovati v preohlajeni tekočini, bodo začele hitreje rasti in tvoriti ledeno brozgo, ki bo zmrznila v led.

Vroča voda je najbolj dovzetna za hipotermijo, saj se pri njenem segrevanju odstranijo raztopljeni plini in mehurčki, ki lahko služijo kot središča za nastanek ledenih kristalov.

Zakaj podhladitev povzroči hitrejše zmrzovanje tople vode? V primeru hladne vode, ki ni prehlajena, se zgodi naslednje. V tem primeru bo na površini plovila nastala tanka plast ledu. Ta plast ledu bo delovala kot izolator med vodo in hladnim zrakom ter bo preprečila nadaljnje izhlapevanje. Hitrost nastajanja ledenih kristalov bo v tem primeru manjša. V primeru vroče vode, izpostavljene podhlajevanju, prehlajena voda nima zaščitne površinske plasti ledu. Zato veliko hitreje izgublja toploto skozi odprt vrh.

Ko se proces podhlajevanja konča in voda zmrzne, se izgubi veliko več toplote in zato nastane več ledu.

Številni raziskovalci tega učinka menijo, da je hipotermija glavni dejavnik v primeru učinka Mpemba.

Konvekcija

Hladna voda začne zmrzovati od zgoraj, s čimer se poslabšajo procesi toplotnega sevanja in konvekcije ter s tem izgube toplote, vroča voda pa začne zmrzovati od spodaj.

Ta učinek je razložen z anomalijo v gostoti vode. Voda ima največjo gostoto pri 4 C. Če vodo ohladite na 4 C in postavite na nižjo temperaturo, bo površinska plast vode hitreje zmrznila. Ker je ta voda manj gosta kot voda pri temperaturi 4 C, bo ostala na površini in tvorila tanko hladno plast. V teh pogojih bo v kratkem času na površini vode nastala tanka plast ledu, vendar bo ta plast ledu služila kot izolator in ščitila spodnje plasti vode, ki bodo ostale pri temperaturi 4 C. Zato bo nadaljnji proces ohlajanja počasnejši.

Pri topli vodi je situacija popolnoma drugačna. Površinski sloj vode se bo zaradi izhlapevanja in večje temperaturne razlike hitreje ohladil. Poleg tega so plasti hladne vode gostejše od plasti vroče vode, zato se bo plast hladne vode pogreznila in dvignila plast tople vode na površje. To kroženje vode zagotavlja hiter padec temperature.

Toda zakaj ta proces ne doseže ravnovesne točke? Da bi razložili učinek Mpemba s tega vidika konvekcije, bi bilo treba predpostaviti, da sta hladna in vroča plast vode ločeni in se sam proces konvekcije nadaljuje, ko povprečna temperatura vode pade pod 4 C.

Vendar pa ni nobenih eksperimentalnih dokazov, ki bi podpirali to hipotezo, da so hladne in vroče plasti vode ločene s procesom konvekcije.

Plini, raztopljeni v vodi

Voda vedno vsebuje v njej raztopljene pline - kisik in ogljikov dioksid. Ti plini lahko znižajo zmrzišče vode. Pri segrevanju vode se ti plini sproščajo iz vode, ker je njihova topnost v vodi manjša pri visokih temperaturah. Ko se vroča voda ohlaja, je v njej vedno manj raztopljenih plinov kot v neogrevani hladni vodi. Zato je zmrzišče segrete vode višje in hitreje zmrzne. Ta dejavnik se včasih obravnava kot glavni pri razlagi učinka Mpemba, čeprav ni nobenih eksperimentalnih podatkov, ki bi to dejstvo potrdili.

Toplotna prevodnost

Vse te (pa tudi druge) pogoje so preučevali v številnih poskusih, vendar jasnega odgovora na vprašanje - kateri od njih zagotavljajo stoodstotno reprodukcijo Mpemba efekta - nikoli niso dobili.

Na primer, leta 1995 je nemški fizik David Auerbach proučeval vpliv podhlajene vode na ta učinek. Odkril je, da vroča voda, ko doseže preohlajeno stanje, zamrzne pri višji temperaturi kot hladna voda in zato hitreje kot slednja. Toda hladna voda doseže prehlajeno stanje hitreje kot vroča voda in s tem kompenzira prejšnji zaostanek.

Poleg tega so bili Auerbachovi rezultati v nasprotju s prejšnjimi podatki, da je vroča voda lahko dosegla večje podhlajevanje zaradi manj kristalizacijskih centrov. Pri segrevanju vode se iz nje odstranijo v njej raztopljeni plini, pri vrenju pa se oborijo nekatere v njej raztopljene soli.

Zaenkrat je mogoče trditi le eno - reprodukcija tega učinka je bistveno odvisna od pogojev, pod katerimi se izvaja poskus. Ravno zato, ker ni vedno reproducirana.

Leta 1963 je tanzanijski šolar po imenu Erasto Mpemba svojemu učitelju postavil neumno vprašanje - zakaj je topel sladoled v njegovem zamrzovalniku zmrznil hitreje od mrzlega?

Za pojasnilo se je obrnil na učitelja fizike, a se je učencu le nasmejal z besedami: "To ni univerzalna fizika, ampak fizika Mpemba." Po tem je Mpemba eksperimentiral ne le z mlekom, ampak tudi z navadno vodo.

Kakor koli že, že kot dijak na srednji šoli Mkwava je profesorja Dennisa Osborna z univerze v Dar Es Salaamu (ki ga je direktor šole povabil, da dijakom predava o fiziki) vprašal prav o vodi: »Če vzamete dve enaki posodi z enakimi prostorninami vode, tako da ima v eni voda temperaturo 35 °C, v drugi pa 100 °C, in ju postavite v zamrzovalnik, v drugem pa bo voda hitreje zmrznila. zakaj?" Osborne se je začel zanimati za to vprašanje in kmalu, leta 1969, sta z Mpembo objavila rezultate svojih poskusov v reviji Physics Education. Od takrat se učinek, ki so ga odkrili, imenuje Mpemba učinek.

Vas zanima zakaj se to zgodi? Pred nekaj leti je znanstvenikom uspelo razložiti ta pojav ...

Učinek Mpemba (paradoks Mpemba) je paradoks, ki pravi, da vroča voda pod nekaterimi pogoji zmrzne hitreje kot hladna voda, čeprav mora med postopkom zamrzovanja prestati temperaturo hladne vode. Ta paradoks je eksperimentalno dejstvo, ki je v nasprotju z običajnimi predstavami, po katerih se pri enakih pogojih bolj segreto telo ohladi na določeno temperaturo dlje kot manj segreto telo, da se ohladi na isto temperaturo.

Ta pojav so v svojem času opazili Aristotel, Francis Bacon in Rene Descartes. Do zdaj nihče ne ve natančno, kako razložiti ta nenavaden učinek. Znanstveniki nimajo ene same različice, čeprav jih je veliko. Gre za razliko v lastnostih tople in hladne vode, vendar še ni jasno, katere lastnosti igrajo vlogo v tem primeru: razlika v podhlajevanju, izhlapevanju, nastajanju ledu, konvekciji ali vplivu utekočinjenih plinov na vodo pri različne temperature. Paradoks efekta Mpemba je v tem, da mora biti čas, v katerem se telo ohladi na temperaturo okolice, sorazmeren temperaturni razliki med tem telesom in okoljem. Ta zakon je postavil Newton in je bil od takrat večkrat potrjen v praksi. Pri tem učinku se voda s temperaturo 100 °C ohladi na temperaturo 0 °C hitreje kot enaka količina vode s temperaturo 35 °C.

Od takrat so se pojavljale različne različice, ena od njih je bila naslednja: del tople vode najprej preprosto izhlapi, nato pa, ko je ostane manj, voda hitreje zmrzne. Ta različica je zaradi svoje preprostosti postala najbolj priljubljena, vendar ni popolnoma zadovoljila znanstvenikov.

Zdaj skupina raziskovalcev s tehnološke univerze Nanyang v Singapurju, ki jo vodi kemik Xi Zhang, pravi, da je razrešila starodavno skrivnost, zakaj topla voda zmrzne hitreje kot hladna. Kot so ugotovili kitajski strokovnjaki, je skrivnost v količini energije, shranjene v vodikovih vezeh med molekulami vode.

Kot veste, so molekule vode sestavljene iz enega atoma kisika in dveh atomov vodika, ki jih držijo skupaj kovalentne vezi, kar na ravni delcev izgleda kot izmenjava elektronov. Drugo znano dejstvo je, da vodikove atome privlačijo atomi kisika iz sosednjih molekul – nastanejo vodikove vezi.

Hkrati se molekule vode praviloma odbijajo. Znanstveniki iz Singapurja so opazili: toplejša kot je voda, večja je razdalja med molekulami tekočine zaradi povečanja odbojnih sil. Posledično se vodikove vezi raztegnejo in zato shranijo več energije. Ta energija se sprosti, ko se voda ohladi – molekule se približajo druga drugi. In sproščanje energije, kot je znano, pomeni hlajenje.

Tukaj so predpostavke znanstvenikov:

Izhlapevanje

Vroča voda hitreje izhlapi iz posode, s čimer se zmanjša njena prostornina, manjša količina vode pri enaki temperaturi pa hitreje zmrzne. Voda, segreta na 100 °C, izgubi 16 % svoje mase, ko se ohladi na 0 °C. Učinek izhlapevanja je dvojni učinek. Prvič, zmanjša se masa vode, ki je potrebna za hlajenje. In drugič, zaradi izhlapevanja se njegova temperatura zniža.

Temperaturna razlika

Ker je temperaturna razlika med toplo vodo in hladnim zrakom večja, je izmenjava toplote v tem primeru intenzivnejša in topla voda se hitreje ohlaja.

hipotermija
Ko se voda ohladi pod 0 °C, ne zmrzne vedno. Pod nekaterimi pogoji se lahko podvrže prehladitvi in ostane tekoča tudi pri temperaturah pod lediščem. V nekaterih primerih lahko voda ostane tekoča tudi pri temperaturi -20°C. Razlog za ta učinek je, da so potrebni centri za tvorbo kristalov, da se začnejo oblikovati prvi ledeni kristali. Če jih ni v tekoči vodi, se bo podhlajevanje nadaljevalo, dokler temperatura ne pade dovolj, da se kristali spontano tvorijo. Ko se začnejo oblikovati v preohlajeni tekočini, bodo začele hitreje rasti in tvoriti ledeno brozgo, ki bo zmrznila v led. Vroča voda je najbolj dovzetna za hipotermijo, saj se pri njenem segrevanju odstranijo raztopljeni plini in mehurčki, ki lahko služijo kot središča za nastanek ledenih kristalov. Zakaj podhladitev povzroči hitrejše zmrzovanje tople vode? Pri hladni vodi, ki ni prehlajena, se zgodi naslednje: na njeni površini se oblikuje tanka plast ledu, ki deluje kot izolator med vodo in hladnim zrakom in s tem preprečuje nadaljnje izhlapevanje. Hitrost nastajanja ledenih kristalov bo v tem primeru manjša. V primeru vroče vode, izpostavljene podhlajevanju, prehlajena voda nima zaščitne površinske plasti ledu. Zato veliko hitreje izgublja toploto skozi odprt vrh. Ko se proces podhlajevanja konča in voda zmrzne, se izgubi veliko več toplote in zato nastane več ledu. Številni raziskovalci tega učinka menijo, da je hipotermija glavni dejavnik v primeru učinka Mpemba.
Konvekcija

Hladna voda začne zmrzovati od zgoraj, s čimer se poslabšajo procesi toplotnega sevanja in konvekcije ter s tem izgube toplote, vroča voda pa začne zmrzovati od spodaj. Ta učinek je razložen z anomalijo v gostoti vode. Voda ima največjo gostoto pri 4°C. Če vodo ohladite na 4°C in jo postavite v okolje z nižjo temperaturo, bo površinska plast vode hitreje zmrznila. Ker je ta voda manj gosta kot voda pri 4 °C, bo ostala na površini in tvorila tanko hladno plast. V teh pogojih se bo v kratkem času na površini vode naredila tanka plast ledu, vendar bo ta plast ledu delovala kot izolator in ščitila spodnje plasti vode, ki bodo ostale pri temperaturi 4°C. . Zato bo nadaljnji proces ohlajanja počasnejši. Pri topli vodi je situacija popolnoma drugačna. Površinski sloj vode se bo zaradi izhlapevanja in večje temperaturne razlike hitreje ohladil. Poleg tega so plasti hladne vode gostejše od plasti vroče vode, zato se bo plast hladne vode pogreznila, tako da bo plast tople vode prišla na površje. To kroženje vode zagotavlja hiter padec temperature. Toda zakaj ta proces ne doseže ravnovesne točke? Da bi razložili učinek Mpemba z vidika konvekcije, bi bilo treba domnevati, da sta hladna in vroča plast vode ločeni in se sam proces konvekcije nadaljuje, ko povprečna temperatura vode pade pod 4 ° C. Vendar pa ni nobenih eksperimentalnih dokazov, ki bi podpirali to hipotezo, da so hladne in vroče plasti vode ločene s procesom konvekcije.

Plini, raztopljeni v vodi

Toplotna prevodnost

Ta mehanizem ima lahko pomembno vlogo, ko je voda v zamrzovalniku hladilnega dela v majhnih posodah. Pod temi pogoji je bilo opaženo, da posoda z vročo vodo stopi led v zamrzovalniku pod njim, s čimer se izboljša toplotni stik s steno zamrzovalnika in toplotna prevodnost. Posledično se toplota iz posode za vročo vodo odvaja hitreje kot iz hladne. Posoda s hladno vodo pa ne topi snega pod seboj. Vse te (pa tudi druge) pogoje so preučevali v številnih poskusih, vendar nedvoumnega odgovora na vprašanje - kateri od njih zagotavljajo 100-odstotno reprodukcijo učinka Mpemba - nikoli niso dobili. Na primer, leta 1995 je nemški fizik David Auerbach proučeval vpliv podhlajene vode na ta učinek. Odkril je, da vroča voda, ko doseže preohlajeno stanje, zamrzne pri višji temperaturi kot hladna voda in zato hitreje kot slednja. Toda hladna voda doseže prehlajeno stanje hitreje kot vroča voda in s tem kompenzira prejšnji zaostanek. Poleg tega so bili Auerbachovi rezultati v nasprotju s prejšnjimi podatki, da je vroča voda lahko dosegla večje podhlajevanje zaradi manj kristalizacijskih centrov. Pri segrevanju vode se iz nje odstranijo v njej raztopljeni plini, pri vrenju pa se oborijo nekatere v njej raztopljene soli. Zaenkrat je mogoče trditi le eno: reprodukcija tega učinka je bistveno odvisna od pogojev, pod katerimi se izvaja poskus. Ravno zato, ker ni vedno reproducirana.

Ampak kot pravijo, najverjetnejši razlog.

Kot pišejo kemiki v svojem članku, ki ga lahko najdete na spletni strani za prednatis arXiv.org, so vodikove vezi v vroči vodi močnejše kot v hladni vodi. Tako se izkaže, da je več energije shranjene v vodikovih vezeh vroče vode, kar pomeni, da se je več sprosti pri ohlajanju na temperature pod ničlo. Zaradi tega pride do strjevanja hitreje.

Do danes so znanstveniki to skrivnost rešili le teoretično. Ko predstavijo prepričljive dokaze svoje različice, se lahko vprašanje, zakaj vroča voda zamrzne hitreje kot hladna voda, šteje za zaključeno.

To je res, čeprav se sliši neverjetno, saj mora med postopkom zamrzovanja predgreta voda prestati temperaturo hladne vode. Medtem se ta učinek pogosto uporablja. Na primer, drsališča in tobogani so pozimi napolnjeni z vročo in ne s hladno vodo. Strokovnjaki avtomobilistom svetujejo, naj pozimi v rezervoar za pranje točijo hladno, ne vroče vode. Paradoks je v svetu znan kot »Mpemba efekt«.

Ta pojav so nekoč omenjali že Aristotel, Francis Bacon in Rene Descartes, šele leta 1963 pa so se mu posvetili profesorji fizike in ga poskušali preučiti. Vse se je začelo, ko je tanzanijski šolar Erasto Mpemba opazil, da sladkano mleko, ki ga je uporabil za pripravo sladoleda, hitreje zmrzne, če je bilo predhodno segreto, in postavil hipotezo, da vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda. Za pojasnilo se je obrnil na učitelja fizike, a se je učencu le nasmejal z besedami: "To ni univerzalna fizika, ampak fizika Mpemba."

Na srečo je šolo nekega dne obiskal Dennis Osborne, profesor fizike z univerze v Dar es Salaamu. In Mpemba se je obrnil k njemu z istim vprašanjem. Profesor je bil manj skeptičen, rekel je, da ne more soditi o nečem, česar še ni videl, in po vrnitvi domov je prosil svoje sodelavce, naj izvedejo ustrezne poskuse. Zdelo se je, da potrjujejo fantove besede. Vsekakor je leta 1969 Osborne v angleški reviji spregovoril o sodelovanju z Mpembo. Fizikaizobraževanje" Istega leta je George Kell iz Kanadskega nacionalnega raziskovalnega sveta objavil članek, v katerem je opisal ta pojav v angleščini. ameriškiDnevnikodFizika».

Obstaja več možnih razlag za ta paradoks:

Vroča voda hitreje izhlapi, s čimer se zmanjša njena prostornina, manjša količina vode pri enaki temperaturi pa hitreje zmrzne. Hladna voda bi morala hitreje zmrzniti v nepredušnih posodah.
Razpoložljivost snežne obloge. Posoda z vročo vodo topi sneg pod seboj in s tem izboljša toplotni stik s hladilno površino. Hladna voda ne topi snega pod njim. Če snežne obloge ni, bi morala posoda s hladno vodo hitreje zmrzniti.
Hladna voda začne zmrzovati od zgoraj, s čimer se poslabšajo procesi toplotnega sevanja in konvekcije ter s tem izgube toplote, vroča voda pa začne zmrzovati od spodaj. Z dodatnim mehanskim mešanjem vode v posodah naj bi hladna voda hitreje zamrznila.
Prisotnost kristalizacijskih centrov v ohlajeni vodi - snovi, raztopljene v njej. Z majhnim številom takšnih središč v hladni vodi je pretvorba vode v led otežena in možna celo prehladitev, ko ostane v tekočem stanju s temperaturo pod ničlo.

Nedavno je bila objavljena še ena razlaga. Dr. Jonathan Katz z Univerze v Washingtonu je preučeval ta pojav in ugotovil, da imajo pri njem pomembno vlogo v vodi raztopljene snovi, ki se pri segrevanju obarjajo.
Dr. Katz z raztopljenimi snovmi misli na kalcijeve in magnezijeve bikarbonate, ki jih najdemo v trdi vodi. Ko se voda segreje, se te snovi oborijo in voda postane "mehka". Voda, ki ni bila nikoli segreta, vsebuje te nečistoče in je »trda«. Ko zmrzne in nastanejo ledeni kristali, se koncentracija nečistoč v vodi poveča za 50-krat. Zaradi tega se zmrzišče vode zniža.

Ta razlaga se mi ne zdi prepričljiva, ker... Ne smemo pozabiti, da so učinek odkrili pri poskusih s sladoledom, in ne s trdo vodo. Najverjetneje so vzroki za pojav termofizični, ne kemični.

Doslej ni bila pridobljena nobena nedvoumna razlaga za Mpembin paradoks. Povedati je treba, da nekateri znanstveniki menijo, da ta paradoks ni vreden pozornosti. Vendar pa je zelo zanimivo, da je preprost šolar dosegel priznanje fizičnega učinka in pridobil priljubljenost zaradi svoje radovednosti in vztrajnosti.

Dodano februarja 2014

Opomba je bila napisana leta 2011. Od takrat so se pojavile nove študije učinka Mpemba in novi poskusi njegove razlage. Tako je leta 2012 Kraljeva kemijska družba Velike Britanije objavila mednarodni natečaj za reševanje znanstvene skrivnosti "Mpemba efekt" z nagradnim skladom 1000 funtov. Rok je bil določen do 30. julija 2012. Zmagal je Nikola Bregovic iz laboratorija Univerze v Zagrebu. Objavil je svoje delo, v katerem je analiziral prejšnje poskuse razlage tega pojava in prišel do zaključka, da niso bili prepričljivi. Model, ki ga je predlagal, temelji na temeljnih lastnostih vode. Zainteresirani si lahko zaposlitev najdejo na http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Raziskava se s tem ni končala. Leta 2013 so fiziki iz Singapurja teoretično dokazali vzrok za učinek Mepemba. Delo je na voljo na http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Sorodni članki na spletnem mestu:

Drugi članki v tem razdelku

Komentarji:

Aleksej Mišnev. , 06.10.2012 4:14

Zakaj vroča voda hitreje izhlapeva? Znanstveniki so praktično dokazali, da kozarec tople vode zmrzne hitreje kot hladna voda. Znanstveniki tega pojava ne morejo razložiti, ker ne razumejo bistva pojavov: toplota in mraz! Toplota in mraz sta fizična občutka, ki povzročata medsebojno delovanje delcev materije v obliki nasprotne kompresije magnetnih valov, ki se premikajo iz vesolja in iz središča zemlje. Torej, večja kot je potencialna razlika, ta magnetna napetost, hitrejša je izmenjava energije z metodo nasprotnega prodora enega vala v drugega. Se pravi z difuzijsko metodo! V odgovor na moj članek en nasprotnik piše: 1) “..Vroča voda HITREJE izhlapeva, posledično je je manj, zato hitreje zmrzne” Vprašanje! Katera energija povzroči hitrejše izhlapevanje vode? 2) Moj članek govori o kozarcu, in ne o lesenem koritu, ki ga nasprotnik navaja kot protiargument. Kar ni pravilno! Odgovorim na vprašanje: “ZAKAJ VODA V NARAVI IZHLAPEVA?” Magnetni valovi, ki se vedno gibljejo iz središča zemlje v vesolje, premagujejo protitlak magnetnih kompresijskih valov (ki se vedno gibljejo iz vesolja v središče zemlje), hkrati pršijo vodne delce, ki se premikajo v vesolje. , povečajo prostornino. Se pravi, širijo se! Če so magnetni kompresijski valovi premagani, se ti vodni hlapi stisnejo (kondenzirajo) in pod vplivom teh magnetnih kompresijskih sil se voda vrne v zemljo v obliki padavin! S spoštovanjem! Aleksej Mišnev. 6. oktober 2012.

Aleksej Mišnev. , 06.10.2012 4:19

Kaj je temperatura? Temperatura je stopnja elektromagnetne napetosti magnetnih valov z energijo stiskanja in raztezanja. V primeru ravnovesnega stanja teh energij je temperatura telesa oziroma snovi v stabilnem stanju. Ko se poruši ravnovesno stanje teh energij, se proti energiji širjenja telo oziroma snov poveča v prostornini prostora. Če energija magnetnega valovanja preseže v smeri stiskanja, se telo oziroma snov zmanjša v prostornini. Stopnja elektromagnetne napetosti je določena s stopnjo raztezanja ali stiskanja referenčnega telesa. Aleksej Mišnev.

Moisejeva Natalija, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, govorite o nekem članku, ki navaja vaše misli o pojmu temperature. A tega nihče ni prebral. Prosim, daj mi povezavo. Na splošno so vaši pogledi na fiziko zelo edinstveni. Nikoli nisem slišal za "elektromagnetno širjenje referenčnega telesa."

Jurij Kuznjecov, 4.12.2012 12:32

Predlagana je hipoteza, da je to posledica medmolekularne resonance in ponderomotorne privlačnosti med molekulami, ki jo ustvarja. V hladni vodi se molekule gibljejo in vibrirajo kaotično, z različnimi frekvencami. Pri segrevanju vode se s povečanjem frekvence nihanja njihov obseg zoži (zmanjša se razlika v frekvencah od tekoče vroče vode do točke uparjanja), frekvence nihanja molekul se približajo, zaradi česar se pojavi resonanca. se pojavi med molekulami. Med ohlajanjem se ta resonanca delno ohrani in ne izzveni takoj. Poskusite pritisniti eno od dveh kitarskih strun, ki sta v resonanci. Zdaj pa jo izpustite - struna bo spet začela vibrirati, resonanca bo obnovila njene vibracije. Prav tako v zmrznjeni vodi zunanje ohlajene molekule poskušajo izgubiti amplitudo in frekvenco tresljajev, vendar »tople« molekule v posodi »potegnejo« tresljaje nazaj in delujejo kot vibratorji, zunanje pa kot resonatorji. Ponderomotorna privlačnost* nastane med vibratorji in resonatorji. Ko ponderomotorna sila postane večja od sile, ki jo povzroča kinetična energija molekul (ki ne le vibrirajo, temveč se tudi linearno gibljejo), pride do pospešene kristalizacije – »Mpemba efekt«. Ponderomotorna povezava je zelo nestabilna, učinek Mpemba je močno odvisen od vseh povezanih dejavnikov: količine vode, ki jo je treba zamrzniti, narave njenega segrevanja, zmrzovalnih pogojev, temperature, konvekcije, pogojev izmenjave toplote, nasičenosti s plinom, vibracij hladilne enote. , prezračevanje, nečistoče, izhlapevanje, itd. Morda celo od razsvetljave ... Zato ima učinek veliko razlag in ga je včasih težko reproducirati. Iz istega "resonančnega" razloga prekuhana voda zavre hitreje kot neprekuhana voda - resonanca ohranja intenzivnost nihanja vodnih molekul še nekaj časa po vrenju (izguba energije med ohlajanjem je predvsem posledica izgube kinetične energije linearnega gibanja molekul). Pri intenzivnem segrevanju vibratorske molekule zamenjajo vlogo z resonatorskimi molekulami v primerjavi z zmrzovanjem - frekvenca vibratorjev je manjša od frekvence resonatorjev, kar pomeni, da med molekulami ne pride do privlačnosti, temveč do odbijanja, kar pospeši prehod v drugo stanje. združevanja (par).

Vlad, 12.11.2012 3:42

Razbil mi je možgane...

Anton, 02.04.2013 02:02

1. Ali je ta ponderomotorna privlačnost res tako velika, da vpliva na proces prenosa toplote? 2. Ali to pomeni, da ko se vsa telesa segrejejo na določeno temperaturo, njihovi strukturni delci vstopijo v resonanco? 3. Zakaj ta resonanca izgine, ko se ohladi? 4. Je to vaše ugibanje? Če obstaja vir, navedite. 5. Po tej teoriji bo oblika posode igrala pomembno vlogo, in če je tanka in ravna, potem razlika v času zamrzovanja ne bo velika, tj. lahko preverite to.

Gudrat, 3. 11. 2013 10:12 | METAK

V hladni vodi so že atomi dušika in razdalje med molekulami vode so bliže kot v vroči vodi. Se pravi zaključek: Vroča voda hitreje absorbira atome dušika in hkrati hitro zmrzne kot hladna voda - to je primerljivo s kaljenjem železa, saj se topla voda spremeni v led, vroče železo pa se s hitrim ohlajanjem strdi!

Vladimir, 13.3.2013 6:50

ali morda tole: gostota vroče vode in ledu je manjša od gostote mrzle vode, zato vodi ni treba spreminjati svoje gostote, izgubi nekaj časa in zmrzne.

Aleksej Mišnev, 21.3.2013 11:50

Preden govorimo o resonancah, privlačnosti in nihanju delcev, moramo razumeti in odgovoriti na vprašanje: Katere sile povzročajo tresenje delcev? Ker brez kinetične energije ne more priti do kompresije. Brez stiskanja ne more biti širjenja. Brez širjenja ne more biti kinetične energije! Ko začneš govoriti o resonanci strun, se najprej potrudiš, da ena od teh strun začne vibrirati! Ko govorimo o privlačnosti, morate najprej navesti silo, zaradi katere se ta telesa privlačijo! Trdim, da vsa telesa stisne elektromagnetna energija atmosfere in ki stisne vsa telesa, snovi in osnovne delce s silo 1,33 kg. ne na cm2, ampak na elementarni delec, saj atmosferski tlak ne more biti selektiven!

Dodik, 31.5.2013 2:59

Zdi se mi, da ste pozabili eno resnico - "Znanost se začne tam, kjer se začnejo meritve." Kakšna je temperatura "vroče" vode? Kakšna je temperatura "hladne" vode? Članek o tem ne govori niti besede. Iz tega lahko sklepamo - cel članek je bedarija!

Gregor, 6.4.2013 12:17

Dodik, preden neki članek označiš za neumnost, se moraš vsaj malo zamisliti nad učenjem. In ne samo meriti.

Dmitrij, 24.12.2013 10:57

Molekule vroče vode se premikajo hitreje kot v hladni vodi, zaradi tega je tesnejši stik z okoljem, zdi se, da absorbirajo ves mraz in se hitro upočasnijo.

Ivan, 01.10.2014 5:53

Presenetljivo je, da se na tej strani pojavi tako anonimen članek. Članek je popolnoma neznanstven. Tako avtor kot komentatorji tekmujejo med seboj v iskanju razlage pojava, ne da bi se potrudili ugotoviti, ali je pojav sploh opazovan in, če je opazovan, pod kakšnimi pogoji. Poleg tega ni niti dogovora o tem, kaj pravzaprav opazujemo! Tako avtor vztraja pri nujnosti razlage učinka hitrega zamrzovanja vročega sladoleda, čeprav iz celotnega besedila (in besed »učinek je bil odkrit v poskusih s sladoledom«) izhaja, da sam tega ni izvajal. poskusi. Iz možnosti »razlage« pojava, ki so navedene v članku, je razvidno, da so opisani popolnoma različni poskusi, izvedeni pod različnimi pogoji z različnimi vodnimi raztopinami. Tako bistvo razlag kot konjunktivno razpoloženje v njih nakazujejo, da ni bilo opravljeno niti osnovno preverjanje izraženih idej. Nekdo je po naključju slišal smešno zgodbo in mimogrede izrazil svoj špekulativni zaključek. Oprostite, vendar to ni fizična znanstvena študija, ampak pogovor v kadilnici.

Ivan, 01.10.2014 6:10

Glede pripomb v članku o polnjenju valjev z vročo vodo in rezervoarjev za pranje stekel s hladno vodo. Tukaj je vse preprosto z vidika elementarne fizike. Drsališče se polni z vročo vodo prav zato, ker počasneje zmrzuje. Drsališče mora biti ravno in gladko. Poskusite ga napolniti s hladno vodo - dobili boste izbokline in "nabrekline", ker ... Voda bo _hitro_ zmrznila, ne da bi imela čas, da se razporedi v enakomerno plast. In vroča bo imela čas, da se razširi v enakomerno plast in stopi obstoječe ledene in snežne gomolje. Pralni stroj tudi ni težaven: v hladnem vremenu ni smisla nalivati čiste vode - zmrzne na steklu (tudi vročem); in vroča tekočina, ki ne zmrzne, lahko povzroči pokanje hladnega stekla, poleg tega bo steklo imelo povišano zmrzišče zaradi pospešenega izhlapevanja alkoholov na poti do stekla (ali vsi poznajo princip delovanja mesečine ? - alkohol izhlapi, voda ostane).

Ivan, 01.10.2014 6:34

Toda v bistvu pojava se je neumno spraševati, zakaj dva različna eksperimenta pod različnimi pogoji potekata drugače. Če se poskus izvaja čisto, potem morate vzeti vročo in hladno vodo enake kemične sestave - vzamemo predhodno ohlajeno vrelo vodo iz istega kotlička. Nalijte v enake posode (na primer kozarce s tankimi stenami). Ne postavljamo ga na sneg, temveč na enako ravno, suho podlago, na primer leseno mizo. In ne v mikro zamrzovalniku, ampak v precej obsežnem termostatu - pred nekaj leti sem izvedel poskus na dachi, ko je bilo vreme zunaj stabilno in hladno, približno -25C. Voda kristalizira pri določeni temperaturi po sprostitvi kristalizacijske toplote. Hipoteza se skrči na trditev, da se vroča voda hitreje ohlaja (to je res, v skladu s klasično fiziko je hitrost prenosa toplote sorazmerna temperaturni razliki), vendar ohranja povečano hitrost ohlajanja tudi, ko njena temperatura postane enaka temperatura hladne vode. Vprašanje je, kako se voda, ki se je zunaj ohladila na temperaturo +20C, razlikuje od popolnoma enake vode, ki se je eno uro pred tem ohladila na temperaturo +20C, vendar v sobi? Klasična fizika (mimogrede, ki ne temelji na klepetu v kadilnici, ampak na sto tisočih in milijonih poskusov) pravi: nič, nadaljnja dinamika hlajenja bo enaka (samo vrela voda bo dosegla +20 kasneje). In poskus kaže isto: ko je imel kozarec sprva mrzle vode že močno ledeno skorjo, vroča voda niti pomislila ni, da bi zmrznila. P.S. Na komentar Jurija Kuznecova. Prisotnost določenega učinka se lahko šteje za ugotovljeno, ko so opisani pogoji za njegov nastanek in je dosledno reproduciran. In ko imamo neznane poskuse z neznanimi pogoji, je prezgodaj graditi teorije, ki bi jih razložile, in to ne daje ničesar z znanstvenega vidika. P.P.S. No, komentarjev Alekseja Mišneva je nemogoče brati brez solz nežnosti - človek živi v nekakšnem izmišljenem svetu, ki nima nič opraviti s fiziko in resničnimi poskusi.

Grigorij, 13.1.2014 10:58

Ivan, razumem, da zavračaš učinek Mpemba? Ne obstaja, kot kažejo vaši poskusi? Zakaj je tako znan v fiziki in zakaj ga mnogi poskušajo razložiti?

Ivan, 14.02.2014 1:51

Dober dan, Gregory! Učinek nečistega poskusa obstaja. Toda, kot razumete, to ni razlog za iskanje novih zakonov v fiziki, ampak razlog za izboljšanje spretnosti eksperimentatorja. Kot sem že zapisal v komentarjih, pri vseh omenjenih poskusih razlage »Mpemba učinka« raziskovalci niti ne morejo jasno formulirati, kaj točno in pod kakšnimi pogoji merijo. In želite reči, da so to eksperimentalni fiziki? Ne spravljaj me v smeh. Učinek ni znan v fiziki, ampak v psevdoznanstvenih razpravah na različnih forumih in blogih, ki jih je zdaj malo morje. Ljudje, ki so daleč od fizike, ga dojemajo kot resničen fizični učinek (v smislu kot posledico nekih novih fizikalnih zakonov in ne kot posledico napačne interpretacije ali zgolj mita). Zato ni nobenega razloga, da bi o rezultatih različnih poskusov, izvedenih v popolnoma različnih pogojih, govorili kot o enem fizičnem učinku.

Pavel, 18.2.2014 9:59

hmm, fantje... članek za "Speed Info"... Brez zamere... ;) Ivan ima prav za vse...

Gregor, 19.2.2014 12:50

Ivan, strinjam se, da je zdaj veliko psevdoznanstvenih strani, ki objavljajo nepreverjene senzacionalne materiale.? Navsezadnje se učinek Mpemba še proučuje. Še več, znanstveniki z univerz raziskujejo. Na primer, leta 2013 je ta učinek preučevala skupina s tehnološke univerze v Singapurju. Poglejte povezavo http://arxiv.org/abs/1310.6514. Menijo, da so našli razlago za ta učinek. Ne bom podrobneje pisal o bistvu odkritja, vendar je po njihovem mnenju učinek povezan z razliko v energijah, shranjenih v vodikovih vezeh.

Moiseeva N.P. , 19. 2. 2014 3:04

Za vse, ki jih zanima raziskovanje učinka Mpemba, sem nekoliko dopolnil gradivo v članku in navedel povezave, kjer se lahko seznanite z najnovejšimi rezultati (glej besedilo). Hvala za vaše komentarje.

Ildar, 24.2.2014 4:12 | nima smisla naštevati vsega

Če se ta učinek Mpemba res zgodi, potem je treba razlago iskati, mislim, v molekularni strukturi vode. Voda (kot sem izvedel iz poljudnoznanstvene literature) ne obstaja kot posamezne molekule H2O, ampak kot skupki več molekul (tudi ducatov). Ko se temperatura vode poveča, se hitrost gibanja molekul poveča, grozdi se zlomijo drug proti drugemu in valenčne vezi molekul nimajo časa za sestavljanje velikih grozdov. Za oblikovanje grozdov je potrebnih malo več časa kot za zmanjšanje hitrosti molekularnega gibanja. In ker so grozdi manjši, se tvorba kristalne mreže zgodi hitreje. V hladni vodi očitno veliki, dokaj stabilni grozdi preprečujejo nastanek mreže; traja nekaj časa, da se uničijo. Sam sem na televiziji videl nenavaden učinek, ko je hladna voda, ki je mirno stala v kozarcu, ostala tekoča več ur na mrazu. Toda takoj, ko smo kozarec dvignili, torej nekoliko premaknili z mesta, je voda v kozarcu takoj kristalizirala, postala motna in kozarec je počil. No, duhovnik, ki je pokazal ta učinek, je to pojasnil s tem, da je bila voda blagoslovljena. Mimogrede, izkazalo se je, da voda močno spremeni svojo viskoznost glede na temperaturo. To je za nas, kot velika bitja, nezaznavno, vendar je na ravni majhnih (mm ali manj) rakov, še bolj pa bakterij, viskoznost vode zelo pomemben dejavnik. Mislim, da je ta viskoznost določena tudi z velikostjo vodnih skupin.

GREY, 15.3.2014 5:30

vse okoli sebe, kar vidimo, so površinske značilnosti (lastnosti), zato sprejemamo kot energijo samo tisto, kar lahko izmerimo ali kakorkoli dokažemo njen obstoj, sicer je slepa ulica. Ta pojav, učinek Mpemba, je mogoče razložiti le s preprosto volumetrično teorijo, ki bo združila vse fizične modele v eno samo interakcijsko strukturo. pravzaprav je preprosto

Nikita, 6.6.2014 4:27 | avto

Toda kako lahko zagotovite, da voda med vožnjo v avtu ostane hladna in ne topla?

Aleksej, 03.10.2014 01:09

Tukaj je še eno "odkritje" na poti. Voda v plastični steklenici zamrzne veliko hitreje z odprtim pokrovčkom. Za zabavo sem večkrat izvedel poskus v hudem mrazu. Učinek je očiten. Pozdravljeni teoretiki!

Evgenij, 27.12.2014 8:40

Načelo evaporativnega hladilnika. Vzamemo dve hermetično zaprti steklenici s hladno in toplo vodo. Postavimo na hladno. Hladna voda hitreje zamrzne. Zdaj vzamemo enake steklenice s hladno in vročo vodo, jih odpremo in postavimo na hladno. Vroča voda bo zmrznila hitreje kot hladna voda. Če vzamemo dva bazena s hladno in toplo vodo, bo vroča voda zmrznila veliko hitreje. To je posledica dejstva, da povečujemo stik z ozračjem. Intenzivnejše kot je izhlapevanje, hitreje pada temperatura. Tukaj moramo omeniti faktor vlažnosti. Nižja kot je vlažnost, močnejše je izhlapevanje in močnejše ohlajanje.

sivi TOMSK, 3.1.2015 10:55

GREY, 15.3.2014 05:30 - nadaljevanje Kar veste o temperaturi, ni vse. Tam je še nekaj. Če pravilno sestavite fizični model temperature, bo postal ključ do opisovanja energijskih procesov od difuzije, taljenja in kristalizacije do takšnih lestvic, kot je povišanje temperature s povišanjem tlaka, povišanje tlaka s povišanjem temperature. Tudi fizični model sončne energije bo iz zgoraj navedenega postal jasen. Pozimi sem. . zgodaj spomladi 20013 sem ob ogledu temperaturnih modelov sestavil splošni temperaturni model. Nekaj mesecev kasneje sem se spomnil temperaturnega paradoksa in takrat sem spoznal... da moj temperaturni model opisuje tudi Mpembin paradoks. To je bilo maja-junija 2013. Zamujam eno leto, ampak tako je najbolje. Moj fizični model je zamrznjeni okvir in ga je mogoče previjati naprej in nazaj in vsebuje motorično aktivnost, isto dejavnost, v kateri se vse premika. Imam 8 let šole in 2 leti fakultete s ponavljanjem teme. Minilo je 20 let. Znanim znanstvenikom torej ne morem pripisati nobenih fizičnih modelov, prav tako ne morem pripisati formul. Zelo mi je žal.

Andrej, 8.11.2015 8:52

Na splošno imam idejo o tem, zakaj vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda. In v mojih pojasnilih je vse zelo preprosto, če vas zanima, mi pišite na e-pošto: [e-pošta zaščitena]

Andrej, 08.11.2015 08:58

Oprostite, dal sem napačen e-poštni naslov, tukaj je pravi e-poštni naslov: [e-pošta zaščitena]

Victor, 23.12.2015 10:37

Zdi se mi, da je vse bolj preprosto, tukaj pada sneg, je izhlapeni plin, ohlajen, zato se morda v mrzlem vremenu vroča hitreje ohladi, ker izhlapi in takoj kristalizira, ne da bi se dvignila daleč, voda v plinastem stanju pa se hitreje ohladi kot v tekočem stanju)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

Tudi če bi nekdo razkril te zakone sveta, ki so povezani s temi učinki, ne bi pisal tukaj. Z mojega vidika ne bi bilo logično, da bi svoje skrivnosti razkril uporabnikom interneta, ko pa jih lahko objavi v znanih znanstvenih revijah in to sam osebno dokaže pred ljudmi. Torej, kar bo tukaj napisano o tem učinku, večinoma ni logično.)))

Alex, 22.2.2016 12:48

Pozdravljeni eksperimentatorji Prav imate, ko pravite, da se znanost začne tam, kjer ... ne meritve, ampak izračuni. “Eksperiment” je večen in nepogrešljiv argument za tiste, ki so prikrajšani za domišljijo in linearno razmišljanje. Je zdaj v primeru E= mc2 užalil vse - ali se vsi spomnijo? Hitrost molekul, ki letijo iz hladne vode v atmosfero, določa količino energije, ki jo odnesejo iz vode (hlajenje je izguba energije, hitrost molekul iz vroče vode pa je veliko večja, odnesena energija pa je na kvadrat (). hitrost ohlajanja preostale mase vode) To je vse, če se oddaljite od "eksperimentiranja" in se spomnite osnovnih osnov znanosti

Vladimir, 25.4.2016 10:53 | Meteo

V tistih časih, ko je bil antifriz redek, so vodo iz hladilnega sistema avtomobilov v neogrevani garaži po delovnem dnevu izčrpali, da ne bi odmrznili bloka cilindrov ali radiatorja - včasih obojega skupaj. Zjutraj je bila natočena topla voda. V močnem mrazu so se motorji zagnali brez težav. Nekako zaradi pomanjkanja tople vode je voda točila iz pipe. Voda je takoj zmrznila. Poskus je bil drag - točno toliko, kot stane nakup in zamenjava bloka cilindrov in radiatorja avtomobila ZIL-131. Kdor ne verjame, naj preveri. in Mpemba je eksperimentiral s sladoledom. V sladoledu poteka kristalizacija drugače kot v vodi. Poskusite z zobmi odgrizniti kos sladoleda in kos ledu. Najverjetneje ni zmrznil, ampak se je zaradi ohlajanja zgostil. In sladka voda, ne glede na to, ali je vroča ali hladna, zmrzne pri 0*C. Hladna voda je hitra, vroča voda pa potrebuje čas, da se ohladi.

Potepuh, 5.6.2016 12:54 | Alexu

"c" - hitrost svetlobe v vakuumu E=mc^2 - formula, ki izraža ekvivalenco mase in energije

Albert, 27.7.2016 8:22

Prvič, analogija s trdnimi snovmi (ni procesa izhlapevanja). Pred kratkim sem spajkal bakrene vodovodne cevi. Postopek poteka s segrevanjem plinskega gorilnika na temperaturo taljenja spajke. Čas segrevanja enega spoja s spojko je približno ena minuta. En spoj sem prispajkal na spojko in po nekaj minutah ugotovil, da sem ga narobe prispajal. V spojki je bilo treba cev malo zavrteti. Ponovno sem začel segrevati fugo z gorilnikom in na moje presenečenje je trajalo 3-4 minute, da se je fuga segrela na temperaturo tališča. Kako to!? Konec koncev je cev še vedno vroča in zdi se, da je za segrevanje do tališča potrebno veliko manj energije, vendar se je vse izkazalo ravno nasprotno. Gre za toplotno prevodnost, ki je pri že ogreti cevi bistveno višja in se je meja med ogreto in hladno cevjo v dveh minutah uspela premakniti daleč od spoja. Zdaj pa o vodi. Operirali bomo s konceptoma tople in polsegrete posode. V vroči posodi nastane ozka temperaturna meja med vročimi, zelo gibljivimi delci in počasnimi, hladnimi delci, ki se razmeroma hitro giblje od obrobja proti sredini, saj na tej meji hitri delci hitro oddajo energijo (ohlajeni) z delci na drugi strani meje. Ker je prostornina zunanjih hladnih delcev večja, hitri delci, ki oddajo svojo toplotno energijo, zunanjih hladnih delcev ne morejo bistveno segreti. Zato se proces hlajenja tople vode zgodi relativno hitro. Napol segreta voda ima veliko nižjo toplotno prevodnost in širina meje med napol segretimi in hladnimi delci je veliko večja. Premik v sredino tako široke meje se zgodi veliko počasneje kot v primeru vroče posode. Zaradi tega se vroča posoda ohladi hitreje kot topla. Mislim, da moramo slediti dinamiki procesa hlajenja vode različnih temperatur tako, da postavimo več temperaturnih senzorjev od sredine do roba posode.

Max, 19.11.2016 05:07

Preverjeno: na Yamalu, ko je hladno, cev z vročo vodo zmrzne in jo je treba ogreti, hladne pa ne!

Artem, 09.12.2016 01:25

Težko je, ampak mislim, da je hladna voda gostejša od tople vode, celo boljša od prekuhane vode, tukaj pa pride do pospeška pri ohlajanju itd. topla voda doseže hladno temperaturo in jo prehiti, in če upoštevaš, da topla voda zamrzne od spodaj in ne od zgoraj, kot je napisano zgoraj, to zelo pospeši proces!

Aleksander Sergejev, 21.08.2017 10:52

Tega učinka ni. žal Leta 2016 je bil v Nature objavljen podroben članek na to temo: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je razvidno, da ob natančnih poskusih (če sta vzorca tople in hladne vode v vsem enaka). razen temperature) učinka ni opaziti.

Zavlab, 22.08.2017 5:31

Victor , 27.10.2017 3:52

"Res je." - če v šoli niste razumeli, kaj sta toplotna kapaciteta in zakon o ohranjanju energije. To je enostavno preveriti - za to potrebujete: željo, glavo, roke, vodo, hladilnik in budilko. In drsališča, kot pišejo strokovnjaki, zamrznejo (napolnijo) z mrzlo vodo, narezan led pa poravnajo s toplo vodo. In pozimi morate v posodo za pranje vliti tekočino proti zmrzovanju, ne vodo. Voda bo v vsakem primeru zmrznila, hladna voda pa bo zmrznila hitreje.

Irina, 23.01.2018 10:58

Znanstveniki po vsem svetu se s tem paradoksom ubadajo že od Aristotelovih časov, Victor, Zavlab in Sergeev pa so se izkazali za najpametnejše.

Denis, 2.1.2018 8:51

V članku je vse pravilno napisano. Toda razlog je nekoliko drugačen. Med postopkom vrenja zrak, raztopljen v vodi, izhlapi iz vode; zato bo, ko se vrela voda ohladi, njena gostota sčasoma manjša od gostote surove vode pri enaki temperaturi. Za različno toplotno prevodnost razen različnih gostot ni drugih razlogov.

Zavlab, 3.1.2018 8:58 | Vodja laboratorija

Irina:), "znanstveniki po vsem svetu" se ne borijo s tem "paradoksom"; za prave znanstvenike ta "paradoks" preprosto ne obstaja - zlahka se preveri v dobro ponovljivih pogojih. “Paradoks” se je pojavil zaradi neponovljivih poskusov afriškega dečka Mpembe in so ga napihnili podobni “znanstveniki” :)

Zakaj topla voda zmrzne hitreje kot hladna? Kako to razlaga sodobna fizika? Mpemba učinek v resničnem življenju

Drugi članki v tem razdelku

Komentarji: