Një nga lëndët e mia të preferuara në shkollë ishte kimia. Një herë një mësues kimie na dha një detyrë shumë të çuditshme dhe të vështirë. Ai na dha një listë me pyetje që duhej t'u përgjigjenim në aspektin kimi. Na u dhanë disa ditë për këtë detyrë dhe u lejuam të përdorim bibliotekat dhe burime të tjera të disponueshme informacioni. Një nga këto pyetje kishte të bënte me pikën e ngrirjes së ujit. Nuk e mbaj mend saktësisht se si tingëllonte pyetja, por bëhej fjalë për faktin që nëse merrni dy kova druri të së njëjtës madhësi, njëra me ujë të nxehtë, tjetra me të ftohtë (me një temperaturë të treguar saktësisht) dhe i vendosni në një mjedis me një temperaturë të caktuar, cili do të A do të ngrijnë më shpejt? Sigurisht, përgjigja u sugjerua menjëherë - një kovë me ujë të ftohtë, por ne menduam se ishte shumë e thjeshtë. Por kjo nuk mjaftoi për të dhënë një përgjigje të plotë, ne duhej ta vërtetonim atë nga pikëpamja kimike. Me gjithë mendimet dhe kërkimet e mia, nuk arrita të arrij në një përfundim logjik. Madje vendosa ta anashkaloj këtë mësim atë ditë, kështu që nuk e mësova kurrë zgjidhjen e kësaj gjëegjëze.
Kaluan vite dhe mësova shumë mite të përditshme për pikën e vlimit dhe pikën e ngrirjes së ujit, dhe një mit thoshte: "Uji i nxehtë ngrin më shpejt". Shikova shumë faqe interneti, por informacioni ishte shumë kontradiktor. Dhe këto ishin vetëm opinione, të pabazuara nga pikëpamja shkencore. Dhe vendosa të bëj eksperimentin tim. Meqenëse nuk gjeta kova druri, përdora frigoriferin, sobën, pak ujë dhe një termometër dixhital. Unë do t'ju tregoj për rezultatet e përvojës sime pak më vonë. Së pari, unë do të ndaj me ju disa argumente interesante për ujin:
Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Shumica e ekspertëve thonë se uji i ftohtë ngrin më shpejt se uji i nxehtë. Por një fenomen qesharak (i ashtuquajturi efekti Memba), për arsye të panjohura, dëshmon të kundërtën: uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Një nga disa shpjegime është procesi i avullimit: nëse uji shumë i nxehtë vendoset në një mjedis të ftohtë, uji do të fillojë të avullojë (sasia e mbetur e ujit do të ngrijë më shpejt). Dhe sipas ligjeve të kimisë, ky nuk është aspak një mit, dhe me shumë mundësi kjo është ajo që mësuesi donte të dëgjonte nga ne.
Uji i zier ngrin më shpejt se uji i rubinetit. Pavarësisht shpjegimit të mëparshëm, disa ekspertë argumentojnë se uji i zier që është ftohur në temperaturën e dhomës duhet të ngrijë më shpejt sepse zierja zvogëlon sasinë e oksigjenit.
Uji i ftohtë vlon më shpejt se uji i nxehtë. Nëse uji i nxehtë ngrin më shpejt, atëherë ndoshta uji i ftohtë vlon më shpejt! Kjo është në kundërshtim me sensin e përbashkët dhe shkencëtarët thonë se kjo thjesht nuk mund të jetë. Uji i nxehtë i rubinetit në fakt duhet të vlojë më shpejt se uji i ftohtë. Por përdorimi i ujit të nxehtë për të zier nuk kursen energji. Mund të përdorni më pak gaz ose dritë, por ngrohësi i ujit do të përdorë të njëjtën sasi energjie të nevojshme për të ngrohur ujin e ftohtë. (Me energjinë diellore situata është pak më ndryshe). Si rezultat i ngrohjes së ujit nga ngrohësi i ujit, mund të shfaqet sediment, kështu që uji do të marrë më shumë kohë për t'u ngrohur.
Nëse shtoni kripë në ujë, ai do të vlojë më shpejt. Kripa rrit pikën e vlimit (dhe në përputhje me rrethanat ul pikën e ngrirjes - kjo është arsyeja pse disa amvise shtojnë pak kripë guri në akulloren e tyre). Por në këtë rast na intereson një pyetje tjetër: sa kohë do të vlojë uji dhe nëse pika e vlimit në këtë rast mund të rritet mbi 100°C). Pavarësisht se çfarë thonë librat e gatimit, shkencëtarët thonë se sasia e kripës që shtojmë në ujin e vluar nuk është e mjaftueshme për të ndikuar në kohën ose temperaturën e vlimit.
Por ja çfarë kam marrë:
Ujë i ftohtë: Kam përdorur tre gota qelqi 100 ml me ujë të pastruar: një gotë me temperaturë dhome (72°F/22°C), një me ujë të nxehtë (115°F/46°C) dhe një me ujë të zier (212 °F/100°C). Të tre gotat i vendosa në frigorifer në -18°C. Dhe meqenëse e dija që uji nuk do të shndërrohej menjëherë në akull, përcaktova shkallën e ngrirjes duke përdorur një "noton prej druri". Kur shkopi i vendosur në qendër të gotës nuk preku më bazën, e konsideroja ujin të ngrirë. I kontrolloja syzet çdo pesë minuta. Dhe cilat janë rezultatet e mia? Uji në gotën e parë ngriu pas 50 minutash. Uji i nxehtë ngriu pas 80 minutash. Zier - pas 95 minutash. Gjetjet e mia: Duke pasur parasysh kushtet në frigorifer dhe ujin që përdora, nuk isha në gjendje të riprodhoja efektin Memba.
Provova këtë eksperiment edhe me ujë të zier më parë që ishte ftohur në temperaturën e dhomës. Ai ngriu brenda 60 minutave - prapë u desh më shumë se uji i ftohtë për t'u ngrirë.
Ujë i valuar: Mora një litër ujë në temperaturë ambienti dhe e vendosa në zjarr. Ka zier për 6 minuta. Më pas e ftova përsëri në temperaturën e dhomës dhe e shtova teksa ishte e nxehtë. Me të njëjtin zjarr, uji i nxehtë ziente për 4 orë e 30 minuta. Përfundim: Siç pritej, uji i nxehtë vlon shumë më shpejt.
Ujë i valuar (me kripë): Shtova 2 lugë të mëdha kripë gjelle për 1 litër ujë. Ai vloi për 6 minuta e 33 sekonda dhe siç tregoi termometri, arriti një temperaturë prej 102°C. Padyshim që kripa ndikon në pikën e vlimit, por jo shumë. Përfundim: kripa në ujë nuk ndikon shumë në temperaturën dhe kohën e vlimit. Sinqerisht e pranoj se kuzhina ime vështirë se mund të quhet laborator, dhe ndoshta përfundimet e mia kundërshtojnë realitetin. Ngrirësi im mund të mos e ngrijë ushqimin në mënyrë të barabartë. Syzet e mia prej qelqi mund të kenë pasur formë të çrregullt, etj. Por, pavarësisht se çfarë ndodh në laborator, kur bëhet fjalë për ngrirjen apo zierjen e ujit në kuzhinë, gjëja më e rëndësishme është sensi i shëndoshë.
lidhje me fakte interesante rreth ujit, të gjitha rreth ujit
siç sugjerohet në forumin forum.ixbt.com, ky efekt (efekti i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë) quhet "efekti Aristotle-Mpemba"
Ato. Uji i zier (i ftohur) ngrin më shpejt se uji "i papërpunuar".
Shumë studiues kanë paraqitur dhe po parashtrojnë versionet e tyre se pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Do të duket si një paradoks - në fund të fundit, për të ngrirë, uji i nxehtë së pari duhet të ftohet. Megjithatë, fakti mbetet fakt dhe shkencëtarët e shpjegojnë atë në mënyra të ndryshme.
Versionet kryesore
Për momentin, ekzistojnë disa versione që shpjegojnë këtë fakt:
- Për shkak se uji i nxehtë avullon më shpejt, vëllimi i tij zvogëlohet. Dhe ngrirja e një sasie më të vogël uji në të njëjtën temperaturë ndodh më shpejt.
- Ndarja e ngrirësit të frigoriferit ka një shtresë dëbore. Një enë me ujë të nxehtë shkrin borën poshtë. Kjo përmirëson kontaktin termik me ngrirësin.
- Ngrirja e ujit të ftohtë, ndryshe nga uji i nxehtë, fillon në krye. Në të njëjtën kohë, konvekcioni dhe rrezatimi i nxehtësisë, dhe, rrjedhimisht, humbja e nxehtësisë përkeqësohet.
- Uji i ftohtë përmban qendra kristalizimi - substanca të tretura në të. Nëse përmbajtja e tyre në ujë është e vogël, ngrirja është e vështirë, megjithëse në të njëjtën kohë, superftohja është e mundur - kur në temperatura nën zero ka një gjendje të lëngshme.
Edhe pse me drejtësi mund të themi se ky efekt nuk vërehet gjithmonë. Shumë shpesh, uji i ftohtë ngrin më shpejt se uji i nxehtë.
Në çfarë temperature ngrin uji
Pse ngrin uji fare? Ai përmban një sasi të caktuar të grimcave minerale ose organike. Këto mund të jenë, për shembull, grimca shumë të vogla rëre, pluhuri ose balte. Ndërsa temperatura e ajrit ulet, këto grimca janë qendrat rreth të cilave formohen kristalet e akullit.
Rolin e bërthamave të kristalizimit mund ta luajnë edhe flluskat e ajrit dhe çarjet në enën që përmban ujë. Shpejtësia e procesit të shndërrimit të ujit në akull ndikohet kryesisht nga numri i qendrave të tilla - nëse ka shumë prej tyre, lëngu ngrin më shpejt. Në kushte normale, me presion normal atmosferik, uji kthehet në gjendje të ngurtë nga lëngu në një temperaturë prej 0 gradë.
Thelbi i efektit Mpemba
Efekti Mpemba është një paradoks, thelbi i të cilit është se në rrethana të caktuara, uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Ky fenomen u vu re nga Aristoteli dhe Dekarti. Megjithatë, deri në vitin 1963, nxënësi tanzanian Erasto Mpemba përcaktoi se akullorja e nxehtë ngrin në një kohë më të shkurtër se akullorja e ftohtë. Këtë konkluzion e ka bërë teksa ka kryer një detyrë gatimi.
Ai duhej të shpërndante sheqerin në qumështin e zier dhe, pasi e kishte ftohur, ta vendoste në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte veçanërisht i zellshëm dhe filloi ta përfundonte me vonesë pjesën e parë të detyrës. Prandaj nuk priti që qumështi të ftohet dhe e futi të nxehtë në frigorifer. Ai u habit shumë kur ngriu edhe më shpejt se ai i shokëve të klasës, të cilët po e bënin punën në përputhje me teknologjinë e dhënë.
Ky fakt e interesoi shumë të riun dhe ai filloi eksperimentet me ujë të thjeshtë. Në vitin 1969, revista Edukimi fizik publikoi rezultatet e kërkimit nga Mpemba dhe profesor Dennis Osborne i Universitetit të Dar Es Salaam. Efektit që ata përshkruan iu dha emri Mpemba. Megjithatë, edhe sot nuk ka një shpjegim të qartë për fenomenin. Të gjithë shkencëtarët pajtohen se roli kryesor në këtë i përket dallimeve në vetitë e ujit të ftohtë dhe të nxehtë, por çfarë saktësisht nuk dihet.
Versioni i Singaporit
Fizikanët nga një prej universiteteve të Singaporit ishin gjithashtu të interesuar në pyetjen se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë? Një ekip studiuesish të udhëhequr nga Xi Zhang e shpjegoi këtë paradoks pikërisht nga vetitë e ujit. Të gjithë e dinë përbërjen e ujit nga shkolla - një atom oksigjeni dhe dy atome hidrogjeni. Oksigjeni në një farë mase i tërheq elektronet nga hidrogjeni, kështu që molekula është një lloj "magneti" i caktuar.
Si rezultat, disa molekula në ujë tërhiqen pak nga njëra-tjetra dhe bashkohen nga një lidhje hidrogjeni. Forca e saj është shumë herë më e ulët se një lidhje kovalente. Studiuesit nga Singapori besojnë se shpjegimi për paradoksin e Mpemba qëndron pikërisht në lidhjet hidrogjenore. Nëse molekulat e ujit vendosen shumë fort së bashku, atëherë një ndërveprim kaq i fortë midis molekulave mund të deformojë lidhjen kovalente në mes të vetë molekulës.
Por kur uji nxehet, molekulat e lidhura largohen pak nga njëra-tjetra. Si rezultat, relaksimi i lidhjeve kovalente ndodh në mes të molekulave me çlirimin e energjisë së tepërt dhe një kalim në një nivel më të ulët të energjisë. Kjo çon në faktin se uji i nxehtë fillon të ftohet me shpejtësi. Të paktën, këtë tregojnë llogaritjet teorike të kryera nga shkencëtarët nga Singapori.
Ngrirja e menjëhershme e ujit - 5 truke të pabesueshme: Video
Përshëndetje, të dashur dashamirës të fakteve interesante. Sot do të flasim me ju për. Por unë mendoj se pyetja e parashtruar në titull mund të duket thjesht absurde - por duhet gjithmonë të besohet në mënyrë të pandarë "mendimi i shëndoshë" famëkeq dhe jo një eksperiment testimi i vendosur rreptësisht. Le të përpiqemi të kuptojmë pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë?
Referencë historike
Se në çështjen e ngrirjes së ujit të ftohtë dhe të nxehtë, "jo gjithçka është e pastër" u përmend në veprat e Aristotelit, pastaj shënime të ngjashme bënë edhe F. Bacon, R. Descartes dhe J. Black. Në historinë e kohëve të fundit, këtij efekti i është dhënë emri "Paradoksi i Mpemba-s" - i quajtur pas një nxënësi nga Tanganyika, Erasto Mpemba, i cili i bëri të njëjtën pyetje një profesori të fizikës vizitore.
Pyetja e djalit nuk lindi nga askund, por nga vëzhgimet thjesht personale të procesit të ftohjes së përzierjeve të akullores në kuzhinë. Natyrisht, shokët e klasës që ishin të pranishëm atje, së bashku me mësuesin e shkollës, e bënë Mpemba për të qeshur - megjithatë, pas një testi eksperimental personalisht nga profesor D. Osborne, dëshira për të tallur Eraston u “avullua”. Për më tepër, Mpemba, së bashku me një profesor, botoi një përshkrim të hollësishëm të këtij efekti në Edukimin fizik në vitin 1969 - dhe që atëherë emri i lartpërmendur është fiksuar në literaturën shkencore.
Cili është thelbi i fenomenit?
Konfigurimi i eksperimentit është mjaft i thjeshtë: të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta, testohen enë identike me mure të hollë, që përmbajnë sasi rreptësisht të barabarta uji, që ndryshojnë vetëm në temperaturë. Enët ngarkohen në frigorifer, pas së cilës regjistrohet koha derisa të formohet akulli në secilën prej tyre. Paradoksi është se në një enë me një lëng fillimisht më të nxehtë kjo ndodh më shpejt.
Si e shpjegon fizika moderne këtë?
Paradoksi nuk ka një shpjegim universal, pasi disa procese paralele ndodhin së bashku, kontributi i të cilave mund të ndryshojë në varësi të kushteve specifike fillestare - por me një rezultat uniform:
- aftësia e një lëngu për të superftohur - fillimisht uji i ftohtë është më i prirur ndaj superftohjes, d.m.th. mbetet i lëngët kur temperatura e tij është tashmë nën pikën e ngrirjes
- ftohje e përshpejtuar - avulli nga uji i nxehtë shndërrohet në mikrokristale akulli, të cilat, kur bien mbrapa, përshpejtojnë procesin, duke punuar si një "këmbyes i jashtëm i nxehtësisë" shtesë.
- Efekti izolues - ndryshe nga uji i nxehtë, uji i ftohtë ngrin nga lart, gjë që çon në një ulje të transferimit të nxehtësisë nga konvekcioni dhe rrezatimi
Ka një sërë shpjegimesh të tjera (hera e fundit që Shoqëria Mbretërore Britanike e Kimisë mbajti një konkurs për hipotezën më të mirë ishte kohët e fundit, në 2012) - por ende nuk ka një teori të qartë për të gjitha rastet e kombinimeve të kushteve të hyrjes...
Uji- një substancë mjaft e thjeshtë nga pikëpamja kimike, megjithatë, ajo ka një numër të vetive të pazakonta që nuk pushojnë së mahnituri shkencëtarët. Më poshtë janë disa fakte që pak njerëz i dinë.
1. Cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë?
Le të marrim dy enë me ujë: në njërën hedhim ujë të nxehtë dhe në tjetrën ujë të ftohtë dhe i vendosim në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse logjikisht, fillimisht uji i ftohtë duhet të ishte kthyer në akull: në fund të fundit, uji i nxehtë fillimisht duhet të ftohet në temperaturën e ftohtë, dhe më pas të kthehet në akull, ndërsa uji i ftohtë nuk ka nevojë të ftohet. Pse po ndodh kjo?
Në vitin 1963, një student nga Tanzania i quajtur Erasto B. Mpemba, ndërsa ngrinte një përzierje akulloreje, vuri re se përzierja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e tij të fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: në kushte të caktuara, uji i nxehtë në fakt ngrin më shpejt se uji i ftohtë.
Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet " Efekti Mpemba" Vërtetë, shumë kohë para tij kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.
Shkencëtarët ende nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në superftohje, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose me efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.
2. Mund të ngrijë në çast
Të gjithë e dinë këtë ujë gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0°C... me disa përjashtime! Një shembull i një rasti të tillë është superftohja, e cila është vetia e ujit shumë të pastër për të mbetur i lëngshëm edhe kur ftohet në nivelin e ngrirjes. Ky fenomen është bërë i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra apo bërthama kristalizimi që mund të nxisin formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme edhe kur ftohet nën zero gradë Celsius.
Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (ndotës) ose një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet në gjendje të lëngshme. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni ujin e super-ftohur të shndërrohet menjëherë në akull.
Vini re se uji "i mbinxehur" gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet mbi pikën e tij të vlimit.
3. 19 gjendje ujore
Pa hezitim, emërtoni sa gjendje të ndryshme ka uji? Nëse jeni përgjigjur tre: të ngurtë, të lëngët, të gaztë, atëherë keni gabuar. Shkencëtarët dallojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit në formë të lëngshme dhe 14 gjendje në formë të ngrirë.
E mbani mend bisedën për ujin super të ftohtë? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 °C edhe uji më i pastër super i ftohtë do të kthehet papritur në akull. Çfarë do të ndodhë me uljen e mëtejshme të temperaturës? Në -120 °C, diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 °C ai shndërrohet në ujë "qelqko" ose "qelqor" - një substancë e ngurtë që nuk ka kristalin. strukturën.
4. Uji i befason fizikantët
Në nivelin molekular, uji është edhe më befasues. Në vitin 1995, një eksperiment i shpërndarjes së neutroneve i kryer nga shkencëtarët dha një rezultat të papritur: fizikanët zbuluan se neutronet që synonin molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.
Doli se me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë dhe në vend të kësaj formula kimike e ujit H2O, bëhet H1.5O!
5. Kujtesa e ujit
Alternativë për mjekësinë zyrtare homeopati thotë se një tretësirë e holluar e një ilaçi mund të ketë një efekt terapeutik në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë përveç molekulave të ujit. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur " kujtesa e ujit“, sipas të cilit uji në nivel molekular ka një “memorie” të substancës që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e tretësirës së përqendrimit origjinal pasi nuk ka mbetur asnjë molekulë e përbërësit në të.
Një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis nga Universiteti Queen's i Belfast-it, i cili kishte kritikuar parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë konceptin njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt. Pas së cilës, shkencëtarët deklaruan se ata ishin në gjendje të vërtetonin realitetin e efektit " kujtesa e ujit" Sidoqoftë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk sollën rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit " kujtesa e ujit"vazhdoni.
Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta për të cilat nuk folëm në këtë artikull. Për shembull, dendësia e ujit ndryshon në varësi të temperaturës (dendësia e akullit është më e vogël se dendësia e ujit); uji ka një tension mjaft të lartë sipërfaqësor; në gjendje të lëngët uji është një rrjet kompleks dhe dinamik në ndryshim të grupimeve të ujit dhe është sjellja e grupimeve që ndikon në strukturën e ujit etj.
Rreth këtyre dhe shumë veçorive të tjera të papritura ujë mund të lexohet në artikull " Vetitë anormale të ujit", me autor Martin Chaplin, profesor në Universitetin e Londrës.
Efekti Mpemba apo pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë? Efekti Mpemba (Mpemba Paradox) është një paradoks që thotë se uji i nxehtë në disa kushte ngrin më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse duhet të kalojë temperaturën e ujit të ftohtë gjatë procesit të ngrirjes. Ky paradoks është një fakt eksperimental që bie ndesh me idetë e zakonshme, sipas të cilave, në të njëjtat kushte, një trupi më të nxehtë i duhet më shumë kohë për t'u ftohur në një temperaturë të caktuar sesa një trup më pak i nxehtë për t'u ftohur në të njëjtën temperaturë. Ky fenomen u vu re në një kohë nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes, por ishte vetëm në vitin 1963 që nxënësi i shkollës tanzaniane Erasto Mpemba zbuloi se një përzierje e nxehtë akullore ngrin më shpejt se një e ftohtë. Si student në shkollën e mesme Magambi në Tanzani, Erasto Mpemba bëri punë praktike si kuzhinier. Ai duhej të bënte akullore të bërë në shtëpi - të ziente qumështin, të shpërndante sheqerin në të, ta ftohte në temperaturën e dhomës dhe më pas ta vendoste në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte një student veçanërisht i zellshëm dhe vonoi të përfundonte pjesën e parë të detyrës. Nga frika se nuk do t'ia dilte deri në fund të orës së mësimit, ai vendosi qumështin ende të nxehtë në frigorifer. Për habinë e tij, ai ngriu edhe më herët se qumështi i shokëve të tij, i përgatitur sipas teknologjisë së dhënë. Pas kësaj, Mpemba eksperimentoi jo vetëm me qumësht, por edhe me ujë të zakonshëm. Në çdo rast, tashmë si student në shkollën e mesme Mkwava, ai pyeti profesorin Dennis Osborne nga Kolegji Universitar në Dar Es Salaam (i ftuar nga drejtori i shkollës për të dhënë një leksion mbi fizikën për studentët) veçanërisht për ujin: "Nëse merrni dy enë identike me vëllime të barabarta uji në mënyrë që në njërën prej tyre uji të ketë temperaturë 35°C, dhe në tjetrën - 100°C dhe vendosini në ngrirje, pastaj në të dytën uji do të ngrijë më shpejt. Pse? Osborne u interesua për këtë çështje dhe së shpejti, në vitin 1969, ai dhe Mpemba publikuan rezultatet e eksperimenteve të tyre në revistën "Edukimi fizik". Që atëherë, efekti që ata zbuluan është quajtur efekti Mpemba. Deri më tani, askush nuk e di saktësisht se si ta shpjegojë këtë efekt të çuditshëm. Shkencëtarët nuk kanë një version të vetëm, megjithëse ka shumë. Gjithçka ka të bëjë me ndryshimin në vetitë e ujit të nxehtë dhe të ftohtë, por ende nuk është e qartë se cilat veti luajnë një rol në këtë rast: ndryshimi në superftohje, avullimi, formimi i akullit, konveksioni ose efekti i gazeve të lëngshëm në ujë në temperatura të ndryshme. Paradoksi i efektit Mpemba është se koha gjatë së cilës një trup ftohet në temperaturën e ambientit duhet të jetë proporcionale me ndryshimin e temperaturës midis këtij trupi dhe mjedisit. Ky ligj u krijua nga Njutoni dhe që atëherë është konfirmuar shumë herë në praktikë. Në këtë efekt, uji me temperaturë 100°C ftohet në temperaturën 0°C më shpejt se e njëjta sasi uji me temperaturë 35°C. Sidoqoftë, kjo nuk nënkupton ende një paradoks, pasi efekti Mpemba mund të shpjegohet brenda kornizës së fizikës së njohur. Këtu janë disa shpjegime për efektin Mpemba: Avullimi Uji i nxehtë avullohet më shpejt nga një enë, duke zvogëluar kështu vëllimin e tij dhe një vëllim më i vogël uji në të njëjtën temperaturë ngrin më shpejt. Uji i ngrohur në 100 C humbet 16% të masës së tij kur ftohet në 0 C. Efekti i avullimit është një efekt i dyfishtë. Së pari, masa e ujit që kërkohet për ftohje zvogëlohet. Dhe së dyti, temperatura zvogëlohet për shkak të faktit se nxehtësia e avullimit të kalimit nga faza e ujit në fazën e avullit zvogëlohet. Dallimi i temperaturës Për shkak të faktit se diferenca e temperaturës ndërmjet ujit të nxehtë dhe ajrit të ftohtë është më e madhe, prandaj shkëmbimi i nxehtësisë në këtë rast është më intensiv dhe uji i nxehtë ftohet më shpejt. Hipotermia Kur uji ftohet nën 0 C, ai nuk ngrin gjithmonë. Në disa kushte, ai mund t'i nënshtrohet superftohjes, duke vazhduar të mbetet i lëngshëm në temperatura nën ngrirje. Në disa raste uji mund të mbetet i lëngshëm edhe në temperaturën -20 C. Arsyeja e këtij efekti është se që të fillojnë të formohen kristalet e para të akullit nevojiten qendra të formimit të kristaleve. Nëse ato nuk janë të pranishme në ujin e lëngshëm, atëherë superftohja do të vazhdojë derisa temperatura të bjerë aq sa kristalet të fillojnë të formohen spontanisht. Kur të fillojnë të formohen në lëngun e tejftohur, ato do të fillojnë të rriten më shpejt, duke formuar akull të lagur, i cili do të ngrijë për të formuar akull. Uji i nxehtë është më i ndjeshëm ndaj hipotermisë, sepse ngrohja e tij largon gazrat dhe flluskat e tretura, të cilat nga ana tjetër mund të shërbejnë si qendra për formimin e kristaleve të akullit. Pse hipotermia bën që uji i nxehtë të ngrijë më shpejt? Në rastin e ujit të ftohtë që nuk është tepër i ftohur, ndodh si më poshtë. Në këtë rast, një shtresë e hollë akulli do të formohet në sipërfaqen e anijes. Kjo shtresë akulli do të veprojë si një izolues midis ujit dhe ajrit të ftohtë dhe do të parandalojë avullimin e mëtejshëm. Shkalla e formimit të kristaleve të akullit në këtë rast do të jetë më e ulët. Në rastin e ujit të nxehtë që i nënshtrohet superftohjes, uji i superftohur nuk ka një shtresë sipërfaqësore mbrojtëse akulli. Prandaj, ai humbet nxehtësinë shumë më shpejt përmes majës së hapur. Kur procesi i superftohjes përfundon dhe uji ngrin, humbet shumë më shumë nxehtësi dhe për këtë arsye formohet më shumë akull. Shumë studiues të këtij efekti e konsiderojnë hipoterminë si faktorin kryesor në rastin e efektit Mpemba. Konvekcioni Uji i ftohtë fillon të ngrijë nga lart, duke përkeqësuar në këtë mënyrë proceset e rrezatimit të nxehtësisë dhe konvekcionit, dhe rrjedhimisht humbjen e nxehtësisë, ndërsa uji i nxehtë fillon të ngrijë nga poshtë. Ky efekt shpjegohet nga një anomali në densitetin e ujit. Uji ka një densitet maksimal në 4 C. Nëse e ftohni ujin në 4 C dhe e vendosni në një temperaturë më të ulët, shtresa sipërfaqësore e ujit do të ngrijë më shpejt. Për shkak se ky ujë është më pak i dendur se uji në një temperaturë prej 4 C, ai do të mbetet në sipërfaqe, duke formuar një shtresë të hollë të ftohtë. Në këto kushte, në sipërfaqen e ujit brenda një kohe të shkurtër do të formohet një shtresë e hollë akulli, por kjo shtresë akulli do të shërbejë si izolues, duke mbrojtur shtresat e poshtme të ujit, të cilat do të qëndrojnë në temperaturën 4 C. Prandaj, procesi i mëtejshëm i ftohjes do të jetë më i ngadalshëm. Në rastin e ujit të nxehtë, situata është krejtësisht e ndryshme. Shtresa sipërfaqësore e ujit do të ftohet më shpejt për shkak të avullimit dhe një ndryshimi më të madh të temperaturës. Përveç kësaj, shtresat e ujit të ftohtë janë më të dendura se shtresat e ujit të nxehtë, kështu që shtresa e ujit të ftohtë do të zhytet, duke e ngritur shtresën e ujit të ngrohtë në sipërfaqe. Ky qarkullim i ujit siguron një rënie të shpejtë të temperaturës. Por pse ky proces nuk arrin një pikë ekuilibri? Për të shpjeguar efektin Mpemba nga ky këndvështrim i konvekcionit, do të ishte e nevojshme të supozohet se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit janë të ndara dhe vetë procesi i konvekcionit vazhdon pasi temperatura mesatare e ujit të bjerë nën 4 C. Megjithatë, nuk ka të dhëna eksperimentale që do të vërtetonin këtë hipotezë se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit ndahen nga procesi i konvekcionit. Gazrat e tretur në ujë Uji gjithmonë përmban gazra të tretur në të - oksigjen dhe dioksid karboni. Këto gazra kanë aftësinë të zvogëlojnë pikën e ngrirjes së ujit. Kur uji nxehet, këto gazra lirohen nga uji sepse tretshmëria e tyre në ujë është më e ulët në temperatura të larta. Prandaj, kur uji i nxehtë ftohet, ai gjithmonë përmban më pak gazra të tretur sesa në ujin e ftohtë të pa ngrohur. Prandaj, pika e ngrirjes së ujit të nxehtë është më e lartë dhe ngrin më shpejt. Ky faktor ndonjëherë konsiderohet si kryesori në shpjegimin e efektit Mpemba, megjithëse nuk ka të dhëna eksperimentale që konfirmojnë këtë fakt. Përçueshmëria termike Ky mekanizëm mund të luajë një rol të rëndësishëm kur uji vendoset në ngrirësin e ndarjes së frigoriferit në kontejnerë të vegjël. Në këto kushte, është vërejtur se një enë me ujë të nxehtë shkrin akullin në frigoriferin poshtë, duke përmirësuar kështu kontaktin termik me murin e ngrirësit dhe përçueshmërinë termike. Si rezultat, nxehtësia largohet nga një enë me ujë të nxehtë më shpejt sesa nga një e ftohtë. Nga ana tjetër, një enë me ujë të ftohtë nuk e shkrin borën poshtë. Të gjitha këto (si dhe të tjera) kushte u studiuan në shumë eksperimente, por një përgjigje e qartë për pyetjen - cilat prej tyre ofrojnë një riprodhim qind për qind të efektit Mpemba - nuk u mor kurrë. Për shembull, në vitin 1995, fizikani gjerman David Auerbach studioi efektin e ujit superftohës në këtë efekt. Ai zbuloi se uji i nxehtë, duke arritur në një gjendje super të ftohur, ngrin në një temperaturë më të lartë se uji i ftohtë, dhe për rrjedhojë më shpejt se ky i fundit. Por uji i ftohtë arrin një gjendje të superftohjes më shpejt se uji i nxehtë, duke kompensuar kështu vonesën e mëparshme. Për më tepër, rezultatet e Auerbach kundërshtuan të dhënat e mëparshme se uji i nxehtë ishte në gjendje të arrinte superftohje më të madhe për shkak të më pak qendrave të kristalizimit. Kur uji nxehet, prej tij hiqen gazrat e tretura në të dhe kur zihet, precipitojnë disa kripëra të tretura në të. Tani për tani, vetëm një gjë mund të thuhet - riprodhimi i këtij efekti varet ndjeshëm nga kushtet në të cilat kryhet eksperimenti. Pikërisht sepse nuk riprodhohet gjithmonë. O. V. Mosin
