Hangi suyun daha hızlı, sıcak mı yoksa soğuk mu donacağını etkileyen birçok faktör vardır, ancak sorunun kendisi biraz tuhaf görünmektedir. Bunun anlamı, fizikten de bilindiği gibi, sıcak suyun buza dönüşmesi için karşılaştırılan soğuk suyun sıcaklığına kadar soğuması için hala zamana ihtiyacı olmasıdır. Soğuk su bu aşamayı atlayabilir ve buna bağlı olarak zaman kazanır.

Ancak kuzey enlemlerinde yaşayan herhangi biri, dışarıda soğukta hangi suyun daha hızlı donduğu - soğuk veya sıcak - sorusunun cevabını bilir. Aslında bilimsel olarak, her durumda soğuk suyun daha hızlı donacağı ortaya çıktı.

1963'te okul çocuğu Erasto Mpemba'nın yaklaştığı fizik öğretmeni, gelecekteki dondurmanın soğuk karışımının donmasının benzer ama sıcak olandan neden daha uzun sürdüğünü açıklama talebiyle aynı şeyi düşündü.

“Bu evrensel fizik değil, bir çeşit Mpemba fiziği”

O zamanlar öğretmen buna sadece güldü, ancak bir zamanlar Erasto'nun çalıştığı okulu ziyaret eden fizik profesörü Deniss Osborne, böyle bir etkinin varlığını deneysel olarak doğruladı, ancak o zamanlar bunun için bir açıklama yoktu. 1969'da bu iki kişinin ortak makalesi popüler bir bilimsel dergide yayınlandı ve bu tuhaf etkiyi anlattı.

O zamandan beri, bu arada, hangi suyun daha hızlı donduğu sorusunun - sıcak mı yoksa soğuk mu - kendi adı var - Mpemba etkisi veya paradoks.

Soru uzun zamandır ortalıkta dolaşıyor

Doğal olarak böyle bir olay daha önce de yaşanmıştı ve diğer bilim adamlarının çalışmalarında da bahsedilmişti. Bu konuyla sadece okul çocuğu ilgilenmiyordu, Rene Descartes ve hatta Aristoteles de bir zamanlar bu konu üzerinde düşünmüştü.

Ancak bu paradoksu çözecek yaklaşımları ancak yirminci yüzyılın sonunda aramaya başladılar.

Bir paradoksun ortaya çıkması için koşullar

Dondurmada olduğu gibi, deney sırasında donan sadece sade su değil. Hangi suyun daha hızlı donacağını (soğuk veya sıcak) tartışmaya başlamak için belirli koşulların mevcut olması gerekir. Bu sürecin gidişatını neler etkiler?

Şimdi ise 21. yüzyılda bu paradoksu açıklayabilecek çeşitli seçenekler öne sürülüyor. Hangi suyun daha hızlı donacağı, sıcak veya soğuk, buharlaşma oranının soğuk suya göre daha yüksek olmasına bağlı olabilir. Böylece hacmi azalır ve hacim azaldıkça donma süresi, başlangıçta aynı hacimde soğuk su aldığımıza göre daha kısa olur.

Dondurucunun buzunu çözeli uzun zaman oldu.

Hangi suyun daha hızlı donacağı ve bunun neden olacağı, deney için kullanılan buzdolabının dondurucusunda mevcut olabilecek kar tabakasından etkilenebilir. Hacimleri aynı olan ancak birinde sıcak su, diğerinde soğuk iki kap alırsanız, sıcak su içeren kap alttaki karı eritecek ve böylece termal seviyenin buzdolabının duvarı ile teması artacaktır. Bir kap soğuk su bunu yapamaz. Soğutucu bölmesinde böyle bir kar tabakası yoksa soğuk suyun daha hızlı donması gerekir.

Üst - alt

Ayrıca suyun daha hızlı (sıcak veya soğuk) donması olgusu da şu şekilde açıklanmaktadır. Belirli yasalara göre, soğuk su üst katmanlardan donmaya başlar, sıcak su ise tam tersini yapar - aşağıdan yukarıya doğru donmaya başlar. Üstünde soğuk bir tabaka bulunan ve yer yer buz oluşmuş olan soğuk suyun, konveksiyon ve termal radyasyon süreçlerini kötüleştirdiği, böylece hangi suyun daha hızlı donduğunu - soğuk veya sıcak - açıkladığı ortaya çıktı. Amatör deneylerden elde edilen fotoğraflar ektedir ve bu burada açıkça görülmektedir.

Isı yukarı doğru hızla dışarı çıkıyor ve orada çok soğuk bir katmanla karşılaşıyor. Isı yayılımı için serbest bir yol olmadığından soğutma işlemi zorlaşır. Sıcak suyun yolunda kesinlikle böyle bir engel yoktur. Hangisi daha hızlı donar - soğuk veya sıcak, olası sonucu belirleyen şey, herhangi bir suyun içinde belirli maddelerin çözünmüş olduğunu söyleyerek cevabı genişletebilirsiniz.

Sonucu etkileyen bir faktör olarak sudaki yabancı maddeler

Belirli maddelerin konsantrasyonlarının aynı olduğu aynı bileşime sahip su kullanmazsanız, soğuk suyun daha hızlı donması gerekir. Ancak çözünmüş kimyasal elementlerin yalnızca sıcak suda mevcut olduğu ve soğuk suyun bulunmadığı bir durum ortaya çıkarsa, sıcak suyun daha erken donma şansı vardır. Bu, sudaki çözünmüş maddelerin kristalleşme merkezleri oluşturmasıyla ve bu merkezlerin az sayıda olmasıyla suyun katı duruma dönüşmesinin zor olmasıyla açıklanmaktadır. Sıfırın altındaki sıcaklıklarda sıvı halde olması anlamında suyun aşırı soğutulması bile mümkündür.

Ancak görünüşe göre tüm bu versiyonlar bilim adamlarına tam olarak uymuyordu ve bu konu üzerinde çalışmaya devam ettiler. 2013 yılında Singapur'daki bir araştırmacı ekibi asırlık bir gizemi çözdüklerini söyledi.

Bir grup Çinli bilim adamı, bu etkinin sırrının, su molekülleri arasında hidrojen bağları adı verilen bağlarda depolanan enerji miktarında yattığını iddia ediyor.

Çinli bilim adamlarından cevap

Aşağıda, hangi suyun daha hızlı donduğunu (sıcak veya soğuk) anlamak için kimya hakkında biraz bilgi sahibi olmanız gerektiğini anlamak için bilgi verilmektedir. Bilindiği gibi kovalent bağlarla bir arada tutulan iki H (hidrojen) atomu ve bir O (oksijen) atomundan oluşur.

Ancak bir molekülün hidrojen atomları da komşu moleküllere, yani oksijen bileşenlerine çekilir. Hidrojen bağları adı verilen bu bağlardır.

Aynı zamanda su moleküllerinin birbirlerini itici etkiye sahip olduğunu da hatırlamakta fayda var. Bilim adamları, su ısıtıldığında molekülleri arasındaki mesafenin arttığını ve bunun itici güçler tarafından kolaylaştırıldığını belirtti. Soğuk halde moleküller arasında aynı mesafeyi işgal ederek esnedikleri ve daha fazla enerji arzına sahip oldukları söylenebilir. Su molekülleri birbirine yaklaşmaya başladığında yani soğuma meydana geldiğinde açığa çıkan bu enerji rezervidir. Sıcak suda daha fazla enerji rezervinin olduğu ve sıfırın altındaki sıcaklıklara soğutulduğunda daha fazla enerji salınımının, daha küçük bir enerji rezervine sahip olan soğuk suya göre daha hızlı gerçekleştiği ortaya çıktı. Peki hangi su daha hızlı donar - soğuk mu sıcak mı? Sokakta ve laboratuvarda Mpemba paradoksu meydana gelmeli ve sıcak su daha hızlı buza dönüşmelidir.

Ama soru hala açık

Bu çözümün yalnızca teorik bir onayı var - bunların hepsi güzel formüllerle yazılmış ve makul görünüyor. Ancak suyun daha hızlı (sıcak veya soğuk) donduğunu gösteren deneysel veriler pratik kullanıma sunulduğunda ve sonuçları sunulduğunda, Mpemba paradoksu sorununun kapandığı düşünülebilir.

1963 yılında Erasto Mpemba adlı Tanzanyalı bir öğrenci öğretmenine aptalca bir soru sordu: Dondurucusundaki sıcak dondurma neden soğuk olandan daha hızlı dondu?

Tanzanya'daki Magambi Lisesi öğrencisi olan Erasto Mpemba, aşçı olarak pratik çalışmalar yaptı. Ev yapımı dondurma yapması gerekiyordu - sütü kaynatın, içindeki şekeri çözün, oda sıcaklığına soğutun ve ardından donması için buzdolabına koyun. Görünüşe göre Mpemba pek çalışkan bir öğrenci değildi ve görevin ilk bölümünü tamamlamayı geciktirdi. Dersin sonuna yetişemeyeceğinden korktuğu için hala sıcak sütü buzdolabına koydu. Şaşırtıcı bir şekilde, yoldaşlarının verilen teknolojiye göre hazırlanan sütünden bile daha erken dondu.

Açıklama için fizik öğretmenine döndü ama öğrenciye sadece güldü ve şunları söyledi: "Bu evrensel fizik değil, Mpemba fiziği." Bundan sonra Mpemba sadece sütle değil aynı zamanda sıradan suyla da deneyler yaptı.

Her halükarda, zaten Mkwava Ortaokulunda bir öğrenci olarak, Dar Es Salaam'daki Üniversite Koleji'nden Profesör Dennis Osborne'a (öğrencilere fizik üzerine bir ders vermek üzere okul müdürü tarafından davet edilmiştir) özellikle su hakkında sorular sordu: "Eğer Eşit hacimde su içeren iki özdeş kap, birinde suyun sıcaklığı 35°C, diğerinde - 100°C olacak ve bunları dondurucuya koyun, ikincisinde su daha hızlı donacaktır. Neden?" Osborne bu konuyla ilgilenmeye başladı ve kısa süre sonra 1969'da o ve Mpemba deneylerinin sonuçlarını Fizik Eğitimi dergisinde yayınladılar. O zamandan beri keşfettikleri etkiye Mpemba etkisi adı verildi.

Bunun neden olduğunu bilmek ister misiniz? Sadece birkaç yıl önce bilim insanları bu olguyu açıklamayı başardılar...

Mpemba Etkisi (Mpemba Paradoksu), donma işlemi sırasında soğuk suyun sıcaklığını geçmesi gerekmesine rağmen, bazı koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu belirten bir paradokstur. Bu paradoks, aynı koşullar altında daha fazla ısıtılmış bir cismin belirli bir sıcaklığa soğuması için daha az ısıtılmış bir cismin aynı sıcaklığa soğuması için daha fazla zaman harcadığı şeklindeki alışılagelmiş fikirlerle çelişen deneysel bir gerçektir.

Bu olgu kendi zamanlarında Aristoteles, Francis Bacon ve Rene Descartes tarafından fark edilmişti. Şu ana kadar hiç kimse bu garip etkinin nasıl açıklanacağını tam olarak bilmiyor. Pek çok olmasına rağmen bilim adamlarının tek bir versiyonu yok. Her şey sıcak ve soğuk suyun özelliklerindeki farklılıkla ilgili, ancak bu durumda hangi özelliklerin rol oynadığı henüz belli değil: aşırı soğuma, buharlaşma, buz oluşumu, konveksiyon arasındaki fark veya sıvılaştırılmış gazların su üzerindeki etkisi farklı sıcaklıklar. Mpemba etkisinin paradoksu, bir cismin ortam sıcaklığına kadar soğuma süresinin, bu cisim ile çevre arasındaki sıcaklık farkıyla orantılı olması gerektiğidir. Bu yasa Newton tarafından oluşturuldu ve o zamandan beri pratikte birçok kez doğrulandı. Bu etkide sıcaklığı 100°C olan su, aynı miktardaki 35°C sıcaklıktaki sudan 0°C daha hızlı soğur.

O zamandan beri, farklı versiyonlar ifade edildi, bunlardan biri şuydu: Sıcak suyun bir kısmı önce basitçe buharlaşır, daha sonra daha az kaldığında su daha hızlı donar. Bu versiyon, sadeliği nedeniyle en popüler hale geldi, ancak bilim adamlarını tam olarak tatmin etmedi.

Şimdi kimyager Xi Zhang liderliğindeki Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden bir araştırmacı ekibi, sıcak suyun neden soğuk sudan daha hızlı donduğuna dair asırlık gizemi çözdüklerini söylüyor. Çinli uzmanların keşfettiği gibi işin sırrı, su molekülleri arasındaki hidrojen bağlarında depolanan enerji miktarında yatıyor.

Bildiğiniz gibi su molekülleri, parçacık düzeyinde elektron alışverişine benzeyen kovalent bağlarla bir arada tutulan bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. İyi bilinen bir başka gerçek, hidrojen atomlarının komşu moleküllerdeki oksijen atomlarına çekilmesidir - hidrojen bağları oluşur.

Aynı zamanda su molekülleri genel olarak birbirini iter. Singapurlu bilim adamları şunu fark etti: Su ne kadar sıcaksa, itici kuvvetlerdeki artış nedeniyle sıvının molekülleri arasındaki mesafe de o kadar büyük olur. Sonuç olarak hidrojen bağları gerilir ve dolayısıyla daha fazla enerji depolanır. Bu enerji su soğuduğunda açığa çıkar; moleküller birbirine yaklaşır. Ve bilindiği gibi enerjinin açığa çıkması soğutma anlamına gelir.

İşte bilim adamlarının öne sürdüğü varsayımlar:

Buharlaşma

Sıcak su kaptan daha hızlı buharlaşır, böylece hacmi azalır ve aynı sıcaklıkta daha küçük hacimli su daha hızlı donar. 100°C'ye ısıtılan su, 0°C'ye soğutulduğunda kütlesinin %16'sını kaybeder. Buharlaşma etkisi ikili bir etkidir. Öncelikle soğutma için gerekli olan su kütlesi azalır. İkincisi buharlaşma nedeniyle sıcaklığı düşer.

Sıcaklık farkı

Sıcak su ile soğuk hava arasındaki sıcaklık farkının daha fazla olması nedeniyle bu durumda ısı alışverişi daha yoğun olur ve sıcak su daha hızlı soğur.

Hipotermi
Su 0°C'nin altına soğuduğunda her zaman donmaz. Bazı koşullar altında aşırı soğumaya maruz kalabilir ve donma noktasının altındaki sıcaklıklarda sıvı kalmaya devam edebilir. Bazı durumlarda su –20°C sıcaklıkta bile sıvı halde kalabilir. Bu etkinin nedeni ilk buz kristallerinin oluşmaya başlayabilmesi için kristal oluşum merkezlerine ihtiyaç duyulmasıdır. Sıvı suda mevcut değillerse, sıcaklık kristallerin kendiliğinden oluşmasına yetecek kadar düşene kadar aşırı soğutma devam edecektir. Aşırı soğutulmuş sıvı içinde oluşmaya başladıklarında, daha hızlı büyümeye başlayacaklar, sulu kar buzları oluşturacaklar ve bu da donarak buz oluşturacak. Sıcak su, hipotermiye en duyarlı olanıdır çünkü ısıtmak, çözünmüş gazları ve kabarcıkları uzaklaştırır ve bunlar da buz kristallerinin oluşumu için merkez görevi görebilir. Hipotermi neden sıcak suyun daha hızlı donmasına neden olur? Aşırı soğutulmamış soğuk su durumunda aşağıdakiler meydana gelir: yüzeyinde, su ile soğuk hava arasında yalıtkan görevi gören ve böylece daha fazla buharlaşmayı önleyen ince bir buz tabakası oluşur. Bu durumda buz kristallerinin oluşma hızı daha düşük olacaktır. Aşırı soğutmaya maruz kalan sıcak su durumunda, aşırı soğutulmuş suyun koruyucu bir yüzey buz tabakası yoktur. Bu nedenle üstü açık olduğundan ısıyı çok daha hızlı kaybeder. Aşırı soğutma işlemi sona erdiğinde ve su donduğunda çok daha fazla ısı kaybı olur ve dolayısıyla daha fazla buz oluşur. Bu etkiyi araştıran birçok araştırmacı, Mpemba etkisi durumunda hipoterminin ana faktör olduğunu düşünmektedir.
Konveksiyon

Soğuk su yukarıdan donmaya başlar, böylece ısı radyasyonu ve konveksiyon süreçleri ve dolayısıyla ısı kaybı kötüleşir, sıcak su ise aşağıdan donmaya başlar. Bu etki su yoğunluğundaki bir anormallik ile açıklanmaktadır. Suyun maksimum yoğunluğu 4°C'dedir. Suyu 4°C'ye soğutup daha düşük sıcaklıktaki bir ortama koyarsanız suyun yüzey tabakası daha hızlı donacaktır. Bu su, 4°C'deki sudan daha az yoğun olduğundan yüzeyde kalacak ve ince, soğuk bir tabaka oluşturacaktır. Bu koşullar altında kısa sürede su yüzeyinde ince bir buz tabakası oluşacaktır ancak bu buz tabakası yalıtkan görevi görerek suyun alt katmanlarını koruyacak ve 4°C sıcaklıkta kalacaktır. . Bu nedenle daha sonraki soğutma işlemi daha yavaş olacaktır. Sıcak su durumunda ise durum tamamen farklıdır. Buharlaşma ve daha büyük sıcaklık farkı nedeniyle suyun yüzey tabakası daha hızlı soğuyacaktır. Ayrıca soğuk su katmanları sıcak su katmanlarından daha yoğun olduğundan soğuk su katmanı aşağıya doğru çökerek sıcak su katmanını yüzeye çıkarır. Suyun bu dolaşımı sıcaklığın hızlı bir şekilde düşmesini sağlar. Peki bu süreç neden bir denge noktasına ulaşmıyor? Mpemba etkisini konveksiyon açısından açıklamak için, suyun soğuk ve sıcak katmanlarının ayrıldığını ve ortalama su sıcaklığı 4°C'nin altına düştükten sonra konveksiyon sürecinin devam ettiğini varsaymak gerekir. Ancak soğuk ve sıcak su katmanlarının konveksiyon süreciyle ayrıldığına dair bu hipotezi destekleyecek hiçbir deneysel kanıt yoktur.

Suda çözünmüş gazlar

Su her zaman içinde çözünmüş gazlar içerir - oksijen ve karbondioksit. Bu gazlar suyun donma noktasını düşürme özelliğine sahiptir. Su ısıtıldığında bu gazlar sudan açığa çıkar çünkü yüksek sıcaklıklarda sudaki çözünürlükleri daha düşüktür. Bu nedenle sıcak su soğuduğunda, ısıtılmamış soğuk suya göre her zaman daha az çözünmüş gaz içerir. Bu nedenle ısıtılan suyun donma noktası daha yüksek olur ve daha hızlı donar. Bu gerçeği doğrulayan hiçbir deneysel veri olmamasına rağmen, bu faktör bazen Mpemba etkisini açıklamada ana faktör olarak kabul edilir.

Termal iletkenlik

Bu mekanizma, suyun buzdolabı bölmesi dondurucusuna küçük kaplar halinde yerleştirilmesi durumunda önemli bir rol oynayabilir. Bu koşullar altında, bir sıcak su kabının alttaki dondurucudaki buzu erittiği, böylece dondurucu duvarı ile termal teması ve termal iletkenliği iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, sıcak su kabındaki ısı, soğuk olana göre daha hızlı uzaklaştırılır. Buna karşılık, soğuk su içeren bir kap, altındaki karı eritmez. Tüm bu koşullar (aynı zamanda diğer) birçok deneyde incelendi, ancak hangisinin Mpemba etkisinin% 100 yeniden üretilmesini sağladığı sorusuna kesin bir cevap hiçbir zaman elde edilemedi. Örneğin 1995 yılında Alman fizikçi David Auerbach, aşırı soğuyan suyun bu etki üzerindeki etkisini inceledi. Aşırı soğumuş bir duruma ulaşan sıcak suyun, soğuk sudan daha yüksek bir sıcaklıkta donduğunu ve dolayısıyla soğuk sudan daha hızlı donduğunu keşfetti. Ancak soğuk su, aşırı soğumuş duruma sıcak sudan daha hızlı ulaşır ve böylece önceki gecikmeyi telafi eder. Ayrıca Auerbach'ın sonuçları, daha az kristalizasyon merkezi nedeniyle sıcak suyun daha fazla aşırı soğutma elde edebildiğine dair önceki verilerle çelişiyordu. Su ısıtıldığında içinde çözünen gazlar uzaklaştırılır, kaynatıldığında ise içinde çözünen bazı tuzlar çöker. Şimdilik tek bir şey söylenebilir: Bu etkinin yeniden üretilmesi büyük ölçüde deneyin yapıldığı koşullara bağlıdır. Tam da her zaman çoğaltılmadığı için.

Ama dedikleri gibi, en olası sebep.

Kimyagerlerin ön baskı web sitesi arXiv.org'da bulunabilecek makalelerinde yazdıklarına göre, hidrojen bağları sıcak suda soğuk suya göre daha güçlüdür. Böylece, sıcak suyun hidrojen bağlarında daha fazla enerjinin depolandığı ortaya çıkıyor, bu da sıfırın altındaki sıcaklıklara soğutulduğunda daha fazla enerjinin açığa çıktığı anlamına geliyor. Bu nedenle sertleşme daha hızlı gerçekleşir.

Bugüne kadar bilim insanları bu gizemi yalnızca teorik olarak çözdüler. Kendi versiyonlarına dair ikna edici kanıtlar sunduklarında, sıcak suyun neden soğuk sudan daha hızlı donduğu sorusu kapanmış sayılabilir.

Kulağa inanılmaz gelse de bu doğrudur, çünkü donma işlemi sırasında önceden ısıtılmış suyun soğuk suyun sıcaklığını geçmesi gerekir. Bu arada bu etki yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin buz pateni pistleri ve kaydıraklar kışın soğuk su yerine sıcak suyla doldurulur. Uzmanlar, sürücülerin kışın yıkama haznesine sıcak değil soğuk su dökmelerini tavsiye ediyor. Paradoks dünyada “Mpemba Etkisi” olarak biliniyor.

Bu fenomenden bir zamanlar Aristoteles, Francis Bacon ve Rene Descartes bahsetmişti, ancak fizik profesörleri ancak 1963'te buna dikkat etti ve onu incelemeye çalıştı. Her şey Tanzanyalı öğrenci Erasto Mpemba'nın dondurma yapmak için kullandığı şekerli sütün önceden ısıtıldığında daha hızlı donduğunu fark etmesi ve sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu varsaymasıyla başladı. Açıklama için fizik öğretmenine döndü ama öğrenciye sadece güldü ve şunları söyledi: "Bu evrensel fizik değil, Mpemba fiziği."

Şans eseri Dar es Salaam Üniversitesi'nden fizik profesörü Dennis Osborne bir gün okulu ziyaret etti. Ve Mpemba aynı soruyla ona döndü. Profesör daha az şüpheciydi, daha önce görmediği bir şey hakkında hüküm veremeyeceğini söyledi ve eve döndüğünde ekibinden uygun deneyler yapmalarını istedi. Çocuğun sözlerini doğruluyor gibiydiler. Her halükarda, 1969'da Osborne, İngiliz dergisinde Mpemba ile çalışmaktan bahsetti. FizikEğitim" Aynı yıl, Kanada Ulusal Araştırma Konseyi'nden George Kell, bu fenomeni İngilizce olarak açıklayan bir makale yayınladı. AmerikanGünlükile ilgiliFizik».

Bu paradoksun birkaç olası açıklaması vardır:

Sıcak su daha hızlı buharlaşır, böylece hacmi azalır ve aynı sıcaklıkta daha küçük hacimli su daha hızlı donar. Hava geçirmez kaplarda soğuk suyun daha hızlı donması gerekir.
Kar astarının mevcudiyeti. Sıcak su içeren bir kap, altındaki karı eriterek soğutma yüzeyiyle termal teması iyileştirir. Soğuk su alttaki karı eritmez. Kar astarı yoksa soğuk su kabının daha hızlı donması gerekir.
Soğuk su yukarıdan donmaya başlar, böylece ısı radyasyonu ve konveksiyon süreçleri ve dolayısıyla ısı kaybı kötüleşir, sıcak su ise aşağıdan donmaya başlar. Kaplarda suyun ilave mekanik karıştırılmasıyla soğuk suyun daha hızlı donması gerekir.
Soğutulmuş suda kristalleşme merkezlerinin varlığı - içinde çözünmüş maddeler. Soğuk sudaki bu tür merkezlerin az olması nedeniyle suyun buza dönüşümü zordur ve sıfırın altındaki bir sıcaklığa sahip sıvı halde kaldığında aşırı soğutma bile mümkündür.

Geçtiğimiz günlerde başka bir açıklama daha yayınlandı. Washington Üniversitesi'nden Dr. Jonathan Katz bu olguyu inceledi ve suda çözünen ve ısıtıldığında çöken maddelerin bu olayda önemli bir rol oynadığı sonucuna vardı.
Dr. Katz, çözünen maddeler derken, sert suda bulunan kalsiyum ve magnezyum bikarbonatları kastediyor. Su ısıtıldığında bu maddeler çöker ve su “yumuşak” hale gelir. Hiç ısıtılmamış su bu yabancı maddeleri içerir ve "serttir". Donup buz kristalleri oluştuğunda sudaki yabancı maddelerin konsantrasyonu 50 kat artar. Bu nedenle suyun donma noktası düşer.

Bu açıklama bana inandırıcı gelmiyor çünkü... Etkinin sert su ile değil, dondurma ile yapılan deneylerde keşfedildiğini unutmamalıyız. Büyük olasılıkla, olgunun nedenleri kimyasal değil termofizikseldir.

Şu ana kadar Mpemba paradoksuna ilişkin net bir açıklama elde edilemedi. Bazı bilim adamlarının bu paradoksu dikkate değer bulmadığını söylemek gerekir. Ancak basit bir okul çocuğunun, merakı ve azmi sayesinde fiziksel etkiyi fark etmesi ve popülerlik kazanması oldukça ilginçtir.

Şubat 2014'te eklendi

Not 2011 yılında yazıldı. O zamandan beri Mpemba etkisine ilişkin yeni çalışmalar ve onu açıklamaya yönelik yeni girişimler ortaya çıktı. Böylece, 2012 yılında Büyük Britanya Kraliyet Kimya Derneği, bilimsel gizem "Mpemba Etkisi"ni çözmek için 1000 poundluk bir ödül fonuyla uluslararası bir yarışma duyurdu. Son tarih 30 Temmuz 2012 olarak belirlendi. Kazanan, Zagreb Üniversitesi laboratuvarından Nikola Bregoviç oldu. Bu olguyu açıklamaya yönelik önceki girişimleri analiz ettiği çalışmasını yayınladı ve bunların ikna edici olmadığı sonucuna vardı. Önerdiği model suyun temel özelliklerine dayanmaktadır. İlgilenenler http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp adresinde iş bulabilirler.

Araştırma bununla bitmedi. 2013 yılında Singapurlu fizikçiler Mepemba etkisinin nedenini teorik olarak kanıtladılar. Çalışma http://arxiv.org/abs/1310.6514 adresinde bulunabilir.

Sitedeki ilgili makaleler:

Bu bölümdeki diğer makaleler

Yorumlar:

Alexey Mişnev. , 06.10.2012 04:14

Sıcak su neden daha hızlı buharlaşır? Bilim adamları bir bardak sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu pratik olarak kanıtladılar. Bilim adamları bu fenomeni açıklayamıyorlar çünkü fenomenin özünü anlamadılar: sıcak ve soğuk! Isı ve soğuk, uzaydan ve dünyanın merkezinden hareket eden manyetik dalgaların karşıt sıkıştırması şeklinde Madde parçacıklarının etkileşimine neden olan fiziksel bir duyudur. Bu nedenle, potansiyel fark ne kadar büyük olursa, bu manyetik voltaj, bir dalganın diğerine karşı nüfuz etmesi yöntemiyle enerji değişimi o kadar hızlı gerçekleşir. Yani difüzyon yöntemiyle! Makaleme yanıt olarak bir rakip şöyle yazıyor: 1) “..Sıcak su DAHA HIZLI buharlaşır, daha az olur, dolayısıyla daha hızlı donar” Soru! Hangi enerji suyun daha hızlı buharlaşmasına neden olur? 2) Makalem, rakibin karşı argüman olarak belirttiği tahta bir tekneyle değil, bir bardakla ilgili. Bu doğru değil! “DOĞADA SU NEDEN BUHARLAŞIR?” sorusuna cevap veriyorum. Her zaman dünyanın merkezinden uzaya doğru hareket eden manyetik dalgalar, (uzaydan her zaman dünyanın merkezine doğru hareket eden) manyetik sıkıştırma dalgalarının karşı basıncını yenerek aynı zamanda uzaya doğru hareket ettiğinden su parçacıklarını da püskürtür. hacim olarak artarlar. Yani genişliyorlar! Manyetik sıkıştırma dalgaları aşılırsa, bu su buharları sıkıştırılır (yoğunlaşır) ve bu manyetik sıkıştırma kuvvetlerinin etkisi altında su, yağış şeklinde yeryüzüne geri döner! Samimi olarak! Alexey Mişnev. 6 Ekim 2012.

Alexey Mişnev. , 06.10.2012 04:19

Sıcaklık nedir? Sıcaklık, sıkıştırma ve genleşme enerjisine sahip manyetik dalgaların elektromanyetik gerilim derecesidir. Bu enerjilerin dengede olması durumunda cismin veya maddenin sıcaklığı sabit durumdadır. Bu enerjilerin denge durumu bozulduğunda genleşme enerjisine doğru cismin veya maddenin uzayın hacmi artar. Manyetik dalgaların enerjisi sıkıştırma yönünde aşarsa, cismin veya maddenin uzayın hacmi azalır. Elektromanyetik voltajın derecesi, referans cismin genişleme veya sıkışma derecesine göre belirlenir. Alexey Mişnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, sıcaklık kavramı hakkındaki düşüncelerinizi ortaya koyan bir makaleden bahsediyorsunuz. Ama kimse okumadı. Lütfen bana bir bağlantı verin. Genel olarak fizik hakkındaki görüşleriniz çok benzersiz. "Bir referans cismin elektromanyetik genişlemesini" hiç duymadım.

Yuri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Bunun moleküller arası rezonanstan ve bunun ürettiği moleküller arasındaki son derece çekici çekimden kaynaklandığına dair bir hipotez öne sürülüyor. Soğuk suda moleküller farklı frekanslarda düzensiz bir şekilde hareket eder ve titreşir. Su ısıtıldığında, titreşim frekansı arttıkça aralıkları daralır (sıvı sıcak sudan buharlaşma noktasına kadar olan frekans farkı azalır), moleküllerin titreşim frekansları birbirine yaklaşır ve bunun sonucunda rezonans oluşur. moleküller arasında gerçekleşir. Soğuma sırasında bu rezonans kısmen korunur ve hemen kaybolmaz. Rezonans halindeki iki gitar telinden birine basmayı deneyin. Şimdi bırakın - tel tekrar titremeye başlayacak, rezonans titreşimlerini geri kazanacaktır. Benzer şekilde, donmuş suda, soğutulmuş dış moleküller titreşimlerin genliğini ve frekansını kaybetmeye çalışır, ancak kabın içindeki "sıcak" moleküller titreşimleri "geri çeker", vibratör, dıştakiler ise rezonatör görevi görür. Vibratörler ve rezonatörler arasında güçlü bir çekicilik* ortaya çıkar. Ponderomotiv kuvveti moleküllerin kinetik enerjisinin (sadece titreşmekle kalmayıp aynı zamanda doğrusal olarak hareket eden) neden olduğu kuvvetten daha büyük olduğunda, hızlandırılmış kristalleşme meydana gelir - "Mpemba Etkisi". Ponderomotiv bağlantısı çok dengesizdir, Mpemba etkisi güçlü bir şekilde ilgili tüm faktörlere bağlıdır: dondurulacak suyun hacmi, ısıtılmasının doğası, donma koşulları, sıcaklık, konveksiyon, ısı değişim koşulları, gaz doygunluğu, soğutma ünitesinin titreşimi , havalandırma, yabancı maddeler, buharlaşma vb. Muhtemelen aydınlatmadan bile... Bu nedenle, etkinin birçok açıklaması vardır ve bazen yeniden üretilmesi zordur. Aynı "rezonans" nedeniyle, kaynamış su kaynatılmamış sudan daha hızlı kaynar - rezonans, su moleküllerinin titreşimlerinin yoğunluğunu kaynamadan sonra bir süre korur (soğuma sırasındaki enerji kaybı esas olarak doğrusal hareketin kinetik enerjisinin kaybından kaynaklanır) moleküller). Yoğun ısıtma sırasında, vibratör molekülleri donmaya kıyasla rezonatör molekülleri ile rol değiştirir - vibratörlerin frekansı rezonatörlerin frekansından daha azdır, bu da moleküller arasında çekimin değil, itmenin meydana geldiği anlamına gelir, bu da başka bir duruma geçişi hızlandırır toplama (çift).

Vlad, 12/11/2012 03:42

Beynimi kırdı...

Anton, 02/04/2013 02:02

1. Bu aşırı hareketli çekim gerçekten ısı transfer sürecini etkileyecek kadar büyük mü? 2. Bu, tüm cisimler belirli bir sıcaklığa ısıtıldığında yapısal parçacıklarının rezonansa girdiği anlamına mı geliyor? 3. Soğuyunca bu rezonans neden kayboluyor? 4. Bu sizin tahmininiz mi? Kaynak varsa lütfen belirtiniz. 5. Bu teoriye göre kabın şekli önemli bir rol oynayacaktır ve eğer ince ve düz ise donma süresindeki fark büyük olmayacaktır, yani. bunu kontrol edebilirsiniz.

Gudrat, 03/11/2013 10:12 | METAK

Soğuk suda zaten nitrojen atomları vardır ve su molekülleri arasındaki mesafeler sıcak suya göre daha yakındır. Yani sonuç: Sıcak su nitrojen atomlarını daha hızlı emer ve aynı zamanda soğuk suya göre daha hızlı donar - bu, sıcak su buza dönüştüğü ve sıcak demir hızlı soğuyarak sertleştiği için demirin sertleşmesiyle karşılaştırılabilir!

Vladimir, 13.03.2013 06:50

ya da belki şu: Sıcak su ve buzun yoğunluğu, soğuk suyun yoğunluğundan azdır ve bu nedenle suyun yoğunluğunu değiştirmesine gerek kalmaz, biraz zaman kaybeder ve donar.

Alexey Mişnev, 21.03.2013 11:50

Parçacıkların rezonansları, çekimleri ve titreşimleri hakkında konuşmadan önce şu soruyu anlamamız ve cevaplamamız gerekiyor: Parçacıkların titreşmesine hangi kuvvetler sebep olur? Çünkü kinetik enerji olmadan sıkıştırma olamaz. Sıkıştırma olmadan genişleme olamaz. Genişleme olmadan kinetik enerji olamaz! Tellerin rezonansından bahsetmeye başladığınızda öncelikle bu tellerden birinin titreşmeye başlaması için çaba gösterirsiniz! Cazibeden bahsederken öncelikle bu bedenlerin birbirini çekmesini sağlayan kuvveti belirtmelisiniz! Tüm cisimlerin atmosferin elektromanyetik enerjisi tarafından sıkıştırıldığını ve bu enerjinin tüm cisimleri, maddeleri ve temel parçacıkları 1,33 kg'lık bir kuvvetle sıkıştırdığını iddia ediyorum. cm2 başına değil, temel parçacık başına. Atmosfer basıncı seçici olamayacağından, kuvvet miktarıyla karıştırılmamalıdır!

Dodik, 31.05.2013 02:59

Bana öyle geliyor ki bir gerçeği unuttunuz: "Bilim, ölçümlerin başladığı yerde başlar." "Sıcak" suyun sıcaklığı nedir? “Soğuk” suyun sıcaklığı nedir? Makale bu konuda tek kelime etmiyor. Bundan şu sonuca varabiliriz - makalenin tamamı saçmalık!

Gregory, 06.04.2013 12:17

Dodik, bir makaleye saçmalık demeden önce, en azından biraz öğrenmeyi düşünmelisin. Ve sadece ölçmek değil.

Dimitri, 24.12.2013 10:57

Sıcak su molekülleri soğuk suya göre daha hızlı hareket eder, bu nedenle çevreyle daha yakın temas halindedirler, sanki tüm soğuğu emerler ve hızla yavaşlarlar.

İvan, 01/10/2014 05:53

Bu sitede böyle isimsiz bir makalenin yer alması şaşırtıcı. Makale tamamen bilimsel değildir. Hem yazar hem de yorumcular, fenomenin gözlemlenip gözlemlenmediğini ve gözlemleniyorsa hangi koşullar altında gözlemlendiğini bulma zahmetine girmeden, fenomene bir açıklama bulmak için birbirleriyle yarışıyorlar. Üstelik gerçekte ne gözlemlediğimiz konusunda bile bir fikir birliği yok! Bu nedenle yazar, sıcak dondurmanın hızlı dondurulmasının etkisini açıklama ihtiyacı konusunda ısrar ediyor, ancak metnin tamamından (ve "etki dondurma deneylerinde keşfedildi" sözlerinden) kendisinin böyle bir şey yapmadığı anlaşılıyor. deneyler. Makalede listelenen olgunun "açıklama" seçeneklerinden, farklı sulu çözeltilerle farklı koşullar altında yürütülen tamamen farklı deneylerin anlatıldığı açıktır. Hem açıklamaların özü hem de içlerindeki dilek kipi, ifade edilen fikirlerin temel bir kontrolünün bile yapılmadığını gösteriyor. Birisi yanlışlıkla komik bir hikaye duydu ve spekülatif sonucunu gelişigüzel ifade etti. Üzgünüm ama bu fiziksel bilimsel bir çalışma değil, sigara içme odasında yapılan bir konuşma.

İvan, 01/10/2014 06:10

Silindirlerin sıcak su ile, ön cam yıkama haznelerinin ise soğuk su ile doldurulması ile ilgili yazıda yer alan yorumlara ilişkin. Temel fizik açısından burada her şey basit. Buz pateni pisti tam olarak sıcak suyla doldurulur çünkü daha yavaş donar. Buz pateni pisti düz ve pürüzsüz olmalıdır. Soğuk suyla doldurmayı deneyin; çarpmalar ve "şişmeler" meydana gelecektir, çünkü... Su, eşit bir tabaka halinde yayılmaya zaman kalmadan hızla donacaktır. Ve sıcak olanın eşit bir tabaka halinde yayılma zamanı olacak ve mevcut buz ve kar yumrularını eritecek. Yıkayıcı da zor değil: Soğuk havalarda temiz su dökmenin bir anlamı yok - camın üzerinde donuyor (hatta sıcak); ve donmayan sıcak bir sıvı, soğuk camın çatlamasına neden olabilir, ayrıca cama giderken alkollerin hızlandırılmış buharlaşması nedeniyle camın donma noktası artacaktır (herkes kaçak içkinin çalışma prensibini biliyor mu? ? - alkol buharlaşır, su kalır).

İvan, 01/10/2014 06:34

Ancak olayın özünde, farklı koşullar altında iki farklı deneyin neden farklı şekilde ilerlediğini sormak aptallıktır. Deney tamamen yapılırsa, aynı kimyasal bileşime sahip sıcak ve soğuk su almanız gerekir - aynı su ısıtıcısından önceden soğutulmuş kaynar su alırız. Aynı kaplara (örneğin ince duvarlı bardaklara) dökün. Onu kar üzerine değil, eşit derecede düz, kuru bir tabana, örneğin ahşap bir masaya yerleştiriyoruz. Ve bir mikro dondurucuda değil, oldukça hacimli bir termostatta - birkaç yıl önce, dışarıdaki havanın sabit ve soğuk olduğu, yaklaşık -25C olduğu kulübede bir deney yaptım. Su, kristalleşme ısısını serbest bıraktıktan sonra belirli bir sıcaklıkta kristalleşir. Hipotez, sıcak suyun daha hızlı soğuduğu ifadesine kadar uzanır (klasik fiziğe göre bu doğrudur, ısı transfer hızı sıcaklık farkıyla orantılıdır), ancak sıcaklığı eşit olduğunda bile artan soğutma hızını korur. soğuk suyun sıcaklığı. Soru şu: Dışarda +20C sıcaklığa soğuyan su ile bir saat önce odada +20C sıcaklığa soğuyan sudan ne kadar farklı? Klasik fizik (bu arada, sigara içme odasındaki gevezeliğe değil, yüz binlerce ve milyonlarca deneye dayanarak) şunu söylüyor: hiçbir şey, soğutmanın diğer dinamikleri aynı olacak (sadece kaynar su +20 noktasına ulaşacak) Daha sonra). Ve deney aynı şeyi gösteriyor: Başlangıçta soğuk olan bir bardak su zaten güçlü bir buz kabuğuna sahipken, sıcak su donmayı bile düşünmedi. Not: Yuri Kuznetsov'un yorumlarına. Belirli bir etkinin varlığı, ortaya çıkması için gerekli koşullar tanımlandığında ve tutarlı bir şekilde yeniden üretildiğinde tespit edilmiş sayılabilir. Ve bilinmeyen koşullarla bilinmeyen deneyler yaptığımızda, bunları açıklayacak teoriler oluşturmak için henüz erkendir ve bu, bilimsel açıdan hiçbir şey vermez. P.P.S. Alexei Mişnev'in yorumlarını hassasiyet gözyaşları olmadan okumak imkansız - kişi, fizikle ve gerçek deneylerle hiçbir ilgisi olmayan bir tür kurgusal dünyada yaşıyor.

Gregory, 13.01.2014 10:58

Ivan, Mpemba etkisini çürüttüğünü anlıyorum. Deneylerinizin gösterdiği gibi mevcut değil mi? Fizikte neden bu kadar ünlü ve neden birçok kişi onu açıklamaya çalışıyor?

İvan, 14.02.2014 01:51

İyi günler, Gregory! Saf olmayan bir deneyin etkisi mevcuttur. Ancak anladığınız gibi bu, fizikte yeni yasalar aramak için bir neden değil, deneycinin becerisini geliştirmek için bir nedendir. Yorumlarda da belirttiğim gibi, "Mpemba etkisini" açıklamaya yönelik bahsedilen tüm girişimlerde, araştırmacılar tam olarak neyi ve hangi koşullar altında ölçtüklerini bile net bir şekilde formüle edemiyorlar. Ve bunların deneysel fizikçiler olduğunu mu söylemek istiyorsunuz? Beni güldürme. Etkisi fizikte değil, şu anda deniz olan çeşitli forumlarda ve bloglarda yapılan sözde bilimsel tartışmalarda biliniyor. Fizikten uzak insanlar tarafından gerçek bir fiziksel etki (yanlış bir yorumun ya da sadece bir efsanenin sonucu değil, bazı yeni fizik yasalarının bir sonucu olarak) algılanıyor. Dolayısıyla tamamen farklı koşullar altında yapılan farklı deneylerin sonuçlarından tek bir fiziksel etki olarak bahsetmenin bir anlamı yok.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm arkadaşlar... "Hız Bilgisi" yazısı... Alınmayın... ;) Ivan her konuda haklı...

Gregory, 19.02.2014 12:50

Ivan, artık doğrulanmamış sansasyonel materyaller yayınlayan birçok sözde bilimsel sitenin var olduğuna katılıyorum.? Sonuçta Mpemba etkisi hala araştırılıyor. Ayrıca üniversitelerden bilim insanları da araştırma yapıyor. Örneğin 2013 yılında bu etki Singapur Teknoloji Üniversitesi'nden bir grup tarafından araştırıldı. Bağlantıya bakın http://arxiv.org/abs/1310.6514. Bu etki için bir açıklama bulduklarına inanıyorlar. Keşfin özü hakkında ayrıntılı olarak yazmayacağım, ancak onların görüşüne göre etki, hidrojen bağlarında depolanan enerjilerdeki farkla ilişkilidir.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Mpemba etkisine ilişkin araştırmalarla ilgilenen herkes için makaledeki materyali biraz tamamladım ve en son sonuçları öğrenebileceğiniz bağlantılar sağladım (metne bakın). Yorumlarınız için teşekkürler.

İldar, 24.02.2014 04:12 | her şeyi listelemenin bir anlamı yok

Eğer bu Mpemba etkisi gerçekten meydana geliyorsa, o zaman açıklamanın suyun moleküler yapısında aranması gerektiğini düşünüyorum. Su (popüler bilim literatüründen öğrendiğime göre) tek tek H2O molekülleri olarak değil, birkaç molekülün (hatta düzinelerce) oluşturduğu kümeler halinde mevcuttur. Suyun sıcaklığı arttıkça moleküllerin hareket hızı artar, kümeler birbirine kırılır ve moleküllerin değerlik bağları büyük kümeleri oluşturacak zamana sahip olmaz. Kümelenmelerin oluşması, moleküler hareket hızının azalmasından biraz daha fazla zaman alır. Kümeler daha küçük olduğundan kristal kafesin oluşumu daha hızlı gerçekleşir. Görünüşe göre soğuk suda büyük, oldukça kararlı kümeler bir kafes oluşumunu engelliyor; onları yok etmek biraz zaman alıyor. Bir kavanozun içinde sakin bir şekilde duran soğuk suyun, soğukta birkaç saat boyunca sıvı kalmasının ilginç bir etkisini ben de televizyonda gördüm. Ancak kavanoz kaldırıldığı, yani yerinden hafifçe oynatıldığı anda, kavanozun içindeki su hemen kristalleşti, opaklaştı ve kavanoz patladı. Peki bu etkiyi gösteren rahip bunu suyun kutsanmış olmasıyla açıklamıştı. Bu arada suyun sıcaklığa bağlı olarak viskozitesini büyük ölçüde değiştirdiği ortaya çıktı. Bu, büyük yaratıklar olarak bizim için algılanamaz, ancak küçük (mm veya daha küçük) kabuklular ve hatta bakteriler düzeyinde suyun viskozitesi çok önemli bir faktördür. Bu viskozitenin aynı zamanda su kümelerinin boyutuna göre de belirlendiğini düşünüyorum.

GRİ, 15.03.2014 05:30

Çevremizde gördüğümüz her şey yüzeysel özelliklerdir (özelliklerdir), dolayısıyla yalnızca ölçebildiğimiz veya varlığını herhangi bir şekilde kanıtlayabildiğimiz şeyleri enerji olarak kabul ederiz, aksi takdirde çıkmaz sokak olur. Bu fenomen, Mpemba etkisi, yalnızca tüm fiziksel modelleri tek bir etkileşim yapısında birleştirecek basit bir hacimsel teori ile açıklanabilir. aslında basit

Nikita, 06/06/2014 04:27 | araba

Peki araba kullanırken suyun sıcak değil soğuk kalmasını nasıl sağlayabilirsiniz?

Alexey, 03.10.2014 01:09

İşte bir "keşif" daha yolda. Plastik şişedeki su, kapak açıkken çok daha hızlı donar. Eğlenmek için deneyi şiddetli don koşullarında defalarca yaptım. Etkisi açıktır. Merhaba teorisyenler!

Evgeniy, 27.12.2014 08:40

Evaporatif soğutucunun prensibi. Soğuk ve sıcak su ile hava geçirmez şekilde kapatılmış iki şişe alıyoruz. Soğuğa koyduk. Soğuk su daha hızlı donar. Şimdi aynı şişeleri soğuk ve sıcak suyla alıp açıp soğuğa koyuyoruz. Sıcak su, soğuk suya göre daha hızlı donacaktır. Soğuk ve sıcak suyla iki leğen alırsak sıcak su çok daha hızlı donacaktır. Bunun nedeni atmosferle temasımızın artmasıdır. Buharlaşma ne kadar yoğun olursa sıcaklık da o kadar hızlı düşer. Burada nem faktöründen bahsetmemiz gerekiyor. Nem ne kadar düşük olursa buharlaşma o kadar güçlü ve soğutma da o kadar güçlü olur.

gri TOMSK, 03/01/2015 10:55

GRAY, 15.03.2014 05:30 - devamı Sıcaklık hakkında bildikleriniz her şey değildir. Orada başka bir şey daha var. Sıcaklığın fiziksel bir modelini doğru bir şekilde oluşturursanız, bu, difüzyon, erime ve kristalleşmeden enerji süreçlerini, basınç artışıyla birlikte sıcaklıktaki artış, sıcaklıktaki artışla birlikte basınçta bir artış gibi ölçeklere kadar tanımlamanın anahtarı olacaktır. Yukarıdan bakıldığında Güneş enerjisinin fiziksel modeli bile netleşecektir. Kıştayım. . 20013 baharının başlarında sıcaklık modellerine bakarak genel bir sıcaklık modeli derledim. Birkaç ay sonra sıcaklık paradoksunu hatırladım ve sonra fark ettim ki... benim sıcaklık modelim aynı zamanda Mpemba paradoksunu da açıklıyor. Bu Mayıs-Haziran 2013'teydi. Bir yıl geciktim ama bu en iyisi. Benim fiziksel modelim donmuş bir çerçevedir ve hem ileri hem de geri sarılabilir ve her şeyin hareket ettiği aynı aktivite olan motor aktiviteyi içerir. Konunun tekrarı ile 8 yıllık okulum ve 2 yıllık üniversitem var. 20 yıl geçti. Dolayısıyla ne ünlü bilim adamlarına herhangi bir fiziksel model atfedebilirim, ne de formüllere atfedebilirim. Çok üzgünüm.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Genel olarak sıcak suyun neden soğuk suya göre daha hızlı donduğuna dair bir fikrim var. Açıklamalarımda her şey çok basit, eğer ilgileniyorsanız bana e-postayla yazın: [e-posta korumalı]

Andrey, 08.11.2015 08:58

Kusura bakmayın, yanlış e-posta adresi verdim, işte doğru e-posta: [e-posta korumalı]

Galip, 23.12.2015 10:37

Bana öyle geliyor ki her şey daha basit, buraya kar yağıyor, gaz buharlaşıyor, soğutuluyor, bu yüzden belki soğuk havalarda sıcak olan daha hızlı soğur çünkü buharlaşır ve çok yükselmeden hemen kristalleşir ve gaz halindeki su daha hızlı soğur. sıvı halden daha)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

Birisi dünyanın bu etkilerle ilgili yasalarını açıklasaydı bile buraya yazmazdı, ünlü bilimsel dergilerde yayınlayabilecekken, onun sırlarını internet kullanıcılarına açıklamak benim açımdan mantıklı olmazdı. dergiler ve bunu bizzat halkın önünde kanıtlıyor. Yani bu etki hakkında burada yazılacakların çoğu mantıklı değil.)))

Alex, 22.02.2016 12:48

Merhaba Deneyciler Bilimin, Ölçümlerin değil, Hesaplamaların başladığı yerde başladığını söylerken haklısın. "Deney", Hayal Gücünden ve Doğrusal düşünceden yoksun olanlar için ebedi ve vazgeçilmez bir argümandır. Şimdi E= mc2 durumunda herkesi rahatsız etti - herkes hatırlıyor mu? Soğuk sudan atmosfere uçan moleküllerin hızı, sudan taşıdıkları enerji miktarını belirler (soğuma, enerji kaybıdır). Sıcak sudan çıkan moleküllerin hızı çok daha yüksektir ve taşınan enerjinin karesi alınır. kalan su kütlesinin soğuma hızı) "Deney"den uzaklaşıp Bilimin Temel Temellerini hatırlarsanız hepsi bu kadar

Vladimir, 25.04.2016 10:53 | Meteo

Antifrizin nadir olduğu o günlerde, ısıtılmamış bir garajdaki arabaların soğutma sisteminden gelen su, silindir bloğunun veya radyatörün buzunu çözmemek için bir iş gününden sonra - bazen ikisi birlikte - boşaltılıyordu. Sabah sıcak su döküldü. Şiddetli donmalarda motorlar sorunsuz çalıştı. Her nasılsa sıcak su olmadığından musluktan su döküldü. Su hemen dondu. Deney pahalıydı - tam olarak bir ZIL-131 arabasının silindir bloğunu ve radyatörünü satın alma ve değiştirme maliyeti kadar. Kim inanmıyorsa kontrol etsin. ve Mpemba dondurmayı denedi. Dondurmada kristalleşme sudakinden farklı şekilde gerçekleşir. Bir parça dondurmayı ve bir parça buzu dişlerinizle ısırmayı deneyin. Büyük olasılıkla donmadı, ancak soğuma sonucu kalınlaştı. Ve tatlı su, ister sıcak ister soğuk olsun, 0*C'de donar. Soğuk su hızlıdır ancak sıcak suyun soğuması zaman alır.

Gezgin, 05/06/2016 12:54 | Alex'e

"c" - ışığın boşluktaki hızı E=mc^2 - kütle ve enerjinin denkliğini ifade eden bir formül

Albert, 27.07.2016 08:22

İlk olarak katılarla bir benzetme yapalım (buharlaşma süreci yoktur). Geçenlerde bakır su borularını lehimledim. İşlem, bir gaz yakıcının lehimin erime sıcaklığına kadar ısıtılmasıyla gerçekleşir. Kaplinli bir bağlantının ısınma süresi yaklaşık bir dakikadır. Bağlantının bir bağlantısını lehimledim ve birkaç dakika sonra yanlış lehimlediğimi fark ettim. Kaplinde boruyu biraz döndürmek gerekiyordu. Bağlantı yerini yeniden bir brülörle ısıtmaya başladım ve şaşırtıcı bir şekilde bağlantı yerinin erime sıcaklığına kadar ısıtılması 3-4 dakika sürdü. Nasıl yani!? Sonuçta boru hala sıcak ve onu erime sıcaklığına kadar ısıtmak için çok daha az enerjiye ihtiyaç duyuluyor gibi görünüyor, ancak her şeyin tam tersi olduğu ortaya çıktı. Her şey zaten ısıtılmış bir boruda önemli ölçüde daha yüksek olan ve ısıtılmış ve soğuk boru arasındaki sınırın iki dakika içinde bağlantı noktasından uzaklaşmayı başardığı ısı iletkenliği ile ilgilidir. Şimdi su hakkında. Sıcak ve yarı ısıtmalı kap konseptleriyle çalışacağız. Sıcak bir kapta, sıcak, oldukça hareketli parçacıklar ile çevreden merkeze nispeten hızlı hareket eden yavaş hareket eden, soğuk parçacıklar arasında dar bir sıcaklık sınırı oluşur, çünkü bu sınırda hızlı parçacıklar enerjilerini hızla kaybederler (soğumuş) sınırın diğer tarafındaki parçacıklar tarafından. Dış soğuk parçacıkların hacmi daha büyük olduğundan, termal enerjilerinden vazgeçen hızlı parçacıklar, dış soğuk parçacıkları önemli ölçüde ısıtamaz. Bu nedenle sıcak suyun soğutulması işlemi nispeten hızlı gerçekleşir. Yarı ısıtılmış suyun termal iletkenliği çok daha düşüktür ve yarı ısıtılmış ve soğuk parçacıklar arasındaki sınırın genişliği çok daha geniştir. Bu kadar geniş bir sınırın merkezine doğru kayma, sıcak bir kabın durumuna göre çok daha yavaş gerçekleşir. Sonuç olarak sıcak kap, sıcak olandan daha hızlı soğur. Kabın ortasından kenarına kadar birkaç sıcaklık sensörü yerleştirerek farklı sıcaklıklardaki suyun soğuma sürecinin dinamiklerini takip etmemiz gerektiğini düşünüyorum.

Maksimum, 11/19/2016 05:07

Doğrulandı: Yamal'da hava soğuk olduğunda sıcak su borusu donuyor ve onu ısıtmanız gerekiyor, ancak soğuk olan çalışmıyor!

Artem, 09.12.2016 01:25

Zor ama soğuk suyun sıcak sudan daha yoğun olduğunu, hatta kaynamış sudan daha iyi olduğunu düşünüyorum ve burada soğumada bir hızlanma var vb. sıcak su soğuk sıcaklığa ulaşıp onu geçiyor ve sıcak suyun yukarıda yazıldığı gibi üstten değil de alttan donduğunu hesaba katarsanız, bu süreci çok hızlandırır!

Alexander Sergeyev, 21.08.2017 10:52

Böyle bir etki yoktur. Ne yazık ki. 2016 yılında Nature'da konuyla ilgili ayrıntılı bir makale yayınlandı: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_fect Buradan, dikkatli deneylerle (sıcak ve soğuk su örnekleri her şeyde aynıysa) açıkça görülmektedir. sıcaklık hariç) etki gözlenmez.

Zavlab, 22.08.2017 05:31

Galip, 27.10.2017 03:52

"Gerçekten öyle." - okulda ısı kapasitesinin ve enerjinin korunumu yasasının ne olduğunu anlamadıysanız. Kontrol etmesi kolaydır - bunun için ihtiyacınız olan: arzu, kafa, eller, su, buzdolabı ve çalar saat. Ve uzmanların yazdığı gibi buz pateni pistleri soğuk suyla dondurulur (doldurulur) ve kesilen buz ılık suyla dengelenir. Kışın ise yıkama haznesine su değil antifriz sıvısı dökmeniz gerekir. Su her durumda donacak ve soğuk su daha hızlı donacaktır.

Irina, 23.01.2018 10:58

Dünyanın her yerindeki bilim adamları, Aristoteles'in zamanından beri bu paradoksla mücadele ediyor ve Victor, Zavlab ve Sergeev'in en akıllıları olduğu ortaya çıktı.

Denis, 02/01/2018 08:51

Makalede her şey doğru yazılmıştır. Ama nedeni biraz farklı. Kaynama işlemi sırasında içinde çözünen hava sudan buharlaşır; bu nedenle kaynayan su soğudukça yoğunluğu aynı sıcaklıktaki ham suyunkinden daha az olacaktır. Farklı yoğunlukların dışında farklı ısıl iletkenlik nedenleri yoktur.

Zavlab, 03/01/2018 08:58 | Laboratuvar Başkanı

Irina :), "dünyanın her yerindeki bilim adamları" bu "paradoksla" mücadele etmiyorlar; gerçek bilim adamları için bu "paradoks" basitçe mevcut değil - iyi tekrarlanabilir koşullar altında kolayca doğrulanabilir. "Paradoks", Afrikalı çocuk Mpemba'nın tekrarlanamaz deneyleri nedeniyle ortaya çıktı ve benzer "bilim adamları" tarafından şişirildi :)

Mpemba etkisi(Mpemba Paradoksu) - bazı koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu, ancak donma sürecinde soğuk suyun sıcaklığını geçmesi gerektiğini belirten bir paradoks. Bu paradoks, aynı koşullar altında daha fazla ısıtılmış bir cismin belirli bir sıcaklığa soğuması için daha az ısıtılmış bir cismin aynı sıcaklığa soğuması için daha fazla zaman harcadığı şeklindeki alışılagelmiş fikirlerle çelişen deneysel bir gerçektir.

Bu fenomen bir zamanlar Aristoteles, Francis Bacon ve Rene Descartes tarafından fark edilmişti, ancak Tanzanyalı okul çocuğu Erasto Mpemba ancak 1963'te sıcak bir dondurma karışımının soğuk olandan daha hızlı donduğunu keşfetti.

Bundan sonra Mpemba sadece sütle değil aynı zamanda sıradan suyla da deneyler yaptı. Her halükarda, zaten Mkwava Ortaokulunda bir öğrenci olarak, Dar Es Salaam'daki Üniversite Koleji'nden Profesör Dennis Osborne'a (öğrencilere fizik üzerine bir ders vermek üzere okul müdürü tarafından davet edilmiştir) özellikle su hakkında sorular sordu: "Eğer Eşit hacimde su içeren iki özdeş kap, birinde suyun sıcaklığı 35°C, diğerinde - 100°C olacak ve bunları dondurucuya koyun, ikincisinde su daha hızlı donacaktır. Neden? Osborne bu konuyla ilgilenmeye başladı ve kısa süre sonra 1969'da o ve Mpemba deneylerinin sonuçlarını Fizik Eğitimi dergisinde yayınladılar. O zamandan beri keşfettikleri etkinin adı Mpemba etkisi.

Şu ana kadar hiç kimse bu garip etkinin nasıl açıklanacağını tam olarak bilmiyor. Pek çok olmasına rağmen bilim adamlarının tek bir versiyonu yok. Her şey sıcak ve soğuk suyun özelliklerindeki farklılıkla ilgili, ancak bu durumda hangi özelliklerin rol oynadığı henüz belli değil: aşırı soğuma, buharlaşma, buz oluşumu, konveksiyon arasındaki fark veya sıvılaştırılmış gazların su üzerindeki etkisi farklı sıcaklıklar.

Mpemba etkisinin paradoksu, bir cismin ortam sıcaklığına kadar soğuma süresinin, bu cisim ile çevre arasındaki sıcaklık farkıyla orantılı olması gerektiğidir. Bu yasa Newton tarafından oluşturuldu ve o zamandan beri pratikte birçok kez doğrulandı. Bu etkide sıcaklığı 100°C olan su, aynı miktardaki 35°C sıcaklıktaki sudan 0°C daha hızlı soğur.

Ancak Mpemba etkisi bilinen fizik çerçevesinde açıklanabildiği için bu henüz bir paradoks anlamına gelmiyor. Mpemba etkisine ilişkin bazı açıklamalar şunlardır:

Buharlaşma

Buharlaşma etkisi ikili bir etkidir. Öncelikle soğutma için gerekli olan su kütlesi azalır. İkincisi ise su fazından buhar fazına geçişin buharlaşma ısısının azalması nedeniyle sıcaklık düşer.

Sıcaklık farkı

Sıcak su ile soğuk hava arasındaki sıcaklık farkının daha fazla olması nedeniyle bu durumda ısı alışverişi daha yoğun olur ve sıcak su daha hızlı soğur.

Hipotermi

Su 0 C'nin altına soğuduğunda her zaman donmaz. Bazı koşullar altında aşırı soğumaya maruz kalabilir ve donma noktasının altındaki sıcaklıklarda sıvı kalmaya devam edebilir. Bazı durumlarda su –20 C sıcaklıkta bile sıvı kalabilmektedir.

Bu etkinin nedeni ilk buz kristallerinin oluşmaya başlayabilmesi için kristal oluşum merkezlerine ihtiyaç duyulmasıdır. Sıvı suda mevcut değillerse, sıcaklık kristallerin kendiliğinden oluşmasına yetecek kadar düşene kadar aşırı soğutma devam edecektir. Aşırı soğutulmuş sıvı içinde oluşmaya başladıklarında, daha hızlı büyümeye başlayacaklar, sulu kar buzları oluşturacaklar ve bu da donarak buz oluşturacak.

Sıcak su, hipotermiye en duyarlı olanıdır çünkü ısıtmak, çözünmüş gazları ve kabarcıkları uzaklaştırır ve bunlar da buz kristallerinin oluşumu için merkez görevi görebilir.

Hipotermi neden sıcak suyun daha hızlı donmasına neden olur? Aşırı soğutulmamış soğuk su durumunda aşağıdakiler meydana gelir. Bu durumda kabın yüzeyinde ince bir buz tabakası oluşacaktır. Bu buz tabakası su ile soğuk hava arasında yalıtkan görevi görecek ve daha fazla buharlaşmayı önleyecektir. Bu durumda buz kristallerinin oluşma hızı daha düşük olacaktır. Aşırı soğutmaya maruz kalan sıcak su durumunda, aşırı soğutulmuş suyun koruyucu bir yüzey buz tabakası yoktur. Bu nedenle üstü açık olduğundan ısıyı çok daha hızlı kaybeder.

Aşırı soğutma işlemi sona erdiğinde ve su donduğunda çok daha fazla ısı kaybı olur ve dolayısıyla daha fazla buz oluşur.

Bu etkiyi araştıran birçok araştırmacı, Mpemba etkisi durumunda hipoterminin ana faktör olduğunu düşünmektedir.

Konveksiyon

Soğuk su yukarıdan donmaya başlar, böylece ısı radyasyonu ve konveksiyon süreçleri ve dolayısıyla ısı kaybı kötüleşir, sıcak su ise aşağıdan donmaya başlar.

Bu etki su yoğunluğundaki bir anormallik ile açıklanmaktadır. Suyun maksimum yoğunluğu 4 C'dedir. Suyu 4 C'ye soğutup daha düşük bir sıcaklığa koyarsanız suyun yüzey tabakası daha hızlı donacaktır. Bu su, 4 C sıcaklıktaki sudan daha az yoğun olduğundan yüzeyde kalacak ve ince, soğuk bir tabaka oluşturacaktır. Bu koşullar altında kısa sürede suyun yüzeyinde ince bir buz tabakası oluşacaktır ancak bu buz tabakası yalıtkan görevi görerek suyun alt katmanlarını koruyacak ve 4 C sıcaklıkta kalacaktır. Bu nedenle daha sonraki soğutma işlemi daha yavaş olacaktır.

Sıcak su durumunda ise durum tamamen farklıdır. Buharlaşma ve daha büyük sıcaklık farkı nedeniyle suyun yüzey tabakası daha hızlı soğuyacaktır. Ayrıca soğuk su katmanları sıcak su katmanlarından daha yoğun olduğundan soğuk su katmanı aşağıya doğru çökerek sıcak su katmanını yüzeye çıkarır. Suyun bu dolaşımı sıcaklığın hızlı bir şekilde düşmesini sağlar.

Peki bu süreç neden bir denge noktasına ulaşmıyor? Mpemba etkisini konveksiyon açısından bu bakış açısıyla açıklamak için, soğuk ve sıcak su katmanlarının ayrıldığını ve ortalama su sıcaklığı 4 C'nin altına düştükten sonra konveksiyon sürecinin devam ettiğini varsaymak gerekir.

Ancak soğuk ve sıcak su katmanlarının konveksiyon süreciyle ayrıldığına dair bu hipotezi destekleyecek hiçbir deneysel kanıt yoktur.

Suda çözünmüş gazlar

Termal iletkenlik

Tüm bu koşullar (aynı zamanda diğer) birçok deneyde incelendi, ancak hangisinin Mpemba etkisinin yüzde yüz yeniden üretimini sağladığı sorusuna net bir cevap hiçbir zaman elde edilemedi.

Örneğin 1995 yılında Alman fizikçi David Auerbach, aşırı soğuyan suyun bu etki üzerindeki etkisini inceledi. Aşırı soğumuş bir duruma ulaşan sıcak suyun, soğuk sudan daha yüksek bir sıcaklıkta donduğunu ve dolayısıyla soğuk sudan daha hızlı donduğunu keşfetti. Ancak soğuk su, aşırı soğumuş duruma sıcak sudan daha hızlı ulaşır ve böylece önceki gecikmeyi telafi eder.

Ayrıca Auerbach'ın sonuçları, daha az kristalizasyon merkezi nedeniyle sıcak suyun daha fazla aşırı soğutma elde edebildiğine dair önceki verilerle çelişiyordu. Su ısıtıldığında içinde çözünen gazlar uzaklaştırılır, kaynatıldığında ise içinde çözünen bazı tuzlar çöker.

Şimdilik tek bir şey söylenebilir - bu etkinin yeniden üretilmesi büyük ölçüde deneyin gerçekleştirildiği koşullara bağlıdır. Tam da her zaman çoğaltılmadığı için.

O. V. Mosin

Edebikaynaklar:

"Sıcak su, soğuk sudan daha hızlı donar. Neden böyle yapıyor?", Jearl Walker, The Amatör Bilim Adamı, Scientific American, Cilt. 237, Hayır. 3, sayfa 246-257; Eylül 1977.

"Sıcak ve Soğuk Suyun Donması", G.S. Kell, American Journal of Physics, Cilt. 37, Hayır. 5, sayfa 564-565; Mayıs 1969.

"Süper soğutma ve Mpemba etkisi", David Auerbach, American Journal of Physics, Cilt. 63, Hayır. 10, sayfa 882-885; Ekim 1995.

"Mpemba etkisi: Sıcak ve soğuk suyun donma süreleri", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Cilt. 64, Hayır. 5, sayfa 524; Mayıs 1996.

Bu yazımızda sıcak suyun neden soğuk suya göre daha hızlı donduğu sorusuna bakacağız.

Isıtılmış su, soğuk sudan çok daha hızlı donar! Bilim adamlarının hala kesin bir açıklama bulamadıkları suyun bu muhteşem özelliği, eski çağlardan beri bilinmektedir. Örneğin Aristoteles'te bile kış balıkçılığının bir açıklaması vardır: balıkçılar oltaları buzdaki deliklere sokarlar ve daha hızlı donmaları için buzun üzerine ılık su dökerler. Bu fenomen, adını 20. yüzyılın 60'lı yıllarında Erasto Mpemba'dan almıştır. Mnemba, dondurma yaparken tuhaf bir etki fark etti ve açıklama için fizik öğretmeni Dr. Denis Osborne'a başvurdu. Mpemba ve Dr. Osborne, farklı sıcaklıklardaki suyla deneyler yaptılar ve neredeyse kaynayan suyun, oda sıcaklığındaki sudan çok daha hızlı donmaya başladığı sonucuna vardılar. Diğer bilim adamları da kendi deneylerini yaptılar ve her seferinde benzer sonuçlar elde ettiler.

Fiziksel bir olgunun açıklaması

Bunun neden olduğuna dair genel kabul görmüş bir açıklama yoktur. Pek çok araştırmacı, asıl meselenin, sıcaklığı donma noktasının altına düştüğünde ortaya çıkan sıvının aşırı soğuması olduğunu öne sürüyor. Başka bir deyişle, eğer su 0°C'nin altındaki bir sıcaklıkta donarsa, aşırı soğutulmuş su örneğin -2°C'lik bir sıcaklığa sahip olabilir ve buza dönüşmeden hala sıvı halde kalabilir. Soğuk suyu dondurmaya çalıştığımızda, önce aşırı soğuma ve bir süre sonra sertleşme ihtimali vardır. Isıtılmış suda diğer işlemler meydana gelir. Buza daha hızlı dönüşmesi konveksiyonla ilişkilidir.

Konveksiyon- bu, bir sıvının sıcak alt katmanlarının yükseldiği ve üst, soğutulmuş katmanların düştüğü fiziksel bir olgudur.