Okulda en sevdiğim derslerden biri kimyaydı. Bir zamanlar bir kimya öğretmeni bize çok garip ve zor bir görev verdi. Bize kimya açısından cevaplamamız gereken soruların bir listesini verdi. Bu görev için bize birkaç gün verildi ve kütüphaneleri ve diğer mevcut bilgi kaynaklarını kullanmamıza izin verildi. Bu sorulardan biri suyun donma noktasıyla ilgiliydi. Sorunun kulağa nasıl geldiğini tam olarak hatırlamıyorum, ancak aynı boyutta, biri sıcak suyla, diğeri soğuk suyla (tam olarak belirtilen sıcaklıkta) iki tahta kova alıp bunları içine koyarsanız ilgiliydi. Belli bir sıcaklığa sahip bir ortam hangisini daha hızlı dondurur? Elbette cevap hemen kendini gösterdi: bir kova soğuk su, ama biz bunun çok basit olduğunu düşündük. Ancak bu tam bir cevap vermek için yeterli değildi; bunu kimyasal açıdan kanıtlamamız gerekiyordu. Bütün düşünmeme ve araştırmama rağmen mantıklı bir sonuca varamadım. Hatta o gün bu dersi bile atlamaya karar verdim, bu yüzden bu bilmecenin çözümünü asla öğrenemedim.
Yıllar geçti ve suyun kaynama noktası ve donma noktası hakkında birçok günlük efsane öğrendim ve bir efsane şöyle diyordu: "sıcak su daha hızlı donar." Pek çok siteye baktım ama bilgiler çok çelişkiliydi. Ve bunlar sadece bilimsel açıdan asılsız görüşlerdi. Ve kendi deneyimimi yapmaya karar verdim. Tahta kova bulamadığım için dondurucuyu, ocağı, biraz suyu ve dijital termometreyi kullandım. Deneyimlerimin sonuçlarını biraz sonra anlatacağım. Öncelikle sizinle su hakkında bazı ilginç argümanları paylaşacağım:
Sıcak su soğuk suya göre daha hızlı donar. Çoğu uzman, soğuk suyun sıcak sudan daha hızlı donacağını söylüyor. Ancak komik bir olay (Memba etkisi olarak da bilinir) bilinmeyen nedenlerle tam tersini kanıtlıyor: Sıcak su, soğuk sudan daha hızlı donuyor. Birkaç açıklamadan biri buharlaşma sürecidir: Eğer çok sıcak su soğuk bir ortama konulursa, su buharlaşmaya başlayacaktır (kalan su miktarı daha hızlı donacaktır). Ve kimya kanunlarına göre bu kesinlikle bir efsane değil ve büyük olasılıkla öğretmenin bizden duymak istediği de buydu.
Kaynamış su, musluk suyundan daha hızlı donar. Önceki açıklamaya rağmen bazı uzmanlar, oda sıcaklığına soğuyan kaynatılmış suyun daha hızlı donması gerektiğini, çünkü kaynatmanın oksijen miktarını azalttığını savunuyor.
Soğuk su, sıcak sudan daha hızlı kaynar. Sıcak su daha hızlı donuyorsa, belki de soğuk su daha hızlı kaynar! Bu sağduyuya aykırıdır ve bilim adamları bunun kesinlikle olamayacağını söylüyor. Sıcak musluk suyunun aslında soğuk sudan daha hızlı kaynaması gerekir. Ancak kaynatmak için sıcak su kullanmak enerji tasarrufu sağlamaz. Daha az gaz veya ışık kullanabilirsiniz ancak su ısıtıcısı, soğuk suyu ısıtmak için gereken enerji miktarıyla aynı miktarda enerji kullanacaktır. (Güneş enerjisinde durum biraz farklıdır). Şofben ile suyun ısıtılması sonucu tortu oluşabileceğinden suyun ısınması daha uzun sürecektir.
Suya tuz eklerseniz daha hızlı kaynar. Tuz kaynama noktasını artırır (ve dolayısıyla donma noktasını düşürür; bu nedenle bazı ev hanımları dondurmalarına biraz kaya tuzu ekler). Ancak bu durumda başka bir soruyla ilgileniyoruz: su ne kadar süre kaynayacak ve bu durumda kaynama noktası 100°C'nin üzerine çıkıp çıkmayacak). Yemek kitaplarında söylenenlerin aksine bilim insanları, kaynar suya eklediğimiz tuz miktarının, kaynama süresini veya sıcaklığını etkilemeye yetmediğini söylüyor.
Ama işte elde ettiğim şey:
Soğuk su: Üç adet 100 ml'lik cam bardak saf su kullandım: bir bardak oda sıcaklığında (72°F/22°C), bir bardak sıcak su (115°F/46°C) ve bir bardak da kaynamış su (212°F) °F/100°C). Üç bardağı da -18°C'deki dondurucuya koydum. Suyun hemen buza dönüşmeyeceğini bildiğim için donma derecesini “tahta şamandıra” kullanarak belirledim. Bardağın ortasına yerleştirilen çubuk artık tabana değmediğinde suyun donmuş olduğunu düşündüm. Her beş dakikada bir gözlükleri kontrol ettim. Peki sonuçlarım neler? İlk bardaktaki su 50 dakika sonra dondu. Sıcak su 80 dakika sonra dondu. Haşlanmış - 95 dakika sonra. Bulgularım: Dondurucudaki koşullar ve kullandığım su göz önüne alındığında Memba etkisini oluşturamadım.
Bu deneyi daha önce kaynatılıp oda sıcaklığına soğutulmuş suyla da denedim. 60 dakika içinde dondu; yine de donması soğuk sudan daha uzun sürdü.
Kaynamış su: Oda sıcaklığında bir litre su alıp ateşe verdim. 6 dakikada kaynatıldı. Daha sonra tekrar oda sıcaklığına soğuttum ve sıcakken içine ekledim. Aynı ateşle sıcak su 4 saat 30 dakikada kaynatıldı. Sonuç: Beklendiği gibi sıcak su çok daha hızlı kaynar.
Kaynamış su (tuzlu): 1 litre suya 2 büyük yemek kaşığı sofra tuzu ekledim. 6 dakika 33 saniyede kaynadı ve termometrenin gösterdiği gibi 102°C sıcaklığa ulaştı. Kuşkusuz tuz kaynama noktasını etkiler ama çok fazla değil. Sonuç: Sudaki tuz, sıcaklığı ve kaynama süresini büyük ölçüde etkilemez.
Mutfağıma laboratuvar denilemeyeceğini ve belki de sonuçlarımın gerçeklikle çeliştiğini dürüstçe itiraf ediyorum. Dondurucum yiyecekleri eşit şekilde dondurmayabilir. Cam bardaklarım düzensiz şekilli olabilir, vb. Ancak laboratuvarda ne olursa olsun, mutfakta suyun donması veya kaynaması söz konusu olduğunda en önemli şey sağduyudur.
su hakkında ilginç gerçeklerle bağlantısu hakkında her şey
forum.ixbt.com forumunda önerildiği gibi, bu etkiye (sıcak suyun soğuk suya göre daha hızlı donması etkisi) “Aristoteles-Mpemba etkisi” adı verilmektedir.
Onlar. Kaynamış su (soğutulmuş) “ham” sudan daha hızlı donar
Sıcak suyun neden soğuk suya göre daha hızlı donduğuna dair pek çok araştırmacı kendi versiyonlarını ortaya attı ve ileri sürüyor. Bu bir paradoks gibi görünebilir - sonuçta, sıcak suyun donması için önce soğuması gerekir. Ancak gerçek hala bir gerçek ve bilim insanları bunu farklı şekillerde açıklıyor.
Ana sürümler
- Şu anda bu gerçeği açıklayan birkaç versiyon var:
- Sıcak su daha hızlı buharlaştığı için hacmi azalır. Aynı sıcaklıkta daha az miktarda suyun donması daha hızlı gerçekleşir.
- Buzdolabının dondurucu bölmesinde kar astarı bulunmaktadır. İçinde sıcak su bulunan bir kap, altındaki karı eritir. Bu, dondurucuyla termal teması iyileştirir.
- Soğuk su, içinde çözünmüş maddeler olan kristalleşme merkezleri içerir. Sudaki içerikleri küçükse, buzlanma zordur, ancak aynı zamanda aşırı soğutma da mümkündür - sıfırın altındaki sıcaklıklarda sıvı halde olduğunda.
Adil olmak gerekirse, bu etkinin her zaman gözlemlenmediğini söyleyebiliriz. Çoğu zaman soğuk su, sıcak sudan daha hızlı donar.
Su hangi sıcaklıkta donar
Su neden donuyor? Belirli miktarda mineral veya organik parçacık içerir. Bunlar örneğin çok küçük kum, toz veya kil parçacıkları olabilir. Hava sıcaklığı düştükçe bu parçacıklar, çevresinde buz kristallerinin oluştuğu merkezlerdir.
Kristalizasyon çekirdeklerinin rolü, su içeren kaptaki hava kabarcıkları ve çatlaklar tarafından da oynanabilir. Suyu buza dönüştürme işleminin hızı büyük ölçüde bu tür merkezlerin sayısından etkilenir - eğer çok sayıda varsa, sıvı daha hızlı donar. Normal koşullar altında, normal atmosfer basıncında su, 0 derece sıcaklıkta sıvıdan katı duruma dönüşür.
Mpemba etkisinin özü
Mpemba etkisi bir paradokstur ve bunun özü, belirli koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donmasıdır. Bu fenomen Aristoteles ve Descartes tarafından fark edildi. Ancak 1963 yılına kadar Tanzanyalı öğrenci Erasto Mpemba, sıcak dondurmanın soğuk dondurmaya göre daha kısa sürede donduğunu belirledi. Bir yemek pişirme görevini tamamlarken bu sonuca vardı.
Şekeri kaynamış sütte eritmesi ve soğuttuktan sonra donması için buzdolabına koyması gerekiyordu. Görünüşe göre Mpemba pek gayretli değildi ve görevin ilk bölümünü geç tamamlamaya başladı. Bu nedenle sütün soğumasını beklemedi ve sıcak bir şekilde buzdolabına koydu. Verilen teknolojiye uygun olarak çalışmayı yapan sınıf arkadaşlarından bile daha hızlı donduğunu görünce çok şaşırdı.
Bu gerçek genç adamın çok ilgisini çekti ve sade su ile deneylere başladı. 1969'da Fizik Eğitimi dergisi Mpemba ve Dar Es Salaam Üniversitesi'nden Profesör Dennis Osborne'un araştırmasının sonuçlarını yayınladı. Tanımladıkları etkiye Mpemba adı verildi. Ancak bugün bile bu olaya ilişkin net bir açıklama bulunmuyor. Tüm bilim adamları bundaki ana rolün soğuk ve sıcak suyun özelliklerindeki farklılıklara ait olduğu konusunda hemfikirdir, ancak tam olarak ne olduğu bilinmemektedir.
Singapur versiyonu
Singapur üniversitelerinden birinden fizikçiler de hangi suyun daha hızlı donduğu sorusuyla ilgilendiler - sıcak mı soğuk mu? Xi Zhang liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, bu paradoksu tam olarak suyun özellikleriyle açıkladı. Herkes suyun bileşimini okuldan biliyor - bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomu. Oksijen bir dereceye kadar elektronları hidrojenden uzaklaştırır, dolayısıyla molekül bir tür “mıknatıstır”.
Sonuç olarak sudaki bazı moleküller birbirlerine hafifçe çekilir ve bir hidrojen bağıyla birleşir. Gücü kovalent bağdan birçok kez daha düşüktür. Singapurlu araştırmacılar, Mpemba paradoksunun açıklamasının tam olarak hidrojen bağlarında yattığına inanıyor. Su molekülleri birbirine çok sıkı bir şekilde yerleştirilirse, moleküller arasındaki bu kadar güçlü bir etkileşim, molekülün ortasındaki kovalent bağı deforme edebilir.
Ancak su ısıtıldığında bağlı moleküller birbirinden biraz uzaklaşır. Sonuç olarak, fazla enerjinin salınması ve daha düşük bir enerji seviyesine geçiş ile moleküllerin ortasında kovalent bağların gevşemesi meydana gelir. Bu, sıcak suyun hızla soğumaya başlamasına neden olur. En azından Singapurlu bilim adamlarının yaptığı teorik hesaplamalar bunu gösteriyor.
Suyu anında dondurmak - 5 inanılmaz numara: Video
Merhaba sevgili ilginç gerçekleri sevenler. Bugün sizinle bunun hakkında konuşacağız. Ancak başlıkta sorulan sorunun tamamen saçma görünebileceğini düşünüyorum - ancak kesin olarak belirlenmiş bir test deneyine değil, her zaman kötü şöhretli "sağduyuya" tamamen güvenilmeli mi? Sıcak suyun neden soğuk sudan daha hızlı donduğunu anlamaya çalışalım mı?
Tarihsel arka plan
Soğuk ve sıcak suyun dondurulması konusunda Aristoteles'in eserlerinde “her şeyin saf olmadığı”ndan bahsedilmiş, daha sonra F. Bacon, R. Descartes ve J. Black tarafından da benzer notlar alınmıştır. Yakın tarihte bu etkiye "Mpemba Paradoksu" adı verilmiştir; bu isim, aynı soruyu ziyaret eden bir fizik profesörüne soran Tanganyikalı bir öğrenci olan Erasto Mpemba'dan gelmektedir.
Çocuğun sorusu birdenbire ortaya çıkmadı, mutfakta dondurma karışımlarının soğutulması sürecine ilişkin tamamen kişisel gözlemlerden kaynaklandı. Tabii ki, okul öğretmeniyle birlikte orada bulunan sınıf arkadaşları Mpemba'yı güldürdü - ancak Profesör D. Osborne'un bizzat yaptığı deneysel bir testin ardından, Erasto ile dalga geçme arzusu onlardan "buharlaştı". Üstelik Mpemba, bir profesörle birlikte 1969'da Fizik Eğitimi'nde bu etkinin ayrıntılı bir tanımını yayınladı ve o zamandan beri yukarıda bahsedilen isim bilimsel literatürde sabitlendi.
Olayın özü nedir?
Deneyin kurulumu oldukça basittir: Diğer her şey eşit olduğunda, kesinlikle eşit miktarda su içeren ve yalnızca sıcaklıkları farklı olan aynı ince duvarlı kaplar test edilir. Kaplar buzdolabına yüklenir ve ardından her birinde buz oluşana kadar geçen süre kaydedilir. Buradaki paradoks, başlangıçta daha sıcak bir sıvıya sahip bir kapta bunun daha hızlı gerçekleşmesidir.
Modern fizik bunu nasıl açıklıyor?
Paradoksun evrensel bir açıklaması yok, çünkü katkısı belirli başlangıç koşullarına bağlı olarak değişebilen birkaç paralel süreç bir arada meydana geliyor - ancak tek tip bir sonuçla:
- bir sıvının aşırı soğuma yeteneği - başlangıçta soğuk su aşırı soğumaya daha yatkındır, yani. sıcaklığı zaten donma noktasının altında olduğunda sıvı kalır
- hızlandırılmış soğutma - sıcak sudan gelen buhar, buz mikro kristallerine dönüştürülür; bu, geri düştüğünde süreci hızlandırır ve ek bir "harici ısı eşanjörü" olarak çalışır.
- yalıtım etkisi - sıcak suyun aksine, soğuk su yukarıdan donar, bu da konveksiyon ve radyasyon yoluyla ısı transferinde azalmaya yol açar
Bir takım başka açıklamalar da var (İngiliz Kraliyet Kimya Derneği'nin en son 2012'de en iyi hipotez için yarışma düzenlediği son seferdi) - ancak girdi koşullarının tüm kombinasyon durumları için hala kesin bir teori yok...
su- kimyasal açıdan oldukça basit bir madde, ancak bilim adamlarını şaşırtmaktan asla vazgeçmeyen bir takım olağandışı özelliklere sahiptir. Aşağıda çok az kişinin bildiği birkaç gerçek var.
1. Hangi su daha hızlı donar - soğuk mu sıcak mı?
İki kap su alalım; birine sıcak su, diğerine soğuk su döküp dondurucuya koyalım. Sıcak su, soğuk sudan daha hızlı donacaktır, ancak mantıksal olarak önce soğuk suyun buza dönüşmesi gerekirdi: sonuçta, sıcak suyun önce soğuk sıcaklığa soğuması ve sonra buza dönüşmesi gerekirken, soğuk suyun soğumasına gerek yoktur. Bu neden oluyor?
1963 yılında Erasto B. Mpemba adlı Tanzanyalı bir öğrenci, bir dondurma karışımını dondururken, sıcak karışımın dondurucuda soğuk olana göre daha hızlı katılaştığını fark etti. Genç adam buluşunu fizik öğretmeniyle paylaştığında ona sadece güldü. Neyse ki öğrenci ısrarcıydı ve öğretmeni bir deney yapmaya ikna etti; bu da keşfini doğruladı: belirli koşullar altında sıcak su aslında soğuk sudan daha hızlı donar.
Şimdi bu sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donması olayına “ Mpemba etkisi" Doğru, ondan çok önce suyun bu eşsiz özelliği Aristoteles, Francis Bacon ve Rene Descartes tarafından fark edilmişti.
Bilim adamları bu olgunun doğasını hala tam olarak anlayamıyorlar; bunu ya aşırı soğutma, buharlaşma, buz oluşumu, konveksiyon arasındaki farkla ya da sıvılaştırılmış gazların sıcak ve soğuk su üzerindeki etkisiyle açıklıyorlar.
2. Anında donabilir
Bunu herkes biliyor su 0°C'ye soğutulduğunda her zaman buza dönüşür... bazı istisnalar dışında! Böyle bir durumun bir örneği, çok saf suyun donma noktasının altına soğutulduğunda bile sıvı kalma özelliği olan aşırı soğutmadır. Bu fenomen, ortamın buz kristallerinin oluşumunu tetikleyebilecek kristalizasyon merkezleri veya çekirdekleri içermemesi nedeniyle mümkün olmaktadır. Ve böylece su, sıfır santigrat derecenin altına soğutulduğunda bile sıvı halde kalır.
Kristalleşme süreciörneğin gaz kabarcıkları, yabancı maddeler (kirletici maddeler) veya kabın düzgün olmayan yüzeyi nedeniyle meydana gelebilir. Onlar olmadan su sıvı halde kalacaktır. Kristalleşme süreci başladığında aşırı soğumuş suyun anında buza dönüşmesini izleyebilirsiniz.
"Aşırı ısıtılmış" suyun, kaynama noktasının üzerinde ısıtıldığında bile sıvı kaldığını unutmayın.
3. Suyun 19 hali
Hiç tereddüt etmeden suyun kaç farklı hali olduğunu söyleyin? Üçünü yanıtladıysanız: katı, sıvı, gaz, o zaman yanılıyorsunuz. Bilim adamları suyun sıvı halde en az 5 farklı durumunu, donmuş halde ise 14 durumunu birbirinden ayırıyor.
Süper soğutulmuş su hakkındaki konuşmayı hatırlıyor musunuz? Yani ne yaparsanız yapın, -38 °C'de en saf, aşırı soğutulmuş su bile aniden buza dönüşecektir. Sıcaklık daha da düşerse ne olacak? -120 °C'de suya tuhaf bir şey olmaya başlar: melas gibi süper viskoz veya viskoz hale gelir ve -135 °C'nin altındaki sıcaklıklarda kristal yapıya sahip olmayan katı bir madde olan "camsı" veya "camsı" suya dönüşür. .
4. Su fizikçileri şaşırtıyor
Moleküler düzeyde su daha da şaşırtıcıdır. 1995 yılında bilim insanları tarafından yürütülen bir nötron saçılım deneyi beklenmedik bir sonuç verdi: Fizikçiler, su moleküllerini hedef alan nötronların beklenenden %25 daha az hidrojen protonu "gördüğünü" keşfettiler.
Bir attosaniye (10-18 saniye) hızında olağandışı bir kuantum etkisinin meydana geldiği ve bunun yerine suyun kimyasal formülünün meydana geldiği ortaya çıktı. H2O, H1.5O olur!
5. Su hafızası
Resmi ilaca alternatif homeopati bir ilacın seyreltik çözeltisinin, seyreltme faktörü çok büyük olsa ve çözeltide su molekülleri dışında hiçbir şey kalmasa bile, vücut üzerinde iyileştirici bir etkiye sahip olabileceğini belirtmektedir. Homeopatinin savunucuları bu paradoksu " su hafızası“, buna göre moleküler seviyedeki su, bir zamanlar içinde çözünmüş olan maddenin bir “hafızasına” sahiptir ve içinde tek bir bileşen molekülü kalmadığında orijinal konsantrasyondaki çözeltinin özelliklerini korur.
Homeopatinin ilkelerini eleştiren Belfast Queen's Üniversitesi'nden Profesör Madeleine Ennis'in liderliğindeki bilim adamlarından oluşan uluslararası bir ekip, 2002 yılında bu kavramı kesin olarak çürütmek için bir deney gerçekleştirdi. Sonuç tam tersi oldu. Bunun ardından bilim insanları etkinin gerçekliğini kanıtlayabildiklerini belirttiler” su hafızası" Ancak bağımsız uzmanların gözetiminde yapılan deneyler sonuç vermedi. Fenomenin varlığına ilişkin anlaşmazlıklar " su hafızası"devam ediyor.
Suyun bu makalede bahsetmediğimiz pek çok olağandışı özelliği vardır. Örneğin suyun yoğunluğu sıcaklığa bağlı olarak değişir (buzun yoğunluğu suyun yoğunluğundan azdır); suyun oldukça yüksek bir yüzey gerilimi vardır; Sıvı halde su, karmaşık ve dinamik olarak değişen su kümeleri ağıdır ve suyun yapısını vb. etkileyen kümelerin davranışıdır.
Bunlar ve diğer pek çok beklenmedik özellik hakkında su“ başlıklı makalede okunabilir Suyun anormal özellikleri”, Londra Üniversitesi profesörü Martin Chaplin tarafından yazılmıştır.
Mpemba etkisi veya sıcak su neden soğuk sudan daha hızlı donar? 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 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. 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. 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. 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 soğutma, buharlaşma, buz oluşumu, konveksiyon veya sıvılaştırılmış gazların su üzerindeki etkisindeki fark. 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 etkisinin bazı açıklamaları şunlardır: Buharlaşma Sıcak su bir 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. Buharlaşmanın etkisi çift yönlüdür. 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 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. Soğuk ve sıcak su katmanlarının konveksiyon süreciyle ayrıldığı yönündeki bu hipotezi doğrulayan deneysel veriler. 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. Isı iletkenliği Bu mekanizma, suyun buzdolabının dondurucu bölmesine 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 dolu bir kap, altındaki karı eritmez. 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 suyun aşırı soğumasının 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, sıcak suyun daha az kristalizasyon merkezi nedeniyle daha fazla aşırı soğutma elde edebildiğine ilişkin 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
