Mpemba efekt(Mpemba paradoks) - paradoks, mis ütleb, et kuum vesi külmub teatud tingimustel kiiremini kui külm vesi, kuigi peab külmumisprotsessi ajal läbima külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne fakt, mis on vastuolus tavapäraste kontseptsioonidega, mille kohaselt kulub kuumemal kehal samadel tingimustel jahtumine teatud temperatuurini kauem kui vähem kuumutatud kehal samale temperatuurile.
Seda nähtust märkasid toona Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal leidis Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm.
Tansaanias Magamba keskkooli õpilasena tegi Erasto Mpemba praktilisi kokandustöid. Tal oli vaja teha kodust jäätist - keeta piim, lahustada selles suhkur, jahutada toatemperatuurini ja seejärel külmkappi külmuda. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja ta viivitas ülesande esimese osa täitmisega. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmutas see isegi varem kui tema kaaslaste piim, mis oli valmistatud vastavalt antud tehnoloogiale.
Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka tavalise veega. Igal juhul, olles juba Mkvavskaja keskkooli õpilane, esitas ta Dar D Salami ülikoolikolledži professor Dennis Osborne'ile (direktori kutsutud õpilastele füüsikaloengut pidama) küsimuse konkreetselt vee kohta: „Kui võtame kaks identset anumat võrdse koguse veega, nii et ühes neist on vee temperatuur 35 ° C ja teises - 100 ° C, ja paneme need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? " Osborne hakkas selle teema vastu huvi tundma ja peagi avaldas ta koos Mpembaga 1969. aastal oma katsete tulemused ajakirjas "Physics Education". Sellest ajast alates nimetatakse nende avastatud efekti Mpemba efekt.
Siiani ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühtegi versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused sel juhul rolli mängivad: erinevus ülejahutamisel, aurustumisel, jää tekkimisel, konvektsioonil või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid.
Mpemba efekti paradoks on see, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peaks olema proportsionaalne selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja sellest ajast alates on seda praktikas korduvalt kinnitatud. Selle tulemusel jahtub vesi temperatuuriga 100 ° C temperatuurini 0 ° C kiiremini kui sama kogus vett, mille temperatuur on 35 ° C.
See aga ei viita veel paradoksile, kuna Mpemba efekti saab seletada tuntud füüsika raames. Siin on mõned Mpemba efekti selgitused:
Aurustumine
Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu, ja väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini. 100 ° C -ni kuumutatud vesi kaotab 0% -ni jahutades oma massist 16%.
Aurustumisefekt - kahekordne efekt. Esiteks vähendatakse jahutamiseks vajaliku vee hulka. Ja teiseks, temperatuur väheneb tänu sellele, et veefaasilt aurufaasile ülemineku aurustumissoojus väheneb.
Temperatuuri erinevus
Tulenevalt asjaolust, et sooja vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem - seetõttu on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini.
Hüpotermia
Kui vesi jahutatakse alla 0 C, ei külmuta see alati. Mõnel juhul võib see alajahtuda, jäädes vedelaks temperatuuril, mis jääb allapoole külmumistemperatuuri. Mõnel juhul võib vesi jääda vedelaks isegi temperatuuril -20 ° C.
Selle efekti põhjus on see, et esimeste jääkristallide tekkimiseks on vaja kristallide moodustumise keskusi. Kui neid vedelas vees ei esine, jätkub hüpotermia, kuni temperatuur langeb nii palju, et kristallid hakkavad spontaanselt tekkima. Kui nad hakkavad moodustuma ülejahutatud vedelikus, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades jäälõhna, mis külmutades moodustab jää.
Kuum vesi on hüpotermia suhtes kõige vastuvõtlikum, kuna selle kuumutamisel eemaldatakse lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused.
Miks põhjustab hüpotermia kuuma vee kiiremat külmumist? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, juhtub järgmine. Sel juhul moodustub anuma pinnale õhuke jääkiht. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning hoiab ära edasise aurustumise. Sel juhul on jääkristallide moodustumise kiirus aeglasem. Kuuma vee puhul, mis allub ülejahutamisele, ei ole ülejahutatud veel kaitsvat jääkihti. Seetõttu kaotab see avatud katte kaudu soojust palju kiiremini.
Kui alajahtumisprotsess lõpeb ja vesi külmub, kaob palju rohkem soojust ja seetõttu tekib rohkem jääd.
Paljud selle mõju uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat.
Konvektsioon
Külm vesi hakkab ülevalt külmuma, halvendades sellega soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning seega ka soojuskadu, samal ajal kui kuum vesi hakkab alt külmuma.
Seda mõju seletatakse veetiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 ° C juures. Kui jahutate vee temperatuurini 4 ° C ja panete selle madalamale temperatuurile, külmub veepind kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui temperatuuril 4 ° C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendes tingimustes moodustub veepinnale lühikeseks ajaks õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, mis kaitseb vee alumisi kihte, mis jäävad temperatuurile 4 C. , on edasine jahutusprotsess aeglasem.
Kuuma vee puhul on olukord sootuks teine. Pinnane veekiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuri erinevuse tõttu kiiremini. Lisaks on külma vee kihid tihedamad kui sooja vee kihid, mistõttu külm veekiht vajub alla, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline vee ringlus tagab kiire temperatuuri languse.
Aga miks see protsess ei saavuta tasakaalupunkti? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatenurgast tuleks eeldada, et külm ja kuum veekiht on eraldatud ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast seda, kui keskmine veetemperatuur langeb alla 4 ° C.
Siiski ei ole eksperimentaalseid andmeid, mis toetaksid seda hüpoteesi, et külm ja kuum veekiht on konvektsiooniga eraldatud.
Vees lahustunud gaasid
Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase - hapnikku ja süsinikdioksiidi. Need gaasid võivad vähendada vee külmumistemperatuuri. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees kõrgel temperatuuril on madalam. Seetõttu on kuuma vee jahutamisel selles alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord peamiseks Mpemba efekti selgitamisel, kuigi seda fakti kinnitavaid eksperimentaalseid andmeid pole.
Soojusjuhtivus
See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse külmutuskambrisse sügavkülmikusse väikestes mahutites. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma veega mahuti sulab selle all sügavkülmiku jää, parandades seeläbi termilist kontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Selle tulemusena eemaldatakse soojus kuuma veega mahutist kiiremini kui külmast veest. Omakorda külma veega anum selle all lund ei sula.
Kõiki neid (nagu ka teisi) tingimusi on uuritud paljudes katsetes, kuid ühest vastust küsimusele - millised neist tagavad Mpemba efekti sajaprotsendilise reprodutseerimise - pole saadud.
Näiteks 1995. aastal uuris saksa füüsik David Auerbach vee ülejahutamise mõju sellele mõjule. Ta leidis, et kuum vesi, jõudes ülejahutatud olekusse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi, mis tähendab kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelmise viivituse.
Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varem saadud andmetega, mille kohaselt võib kuum vesi vähem kristallimiskeskuste tõttu saavutada rohkem ülejahutamist. Vee kuumutamisel eemaldatakse sellest lahustunud gaasid ja selle keetmisel sadenevad mõned selles lahustunud soolad.
Siiani saab väita vaid üht - selle efekti taasesitamine sõltub sisuliselt katse läbiviimise tingimustest. Just sellepärast, et seda ei reprodutseerita alati.
Tundub, et vana hea valem H 2 O ei sisalda saladusi. Kuid tegelikult on vesi - elu allikas ja maailma kuulsaim vedelik - täis paljusid saladusi, mida mõnikord isegi teadlased ei suuda lahendada.
Siin on 5 kõige huvitavamat fakti vee kohta:
1. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi
Võtke kaks anumat vett: valage kuuma vett ühte ja külma vett teise ja asetage need sügavkülma. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, kuigi loogiliselt võttes oleks külm vesi pidanud esimesena jääks muutuma: lõppude lõpuks peab kuum vesi kõigepealt jahtuma külma temperatuurini ja seejärel jääks, samal ajal kui külm vesi ei vaja rahune maha. Miks see juhtub?
1963. aastal märkas Tansaania keskkooliõpilane Erasto B. Mpemba valmisjäätise külmutamisel, et kuum segu külmub sügavkülmas kiiremini kui külm. Kui noormees oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, naeris ta tema üle ainult. Õnneks oli õpilane visa ja veenis õpetajat läbi viima eksperimendi, mis kinnitas tema avastust: teatud tingimustes külmub soe vesi tõesti kiiremini kui külm vesi.
Nüüd nimetatakse seda nähtust, et kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, "Mpemba efektiks". Tõsi, juba ammu enne seda unikaalset vee omadust märkisid Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes.
Teadlased ei mõista siiani selle nähtuse olemust täielikult, selgitades seda kas hüpotermia, aurustumise, jää tekkimise, konvektsiooni erinevuse või veeldatud gaaside mõju tõttu kuumale ja külmale veele.
Märkus Х.RU -st teemale "Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi".
Kuna külmutusküsimused on meile lähemal, külmikud, siis laseme end süveneda selle probleemi olemusse ja anname kaks arvamust sellise salapärase nähtuse olemuse kohta.
1. Washingtoni ülikooli teadlane pakkus selgitust salapärasele nähtusele, mis oli teada juba Aristotelese ajast: miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.
Nähtust nimega Mpemba efekt kasutatakse praktikas laialdaselt. Näiteks soovitavad eksperdid autojuhtidel valada talvel pesumasinasse külma, mitte kuuma vett. Kuid mis selle nähtuse aluseks on, jäi pikka aega teadmata.
Dr Jonathan Katz Washingtoni ülikoolist uuris seda nähtust ja jõudis järeldusele, et vees lahustunud ained, mis kuumutamisel sadenevad, mängivad olulist rolli, vahendab EurekAlert.
Lahustunud ainete all viitab dr Katz karedas vees leiduvatele kaltsiumi- ja magneesiumvesinikkarbonaatidele. Vee kuumutamisel ladestuvad need ained, moodustades veekeetja seintele katlakivi. Vesi, mida pole kunagi kuumutatud, sisaldab neid lisandeid. Külmumisel ja jääkristallide tekkimisel suureneb lisandite kontsentratsioon vees 50 korda. See alandab vee külmumistemperatuuri. "Ja nüüd peab vesi veel jahtuma, et külmuda," selgitab dr Katz.
On veel üks põhjus, mis takistab kuumutamata vee külmumist. Vee külmumistemperatuuri alandamine vähendab temperatuuri erinevust tahke ja vedela faasi vahel. "Kuna vee soojuse kaotamise kiirus sõltub sellest temperatuuride erinevusest, jahtub kuumutamata vesi halvemini," ütleb dr Katz.
Teadlase sõnul saab tema teooriat katsetada eksperimentaalselt, sest karedama vee korral muutub Mpemba efekt tugevamaks.
2. Hapnik pluss vesinik pluss külm teeb jääd. Esmapilgul tundub see läbipaistev aine väga lihtne. Tegelikkuses on jääl palju saladusi. Aafrika Erasto Mpemba loodud jää ei unistanud kuulsusest. Kuumad päevad olid. Ta tahtis jääpurikaid. Ta võttis paki mahla ja pani selle sügavkülma. Ta tegi seda rohkem kui üks kord ja märkas seetõttu, et mahl külmub eriti kiiresti, kui hoiate seda eelnevalt päikese käes - see on tõesti kuum! See on kummaline, arvas Tansaania koolipoiss, kes käitus vastupidiselt maisele tarkusele. Tõesti, et vedelik kiiremini jääks muutuks, tuleb see kõigepealt ... kuumutada? Noormees oli nii üllatunud, et jagas õpetajaga oma oletust. Ta teatas sellest uudishimust ajakirjanduses.
See lugu juhtus juba eelmise sajandi kuuekümnendatel aastatel. Nüüd on "Mpemba efekt" teadlastele hästi teada. Kuid pikka aega jäi see näiliselt lihtne nähtus saladuseks. Miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?
Füüsik David Auerbach leidis lahenduse alles 1996. aastal. Sellele küsimusele vastamiseks tegi ta terve aasta katse: kuumutas klaasis vett ja jahutas uuesti. Mida ta siis teada sai? Kuumutamisel aurustuvad vees lahustunud õhumullid. Gaasivaba vesi külmub anuma seintel kergemini. "Loomulikult külmub ka kõrge õhusisaldusega vesi," ütleb Auerbach, "kuid mitte null kraadi Celsiuse järgi, vaid ainult miinus nelja -kuue kraadi juures." Ilmselgelt võtab ootamine kauem aega. Niisiis, kuum vesi külmub enne külma vett, see on teaduslik fakt.
Vaevalt leidub ainet, mis ilmuks meie silme ette sama hõlpsalt kui jää. See koosneb ainult veemolekulidest - st elementaarsetest molekulidest, mis sisaldavad kahte vesinikuaatomit ja ühte hapnikku. Jää on aga vaieldamatult kõige salapärasem aine universumis. Teadlased ei ole veel suutnud selgitada mõningaid selle omadusi.
2. Ülejahutamine ja "kohene" külmutamine
Kõik teavad, et 0 ° C -ni jahtudes muutub vesi alati jääks ... välja arvatud mõnel juhul! Selline juhtum on näiteks "ülejahutamine", mis on väga puhta vee omadus jääda vedelaks ka siis, kui see on jahtunud allapoole külmumistemperatuuri. See nähtus saab võimalikuks tänu sellele, et keskkond ei sisalda kristalliseerumiskeskusi ega -tuumasid, mis võivad provotseerida jääkristallide teket. Seetõttu jääb vesi vedelaks isegi siis, kui see on jahtunud temperatuurini alla nulli. Kristallimisprotsessi võivad käivitada näiteks gaasimullid, lisandid (lisandid) või anuma ebaühtlane pind. Ilma nendeta jääb vesi vedelaks. Kui kristallimisprotsess algab, saate jälgida, kuidas ülejahutatud vesi muutub koheselt jääks.
Vaadake Phil Medina videot (2 901 KB, 60 sek) (www.mrsciguy.com) ja veenduge selles >>
Kommenteeri.Ülekuumendatud vesi jääb ka vedelaks, isegi kuumutamisel temperatuurini üle keemistemperatuuri.
3. "Klaasist" vesi
Nimetage kiiresti ja kõhklemata, kui palju erinevaid olekuid on vees?
Kui vastasite kolmele (tahke, vedel, gaasiline), siis eksite. Teadlased eristavad vähemalt 5 erinevat vedela vee ja 14 jää olekut.
Mäletate vestlust ülejahutatud vee kohta? Niisiis, ükskõik, mida te teete, muutub temperatuuril -38 ° C isegi kõige puhtam ülejahutatud vesi järsku jääks. Mis juhtub edasise vähenemisega
temperatuur? -120 ° C juures hakkab veega juhtuma midagi imelikku: see muutub väga viskoosseks või viskoosseks, nagu melass, ja temperatuuril alla -135 ° C muutub see klaas- või klaasveeks -tahke aine, millest puudub kristalne struktuur.
4. Vee kvantomadused
Molekulaarsel tasandil on vesi veelgi üllatavam. 1995. aastal andis teadlaste poolt läbi viidud neutronite hajumiskatse ootamatu tulemuse: füüsikud leidsid, et veemolekulidele suunatud neutronid "näevad" oodatust 25% vähem vesiniku prootoneid.
Selgus, et kiirusega üks attosekund (10 -18 sekundit) toimub ebatavaline kvantmõju ja vee keemiline valem tavapärase - H 2 O - asemel muutub H 1,5 O!
5. Kas veel on mälu?
Homöopaatia, alternatiiv ametlikule meditsiinile, väidab, et ravimi lahjendatud lahusel võib olla kehale tervendav toime, isegi kui lahjendustegur on nii suur, et lahusesse ei jää muud kui veemolekulid. Homöopaatia pooldajad selgitavad seda paradoksi mõistega, mida nimetatakse "vee mälestuseks", mille kohaselt on molekulaarsel veel "mälu" ainest, mis selles kunagi lahustati ja säilitab lahuse omadused esialgse kontsentratsiooni järel pärast seda. sellesse ei jää ainsatki koostisosa molekuli.
Rahvusvaheline teadlaste rühm Belfasti kuninganna ülikooli professori Madeleine Ennise juhtimisel, kes kritiseeris homöopaatia põhimõtteid, korraldas 2002. aastal eksperimendi, et see mõiste lõplikult ümber lükata. Mida teadlaste sõnul suudeti tõestada "vee mälu" mõjust. Kuid sõltumatute ekspertide järelevalve all tehtud katsed pole tulemusi andnud. Vaidlused "vee mälu" fenomeni olemasolu üle jätkuvad.
Veel on palju muid ebatavalisi omadusi, mida me pole käesolevas artiklis käsitlenud.
Kirjandus.
1.5 Tõesti imelikud asjad vee kohta/http://www.neatorama.com.
2. Vee salapära: Aristotelese-Mpemba efekti teooria on loodud/http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Elutu looduse saladused. Universumi kõige salapärasem aine/http://www.bibliotekar.ru.
Tundub ilmne, et külm vesi külmub kiiremini kui kuum vesi, kuna võrdsetel tingimustel kulub sooja vee jahtumiseks ja seejärel külmutamiseks kauem aega. Kuid tuhandeid aastaid kestnud vaatlused ja tänapäevased katsed on näidanud, et ka vastupidi: teatud tingimustes külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi. Teaduskanal Sciencium selgitab seda nähtust:
Nagu ülaltoodud videos selgitatud, on nähtus, et kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, tuntud kui Mpemba efekt, mis on nime saanud Tansaania õpilase Erasto Mpemba järgi, kes valmistas 1963. aastal kooliprojekti raames jäätist. Õpilased pidid koore ja suhkru segu keema ajama, laskma jahtuda ja seejärel sügavkülma panema.
Selle asemel pani Erasto oma segu kohe kuuma peale, ootamata jahtumist. Selle tulemusena oli tema segu 1,5 tunni pärast juba külmunud, kuid teiste õpilaste segud mitte. Nähtusest huvitatud, hakkas Mpemba seda asja uurima koos füüsikaprofessori Denis Osborne’iga ning 1969. aastal avaldasid nad artikli, milles teatasid, et soe vesi külmub kiiremini kui külm vesi. See oli esimene eelretsenseeritud selline uuring, kuid nähtust ennast mainitakse Aristotelese artiklites, mis pärinevad 4. sajandist eKr. NS. Francis Bacon ja Descartes märkisid seda nähtust ka oma uuringutes.
Videol on mitu võimalust toimuva selgitamiseks:
- Pakane on dielektrik ja seetõttu salvestab külm külm vesi soojust paremini kui soe klaas, mis sulab sellega kokkupuutel jää
- Külmas vees on rohkem lahustunud gaase kui soojas vees ning teadlased oletavad, et see võib mängida rolli jahutamiskiiruses, kuigi pole veel selge, kuidas
- Kuum vesi kaotab aurustumise tõttu rohkem veemolekule, seega jääb külmutamiseks vähem
- Sooja vett saab kiiremini jahutada, suurendades konvektsioonivoolu. Need hoovused tekivad seetõttu, et esiteks jahtub klaasis olev vesi pinnal ja külgedel, põhjustades külma vee vajumise ja kuuma tõusu. Soojas klaasis on konvektiivvoolud aktiivsemad, mis võivad mõjutada jahutuskiirust.
Kuid 2016. aastal viidi läbi hoolikalt kontrollitud uuring, mis näitas vastupidist: kuum vesi külmutas palju aeglasemalt kui külm vesi. Samal ajal märkasid teadlased, et termopaari - temperatuuri langusi määrava seadme - asukoha muutmine vaid sentimeetri võrra toob kaasa Mpemba efekti. Teiste sarnaste tööde uurimine näitas, et kõigil juhtudel, kui seda efekti täheldati, esines termopaari nihe sentimeetri piires.
Vesi on üks hämmastavamaid vedelikke maailmas, millel on ebatavalised omadused. Näiteks jää on vedeliku tahke olek, sellel on madalam erikaal kui veel endal, mis muutis elu tekkimise ja arengu Maal mitmel viisil võimalikuks. Lisaks arutletakse pseudoteaduslikus ja isegi teadusmaailmas selle üle, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Igaüks, kes tõestab kuumade vedelike kiiremat külmutamist teatud tingimustel ja põhjendab oma otsust teaduslikult, saab Briti kuningliku keemikute ühingu preemia 1000 naela.
Küsimuse ajalugu
Asjaolu, et kui mitmed tingimused on täidetud, on soe vesi külmumisastme poolest kiirem kui külm vesi, märgati keskajal. Francis Bacon ja René Descartes on selle nähtuse selgitamiseks palju vaeva näinud. Kuid klassikalise küttetehnika seisukohast ei saa seda paradoksi seletada ja nad üritasid sellest häbelikult vaikida. Vaidluse jätkamise ajendiks oli mõnevõrra kurioosne lugu, mis juhtus Tansaania koolipoisi Erasto Mpembaga 1963. aastal. Kord, kokkade koolis magustoitude valmistamise tunnis, ei olnud poisil kõrvalistest asjadest hajameelselt aega jäätisesegu õigel ajal maha jahutada ja külmkapis kuum suhkrulahus piimas panna. Tema üllatuseks jahtus toode veidi kiiremini kui tema kaaspraktikud, jälgides jäätise valmistamise temperatuurirežiimi.
Püüdes mõista nähtuse olemust, pöördus poiss oma füüsikaõpetaja poole, kes detailidesse laskumata naeruvääristas tema kulinaarseid katseid. Erastot eristas aga kadestamisväärne püsivus ja ta jätkas katseid mitte enam piima, vaid veega. Ta oli veendunud, et mõnel juhul külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi.
Pärast Dar es Salaami ülikooli astumist osales Erasto Mpembe professor Dennis G. Osborne'i loengul. Pärast kooli lõpetamist tekitas õpilane teadlasel probleeme vee külmumise kiiruse probleemiga sõltuvalt selle temperatuurist. D.G. Osborne naeruvääristas küsimust ennast, nentides aplausiga, et iga vaene õpilane teab, et külm vesi külmub kiiremini. Noormehe loomulik kangekaelsus andis aga tunda. Ta tegi professoriga kihlveo, soovitades siin, laboris, teha katseline test. Erasto asetas sügavkülmikusse kaks anumat vett, ühe temperatuuril 95 ° F (35 ° C) ja teise temperatuuril 212 ° F (100 ° C). Kujutage ette professori ja ümbritsevate "fännide" üllatust, kui teise anuma vesi külmub kiiremini. Sellest ajast alates nimetatakse seda nähtust "Mpemba paradoksiks".
Kuid siiani puudub ühtne teoreetiline hüpotees, mis selgitaks "Mpemba paradoksi". Pole selge, millised välised tegurid, vee keemiline koostis, selles lahustunud gaaside ja mineraalide olemasolu mõjutavad vedelike külmumiskiirust erinevatel temperatuuridel. "Mpemba efekti" paradoks seisneb selles, et see on vastuolus ühe I. Newtoni avastatud seadusega, mis väidab, et vee jahtumisaeg on otseselt proportsionaalne vedeliku ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Ja kui kõik muud vedelikud järgivad seda seadust täielikult, on vesi mõnel juhul erand.
Miks kuum vesi külmub kiireminiT
On mitmeid versioone, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Peamised neist on:
- kuum vesi aurustub kiiremini, samal ajal kui selle maht väheneb, ja väiksem vedeliku maht jahtub kiiremini - kui vesi jahutatakse temperatuurilt + 100 ° C kuni 0 ° C, ulatuvad mahukaod atmosfäärirõhul 15%-ni;
- vedeliku ja keskkonna vahelise soojusvahetuse intensiivsus on seda suurem, seda suurem on temperatuuride vahe, seetõttu mööduvad keeva vee soojuskaod kiiremini;
- kuuma vee jahtumisel moodustub selle pinnale jääkoorik, mis takistab vedeliku täielikku külmumist ja selle aurustumist;
- vee kõrgel temperatuuril toimub selle konvektsioonisegu, mis vähendab külmumisaega;
- vees lahustunud gaasid alandavad külmumistemperatuuri, võttes kristalliseerumiseks energiat - kuumas vees pole lahustunud gaase.
Kõiki neid tingimusi on korduvalt eksperimentaalselt testitud. Eelkõige avastas saksa teadlane David Auerbach, et kuuma vee kristalliseerumistemperatuur on veidi kõrgem kui külma vee oma, mis võimaldab esimesel külmuda kiiremini. Hiljem aga kritiseeriti tema katseid ja paljud teadlased on veendunud, et "Mpemba efekti", mille kohta vesi külmub kiiremini - kuum või külm, saab reprodutseerida ainult teatud tingimustel, mille otsimise ja täpsustamisega pole siiani keegi tegelenud.
Selles artiklis vaatleme küsimust, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.
Kuum vesi külmub palju kiiremini kui külm vesi! See vee hämmastav omadus, mille kohta teadlased täpset selgitust ei leia, on tuntud juba iidsetest aegadest. Näiteks isegi Aristoteleses on talvise kalapüügi kirjeldus: kalurid sisestasid õngeritvad jääaukudesse ja nii, et need pigem külmuksid, valasid jääle sooja vett. Selle nähtuse nime andis Erasto Mpemba nimi XX sajandi 60ndatel. Mnemba märkas jäätist valmistades kummalist mõju ja pöördus selgituse saamiseks oma füüsikaõpetaja dr Denis Osborne poole. Mpemba ja dr Osborne katsetasid erineva temperatuuriga veega ja jõudsid järeldusele, et peaaegu keev vesi hakkab külmuma palju kiiremini kui toatemperatuuril olev vesi. Teised teadlased tegid oma katseid ja said iga kord sarnaseid tulemusi.
Füüsilise nähtuse selgitus
Puudub üldtunnustatud selgitus, miks see nii on. Paljud teadlased väidavad, et see kõik puudutab vedeliku hüpotermiat, mis tekib siis, kui selle temperatuur langeb alla külmumispunkti. Teisisõnu, kui vesi külmub temperatuuril alla 0 ° C, võib ülejahutatud vee temperatuur olla näiteks -2 ° C ja see võib samal ajal jääda vedelaks jääks muutmata. Kui proovime külma vett külmutada, on võimalus, et see jahtub esmalt üle ja kõveneb alles mõne aja pärast. Muud protsessid toimuvad kuumutatud vees. Selle kiirem muutumine jääks on seotud konvektsiooniga.
Konvektsioon- see on füüsiline nähtus, mille korral vedeliku soojad alumised kihid tõusevad ja ülemised, jahtunud, laskuvad.
