Mpemba efekt(Mpemba paradoks) on paradoks, mis seda väidab kuum vesi Teatud tingimustel külmub see kiiremini kui külm vesi, kuigi peab külmumise ajal ületama külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne tõsiasi, mis on vastuolus tavapäraste ideedega, mille kohaselt kulub samades tingimustes rohkem kuumutatud kehal teatud temperatuurini jahtumiseks rohkem aega kui vähem kuumenenud kehal sama temperatuurini jahtumiseks.
Seda nähtust märkasid omal ajal Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal avastas Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm.
Olles Magambinskaja õpilane Keskkool Tansaanias tegi Erasto Mpemba praktiline töö toiduvalmistamisel. Tal oli vaja teha omatehtud jäätist – keeta piim, lahustada selles suhkur, jahutada toatemperatuurile ja panna siis külmkappi tarduma. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja viivitas ülesande esimese osa täitmisega. Kartes, et tunni lõpuks ei jõua, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui etteantud tehnoloogia järgi valmistatud seltsimeeste piim.
Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka piimaga puhas vesi. Igal juhul küsis ta juba Mkwava keskkooli õpilasena professor Dennis Osborne’ilt Dar Es Salaami ülikooli kolledžist (kooli direktor kutsus õpilastele füüsika loengut pidama) konkreetselt vee kohta: „Kui võtate kaks identset anumat võrdse veekogusega nii, et ühes neist oleks vee temperatuur 35 °C ja teises - 100 °C, ja asetage need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? Osborne tundis selle probleemi vastu huvi ja peagi, 1969. aastal, avaldas ta koos Mpembaga oma katsete tulemused ajakirjas Physics Education. Sellest ajast alates on nende avastatud efekti kutsutud Mpemba efekt.
Seni ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühest versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused mängivad antud juhul rolli: erinevus ülejahutuses, aurustumises, jää tekkimises, konvektsioonis või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid.
Mpemba efekti paradoks seisneb selles, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peaks olema võrdeline selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja seda on hiljem praktikas korduvalt kinnitatud. Selle mõjul jahtub vesi temperatuuriga 100 °C temperatuurini 0 °C kiiremini kui sama kogus vett temperatuuriga 35 °C.
See aga ei tähenda veel paradoksi, kuna Mpemba efekti saab seletada tuntud füüsika raames. Siin on mõned selgitused Mpemba efekti kohta:
Aurustumine
Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu ning väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini. 100 C-ni kuumutatud vesi kaotab temperatuurini 0 C jahutamisel 16% oma massist.
Aurustumisefekt on kahekordne efekt. Esiteks väheneb jahutamiseks vajaliku vee mass. Ja teiseks, temperatuur langeb tänu sellele, et veefaasist aurufaasi ülemineku aurustumissoojus väheneb.
Temperatuuri erinevus
Temperatuuride erinevuse tõttu kuum vesi ja seal on rohkem külma õhku - seetõttu on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini.
Hüpotermia
Kui vesi jahtub alla 0 C, ei jäätu see alati. Teatud tingimustel võib see ülejahtuda, jäädes külmumistemperatuurist madalamal temperatuuril vedelaks. Mõnel juhul võib vesi jääda vedelaks isegi temperatuuril –20 C.
Selle efekti põhjuseks on see, et esimeste jääkristallide tekkeks on vaja kristallide moodustumise keskusi. Kui neid vedelas vees ei ole, jätkub ülejahutamine seni, kuni temperatuur langeb piisavalt, et kristallid tekiksid spontaanselt. Kui nad hakkavad ülejahutatud vedelikus moodustuma, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades lörtsijää, mis külmub jääks.
Kuum vesi on kõige vastuvõtlikum hüpotermiale, kuna selle kuumutamine eemaldab lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused.
Miks hüpotermia tõttu kuum vesi kiiremini külmub? Juhul kui külm vesi, mis ei ole ülejahutatud, ilmneb järgmine. Sel juhul õhuke kiht anuma pinnale tekib jää. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning takistab edasist aurustumist. Jääkristallide moodustumise kiirus on sel juhul väiksem. Ülejahutusega kuuma vee korral ei ole ülejahutatud veel kaitsvat jääkihti. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu soojust palju kiiremini.
Kui ülejahutusprotsess lõpeb ja vesi külmub, läheb palju kaduma. rohkem soojust ja seetõttu tekib rohkem jääd.
Paljud selle efekti uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat.
Konvektsioon
Külm vesi hakkab külmuma ülalt, halvendades seeläbi soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning seega ka soojuskadu, samas kui kuum vesi hakkab külmuma altpoolt.
Seda mõju seletatakse vee tiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Kui jahutada vesi temperatuurini 4 C ja panna see madalamale temperatuurile, külmub vee pindmine kiht kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui vesi temperatuuril 4 C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendel tingimustel tekib veepinnale lühikese aja jooksul õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, kaitstes alumisi veekihte, mille temperatuur püsib 4 C juures. Seetõttu on edasine jahutusprotsess aeglasem.
Kuuma vee puhul on olukord hoopis teine. Vee pinnakiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuride erinevuse tõttu kiiremini. Lisaks on külma vee kihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külma vee kiht vajub alla, tõstes sooja vee kihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse.
Aga miks see protsess ei jõua tasakaalupunkti? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatenurgast oleks vaja eeldada, et külm ja kuum veekiht eralduvad ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast keskmise veetemperatuuri langemist alla 4 C.
Siiski puuduvad eksperimentaalsed tõendid, mis toetaksid seda hüpoteesi, et külma ja kuuma veekihti eraldab konvektsiooniprotsess.
Vees lahustunud gaasid
Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase – hapnikku ja süsihappegaasi. Nendel gaasidel on võime alandada vee külmumistemperatuuri. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees on kõrge temperatuur allpool. Seetõttu sisaldab kuum vesi jahtudes alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord Mpemba efekti selgitamisel peamiseks, kuigi seda fakti kinnitavad eksperimentaalsed andmed puuduvad.
Soojusjuhtivus
See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui sügavkülmikusse asetatakse vesi. külmutuskamber väikestes konteinerites. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma vee anum sulatab selle all oleva sügavkülmiku jää, parandades seeläbi soojuskontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Tänu sellele eemaldatakse kuumaveenõust kuumus kiiremini kui külmast. Külma veega anum omakorda ei sulata alt lund.
Kõiki neid (nagu ka muid) tingimusi uuriti paljudes katsetes, kuid selget vastust küsimusele – milline neist tagab Mpemba efekti sajaprotsendilise taasesituse – ei saadud kunagi.
Näiteks 1995. aastal uuris saksa füüsik David Auerbach vee ülejahutuse mõju sellele efektile. Ta avastas, et kuum vesi, saavutades ülejahutuse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi ja seega kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelmise viivituse.
Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varasemate andmetega, mille kohaselt suutis kuum vesi saavutada suurema ülejahutuse tänu vähematele kristallisatsioonikeskustele. Vee kuumutamisel eemaldatakse sellest lahustunud gaasid, keetes sadestuvad mõned selles lahustunud soolad.
Praegu saab väita vaid üht – selle efekti taastootmine sõltub oluliselt katse läbiviimise tingimustest. Just sellepärast, et seda alati ei reprodutseerita.
Näib, et vana hea valem H 2 O ei sisalda saladusi. Kuid tegelikult on vesi – eluallikas ja maailma kuulsaim vedelik – täis palju mõistatusi, mida isegi teadlased ei suuda mõnikord lahendada.
Siin on 5 kõige enam huvitavaid fakte vee kohta:
1. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi
Võtame kaks anumat veega: ühte valage kuum vesi ja teise külm vesi ning asetage need sisse sügavkülmik. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, kuigi loogiliselt võttes oleks külm vesi pidanud esmalt jääks muutuma: kuum vesi peab ju esmalt jahtuma külma temperatuurini ja seejärel muutuma jääks, külm vesi aga ei pea jahtuma. Miks see juhtub?
1963. aastal külmutas Tansaanias keskkooliõpilane Erasto B. Mpemba jäätisesegu ja märkas, et kuum segu tahkub sügavkülmas kiiremini kui külm. Kui noormees oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, naeris ta tema üle ainult. Õnneks oli õpilane visa ja veenis õpetajat katset tegema, mis kinnitas tema avastust: teatud tingimustel külmub kuum vesi tegelikult kiiremini kui külm vesi.
Nüüd nimetatakse seda nähtust, kus kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, "Mpemba efektiks". Tõsi, ammu enne seda ainulaadne vara vett märkisid Aristoteles, Francis Bacon ja René Descartes.
Teadlased ei mõista siiani täielikult selle nähtuse olemust, selgitades seda kas ülejahutuse, aurustumise, jää moodustumise, konvektsiooni erinevusega või veeldatud gaaside mõjuga kuumale ja külmale veele.
X.RU märkus teemal "Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi."
Kuna jahutuse küsimused on meile, külmutusspetsialistidele, lähemal, siis lubame endal selle probleemi olemusse veidi süveneda ja anname selle olemuse kohta kaks arvamust. salapärane nähtus.
1. Washingtoni ülikooli teadlane on välja pakkunud seletuse Aristotelese ajast tuntud salapärasele nähtusele: miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.
Nähtust, mida nimetatakse Mpemba efektiks, kasutatakse praktikas laialdaselt. Näiteks soovitavad eksperdid autojuhtidel valada talvel pesuri reservuaari külma, mitte kuuma vett. Aga mis on selle nähtuse taga? pikka aega jäi teadmata.
Dr Jonathan Katz Washingtoni ülikoolist uuris seda nähtust ja jõudis järeldusele, et olulist rolli mängivad vees lahustunud ained, mis kuumutamisel sadestuvad, edastab EurekAlert.
All lahustatud ained dr. Katz viitab kaltsium- ja magneesiumvesinikkarbonaatidele, mida leidub kõvas vees. Vee kuumutamisel need ained sadestuvad, moodustades veekeetja seintele katlakivi. Vesi, mida pole kunagi kuumutatud, sisaldab neid lisandeid. Külmumisel ja jääkristallide moodustumisel suureneb lisandite kontsentratsioon vees 50 korda. Seetõttu väheneb vee külmumistemperatuur. "Ja nüüd peab vesi külmumiseks veelgi jahtuma," selgitab dr Katz.
On veel üks põhjus, mis takistab soojendamata vee külmumist. Vee külmumistemperatuuri alandamine vähendab tahke ja vedela faasi temperatuuride erinevust. "Kuna sellest temperatuuride erinevusest sõltub vee soojuskao kiirus, jahtub soojendamata vesi halvemini," kommenteerib dr Katz.
Teadlase sõnul saab tema teooriat katseliselt kontrollida, kuna Mpemba efekt muutub kargema vee puhul märgatavamaks.
2. Hapnik pluss vesinik pluss külm tekitab jääd. Esmapilgul tundub see läbipaistev aine väga lihtne. Tegelikkuses on jää täis palju saladusi. Aafriklase Erasto Mpemba loodud jää kuulsusele ei mõelnud. Päevad olid kuumad. Ta tahtis puuviljajää. Ta võttis mahlakarbi ja pani sügavkülma. Ta tegi seda rohkem kui korra ja seetõttu märkas, et mahl külmub eriti kiiresti, kui seda esmalt päikese käes hoida – see tõesti soojendab! See on kummaline, arvas Tansaania koolipoiss, kes käitus vastupidiselt maist tarkust. Kas tõesti on tõsi, et selleks, et vedelik muutuks kiiremini jääks, tuleb seda esmalt... kuumutada? Noormees oli nii üllatunud, et jagas oma oletust õpetajaga. Ta teatas sellest uudishimust ajakirjanduses.
See lugu juhtus eelmise sajandi kuuekümnendatel. Nüüd on "Mpemba efekt" teadlastele hästi teada. Kuid see pealtnäha lihtne nähtus jäi pikaks ajaks saladuseks. Miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?
Alles 1996. aastal leidis füüsik David Auerbach lahenduse. Sellele küsimusele vastamiseks viis ta läbi terve aasta kestnud katse: soojendas klaasis vett ja jahutas uuesti. Mida ta siis teada sai? Kuumutamisel vees lahustunud õhumullid aurustuvad. Gaasideta vesi külmub kergemini anuma seintele. "Loomulikult külmub ka kõrge õhusisaldusega vesi," ütleb Auerbach, "kuid mitte nullkraadi juures, vaid ainult miinus nelja kuni kuue kraadi juures." Muidugi peate kauem ootama. Niisiis, kuum vesi külmub enne külma vett, see on teaduslik fakt.
Vaevalt on ainet, mis ilmuks meie silme ette sama kergesti kui jää. See koosneb ainult veemolekulidest - see tähendab elementaarmolekulidest, mis sisaldavad kahte vesinikuaatomit ja ühte hapnikuaatomit. Jää on aga võib-olla kõige salapärasem aine universumis. Teadlased ei ole veel suutnud selgitada mõningaid selle omadusi.
2. Ülijahutus ja "hetk" külmutamine
Kõik teavad, et 0°C-ni jahutades muutub vesi alati jääks... välja arvatud mõnel juhul! Selline juhtum on näiteks "ülijahutus", mis on väga puhas vesi jääb vedelaks isegi siis, kui see jahutatakse alla külmumistemperatuuri. See nähtus on võimalik tänu sellele, et keskkond ei sisalda kristallisatsioonikeskusi ega tuumasid, mis võiksid käivitada jääkristallide moodustumise. Ja nii jääb vesi vedelaks ka siis, kui see jahutatakse alla null kraadi Celsiuse järgi. Kristalliseerumisprotsessi võivad käivitada näiteks gaasimullid, lisandid (saasteained), ebaühtlane pind konteinerid. Ilma nendeta jääb vesi vedelaks. Kui kristalliseerumisprotsess algab, saate vaadata, kuidas ülijahutatud vesi muutub koheselt jääks.
Vaadake Phil Medina (www.mrsciguy.com) videot (2901 KB, 60 sek) ja veenduge ise >>
kommenteerida.Ülekuumutatud vesi jääb vedelaks ka siis, kui seda kuumutatakse üle keemistemperatuuri.
3. "Klaasist" vesi
Nimetage kiiresti ja kõhklemata, kui palju erinevaid tingimusi kas see on vee lähedal?
Kui vastasid kolm (tahke, vedel, gaas), siis eksid. Teadlased tuvastavad vähemalt 5 erinevat vedela vee ja 14 jää olekut.
Kas mäletate vestlust ülijahutatud veest? Nii et ükskõik, mida teete, muutub -38 °C juures isegi kõige puhtam ülijahutatud vesi ootamatult jääks. Mis saab edasise langusega?
temperatuur? -120 °C juures hakkab veega juhtuma midagi kummalist: see muutub üliviskoosseks või viskoosseks nagu melass ja temperatuuril alla -135 °C muutub see "klaasjaks" või "klaasjaks" veeks. tahke, milles kristallstruktuur puudub.
4. Vee kvantomadused
Molekulaarsel tasandil on vesi veelgi üllatavam. 1995. aastal andis teadlaste läbiviidud neutronite hajumise katse ootamatu tulemuse: füüsikud avastasid, et veemolekulidele suunatud neutronid "näevad" oodatust 25% vähem vesiniku prootoneid.
Selgus, et kiirusel üks attosekund (10 -18 sekundit) oli ebatavaline kvantefekt, Ja keemiline valem vesi tavalise - H 2 O asemel, muutub H 1,5 O!
5. Kas veel on mälu?
Homöopaatia, alternatiiv ametlik meditsiin, märgib, et lahjendatud lahus ravimtoode saab pakkuda tervendav toime kehale, isegi kui lahjendustegur on nii kõrge, et lahusesse ei jää midagi peale veemolekulide. Homöopaatia pooldajad selgitavad seda paradoksi kontseptsiooniga, mida nimetatakse "veemäluks", mille kohaselt on vees molekulaarsel tasemel "mälu" ainest, kui see on selles lahustunud ja säilitab lahuse algse kontsentratsiooni omadused pärast mitte ühtki. koostisosa molekul jääb sellesse.
Rahvusvaheline teadlaste rühm eesotsas professor Madeleine Ennisega Belfasti ülikoolist, kes kritiseeris homöopaatia põhimõtteid, viis 2002. aastal läbi eksperimendi, et see kontseptsioon lõplikult ümber lükata. Tulemuseks oli teadlaste sõnul vastupidine suutsid tõestada “veemälu” efekti reaalsust, kuid sõltumatute ekspertide juhendamisel tehtud katsed ei toonud tulemusi.
Veel on palju muid ebatavalisi omadusi, millest me selles artiklis ei rääkinud.
Kirjandus.
1. 5 tõeliselt imelikku asja vee kohta / http://www.neatorama.com.
2. Vee mõistatus: loodi Aristotelese-Mpemba efekti teooria / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnjaštšõ N.N. Saladused elutu loodus. Universumi kõige salapärasem aine / http://www.bibliotekar.ru.
Tundub ilmne, et külm vesi külmub kiiremini kui kuum vesi, kuna võrdsetel tingimustel võtab kuuma vee jahtumine ja seejärel külmumine kauem aega. Kuid tuhandeid aastaid kestnud vaatlused ja ka kaasaegsed katsed on näidanud, et tõsi on ka vastupidine: teatud tingimustel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi. Scienciumi teaduskanal selgitab seda nähtust:
Nagu ülaltoodud videos selgitatud, on nähtus, et kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, tuntud kui Mpemba efekt, mis sai nime Erasto Mpemba, Tansaania õpilase järgi, kes valmistas 1963. aastal kooliprojekti raames jäätist. Õpilased pidid koore ja suhkru segu keema, laskma jahtuda ja seejärel sügavkülma panna.
Selle asemel pani Erasto oma segu kohe kuumalt sisse, ootamata, kuni see jahtub. Selle tulemusena oli tema segu 1,5 tunni pärast juba külmunud, kuid teiste õpilaste segud mitte. Nähtuse vastu huvi tundes hakkas Mpemba seda küsimust uurima koos füüsikaprofessor Denis Osborne’iga ja 1969. aastal avaldasid nad artikli, milles väideti, et soe vesi külmub kiiremini kui külm vesi. See oli esimene omataoline eelretsenseeritud uuring, kuid nähtust ennast mainitakse Aristotelese paberites, mis pärinevad 4. sajandist eKr. e. Seda nähtust märkisid oma uurimustes ka Francis Bacon ja Descartes.
Videos on mitu võimalust toimuva selgitamiseks:
- Härmatis on dielektrik ja seetõttu salvestab härmas külm vesi soojust paremini kui soe klaas, mis kokku puutudes jää sulab
- Külmas vees on rohkem lahustunud gaase kui soojas vees ja teadlased oletavad, et see võib mängida rolli jahtumise kiiruses, kuigi pole veel selge, kuidas
- Kuum vesi kaotab aurustumisel rohkem veemolekule, mistõttu jääb neid vähem külmuma
- Soe vesi võib suurenenud konvektiivvoolu tõttu kiiremini jahtuda. Need hoovused tekivad seetõttu, et klaasis olev vesi jahtub esmalt pinnalt ja külgedelt, põhjustades külma vee vajumist ja kuuma vee tõusu. Soojas klaasis on konvektiivsed voolud aktiivsemad, mis võib mõjutada jahutuskiirust.
2016. aastal viidi aga läbi hoolikalt kontrollitud uuring, mis näitas vastupidist: kuum vesi külmus palju aeglasemalt kui külm vesi. Samal ajal märkasid teadlased, et termopaari – temperatuurimuutusi määrava seadme – asukoha muutmine vaid sentimeetri võrra viib Mpemba efekti ilmnemiseni. Teiste sarnaste uuringute uuring näitas, et kõigil juhtudel, kui seda efekti täheldati, toimus termopaari nihkumine sentimeetri piires.
Vesi on üks hämmastavamaid vedelikke maailmas, millel on ebatavalised omadused. Näiteks jää on vedel tahke olek, on erikaal madalam kui vesi ise, mis muutis elu tekkimise ja arengu Maal suures osas võimalikuks. Lisaks arutletakse pseudoteaduslikus ja teadusmaailmas selle üle, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Kõik, kes suudavad tõestada, et kuum vedelik külmub teatud tingimustel kiiremini ja oma lahendust teaduslikult põhjendavad, saavad Briti kuningliku keemikute ühingult 1000 naela.
Taust
Asjaolu, et paljude tingimuste täitmisel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi, märgati juba keskajal. Francis Bacon ja René Descartes nägid selle nähtuse selgitamiseks palju vaeva. Klassikalise soojustehnika seisukohalt ei saa seda paradoksi aga seletada ja seda üritati häbelikult maha vaikida. Arutelu jätkamise tõukejõuks andis mõneti kurioosne lugu, mis juhtus Tansaania koolipoisi Erasto Mpembaga 1963. aastal. Ühel päeval kokakoolis magustoitude valmistamise tunnis ei jõudnud muust segatud poisil jäätisesegu õigel ajal maha jahutada ja kuuma piimasuhkru lahust sügavkülma panna. Tema üllatuseks jahtus toode mõnevõrra kiiremini kui tema jälginud kaaspraktikud temperatuuri režiim jäätise valmistamine.
Püüdes mõista nähtuse olemust, pöördus poiss füüsikaõpetaja poole, kes detailidesse laskumata naeruvääristas tema kulinaarseid katsetusi. Erasto eristus aga kadestamisväärse visadusega ja jätkas katseid mitte piima, vaid vee peal. Ta veendus, et mõnel juhul külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi.
Astudes Dar es Salaami ülikooli, osales Erasto Mpembe professor Dennis G. Osborne’i loengus. Pärast selle valmimist hämmastas õpilane teadlast probleemiga vee külmumiskiiruse kohta sõltuvalt selle temperatuurist. DG Osborne naeruvääristas juba küsimuse püstitamist, kuulutades vaene tudeng, et iga vaene õpilane teab, et külm vesi külmub kiiremini. Noormehe loomupärane visadus andis aga tunda. Ta vedas professoriga kihla, tehes ettepaneku teha siinsamas laboris eksperimentaalne test. Erasto pani sügavkülma kaks veemahutit, ühe 35 °C (95 °F) ja teise 100 °C (212 °F) juurde. Kujutage ette professori ja ümberkaudsete “fännide” üllatust, kui vesi teises anumas külmus kiiremini. Sellest ajast alates on seda nähtust kutsutud "Mpemba paradoksiks".
Kuid siiani pole ühtset teoreetilist hüpoteesi, mis selgitaks "Mpemba paradoksi". Pole selge, milline välised tegurid, keemiline koostis vesi, lahustunud gaaside ja mineraalide olemasolu selles 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 võrdeline vedeliku ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Ja kui kõik muud vedelikud järgivad seda seadust täielikult, on vesi mõnel juhul erand.
Miks kuum vesi külmub kiiremini?T
Selle kohta, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, on mitu versiooni. Peamised neist on:
- kuum vesi aurustub kiiremini, samal ajal kui selle maht väheneb ja väiksem kogus vedelikku jahtub kiiremini - vee jahutamisel temperatuuril + 100 ° C kuni 0 ° C ulatuvad mahukaod atmosfäärirõhul 15% -ni;
- soojusvahetuse intensiivsus vedeliku ja keskkond mida kõrgem, seda suurem on temperatuuride erinevus, nii et keeva vee soojuskadu möödub kiiremini;
- kuuma vee jahtumisel moodustub selle pinnale jääkoorik, mis ei lase vedelikul täielikult külmuda ja aurustuda;
- kõrgel veetemperatuuril toimub konvektsiooniga segunemine, mis vähendab külmumisaega;
- Vees lahustunud gaasid alandavad külmumistemperatuuri, eemaldades energiat kristallide moodustumiseks – kuumas vees lahustunud gaase pole.
Kõiki neid tingimusi on korduvalt katseliselt 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", mis määrab, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm, saab reprodutseerida ainult teatud tingimustel, mida keegi pole siiani otsinud ja täpsustanud.
Selles artiklis käsitleme küsimust, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.
Kuumutatud vesi külmub palju kiiremini kui külm vesi! See vee hämmastav omadus, millele teadlased siiani täpset seletust ei leia, on tuntud juba iidsetest aegadest. Näiteks isegi Aristoteleses on kirjeldus olemas talvine kalapüük: kalamehed pistsid õnge jää aukudesse ja et need kiiremini külmuks, kastsid jääd soe vesi. See nähtus sai nime Erasto Mpemba järgi 20. sajandi 60. aastatel. Mnemba märkas jäätise valmistamisel kummalist efekti ja pöördus selgituse saamiseks oma füüsikaõpetaja dr Denis Osborne'i poole. Mpemba ja dr Osborne katsetasid erinevatel temperatuuridel vett ja jõudsid järeldusele, et peaaegu keev vesi hakkab külmuma palju kiiremini kui vesi toatemperatuuril. Teised teadlased viisid läbi oma katsed ja said iga kord sarnaseid tulemusi.
Füüsikalise nähtuse seletus
Ei ole üldiselt aktsepteeritud selgitust, miks see juhtub. Paljud teadlased viitavad sellele, et kogu mõte on vedeliku ülejahtumises, mis tekib siis, kui selle temperatuur langeb alla külmumispunkti. Ehk kui vesi külmub temperatuuril alla 0°C, siis ülejahutatud vee temperatuur võib olla näiteks -2°C ja jääda siiski vedelaks, ilma jääks muutumata. Kui proovime külma vett külmutada, on tõenäoline, et see kõigepealt ülejahtub ja kõveneb alles mõne aja pärast. Kuumutatud vees toimuvad muud protsessid. Selle kiirem jääks muutumine on seotud konvektsiooniga.
Konvektsioon- See füüsiline nähtus, milles soojad alumised vedelikukihid tõusevad ja ülemised, jahtunud, langevad.
