Mpemba efekt(Mpemba paradoks) – paradoks, mis väidab, et kuum vesi külmub teatud tingimustel kiiremini kui külm vesi, kuigi külmumise käigus peab see läbima 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.
Tansaanias Magambi keskkooli õpilasena tegi Erasto Mpemba praktilist tööd kokana. Tal oli vaja teha isetehtud 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 tavalise veega. 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 koguse veega 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
Tänu sellele, et sooja vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem, on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja soe 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? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, juhtub järgmine. Sel juhul tekib anuma pinnale õhuke jääkiht. 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 vees kaitsvat jääkihti. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu soojust palju kiiremini.
Kui ülejahutusprotsess lõpeb ja vesi külmub, läheb palju rohkem soojust kaduma 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. Sellistes tingimustes 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 külmaveekihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külmaveekiht vajub allapoole, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse.
Kuid 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 kõrgetel temperatuuridel madalam. 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 selle fakti kinnitamiseks puuduvad eksperimentaalsed andmed.
Soojusjuhtivus
See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse väikestes anumates külmikuosa sügavkülmikusse. 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.
O. V. Mosin
Kirjanduslikallikatest:
"Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Miks see nii teeb?", Jearl Walker ajakirjas The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, lk 246-257; september 1977.
"Kuuma ja külma vee külmutamine", G.S. Kell ajakirjas American Journal of Physics, Vol. 37, nr. 5, lk 564-565; mai, 1969.
"Supercooling and the Mpemba efekt", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, lk 882-885; oktoober 1995.
"The Mpemba efekt: kuuma ja külma vee külmumisajad", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, lk 524; mai, 1996.
Segisti nõrk surve võib häirida isegi kõige tasasema majaomaniku. Rõhust sõltub ju veekeetja või kohvimasina täitmise kestus ning pesumasina või nõudepesumasina jõudlus.
Lisaks on kehva rõhu korral peaaegu võimatu kasutada ei tualetti, dušši ega vanni. Ühesõnaga, kui kraanis pole survet, siis pole majas ka mugavat elamist.
Me mõistame madala veesurve põhjuseid kraanis
Mis nõrgendab veesurvet kraanis?
Oleme juba arutlenud, miks nõrk veesurve kraanis võib rikkuda ka kõige õnnelikuma elu ka kõige täiuslikumas majas või korteris. Oigumine aga leinale ei aita. Pealegi pole see probleem nii kohutav, kui tundub. Peate lihtsalt mõistma, mis survet nõrgendas, ja saate selle häda kõrvaldamiseks peaaegu valmis retsepti.
Sel juhul on kuuma või külma vee rõhu languse TOP 3 põhjuste loend järgmine:
- Segisti ummistunud . Sel juhul nõrgendab veejoa intensiivsust rooste- ja katlakivikork, mis on ummistanud aeraatori, filtrisisendi (võrk) või teljepuksi. Pealegi kannatab selle probleemi all ainult üks kraan majas. See tähendab, et kui teie kraanivesi voolab näiteks köögis halvasti, kuid vannitoas pole probleeme, peate probleemse tarbimiskoha lahti võtma ja puhastama.
- . Sel juhul on süüdi samad muda-, rooste- või katlakiviosakesed. Ainult nüüd ei blokeeri need mitte kraani aeraatorit ega kraanivõrku, vaid veevärgi sisse ehitatud filtrit. Halvimal juhul võivad sellised ladestused blokeerida ühendusliitmiku või toruliitmiku enda voolu läbimõõdu.
- . Sel juhul võib nõrgenemise põhjuseks olla kas pumbajaama taseme rike või torujuhtme rõhu langus. Rikke jaamas saavad parandada ainult kommunaalteenuste remondimeeskonnad. Selle rikke näitajaks on veepuudus kogu naabruskonnas. Tiheduse kaotust diagnoositakse visuaalselt – veevarustuse liitmike korpusest purskuva veejoaga. Selle rikke saab parandada iga teenindusettevõtte mehaanik.
- Lisaks tuleb rõhu nõrgenemise põhjustest rääkides mainida võimalikud valearvestused konkreetse veevarustusliini paigaldamisel . Vale läbimõõt (suurem kui eelmine haru), liigne pikkus (surveseadme omadustele sobimatu) - need on rõhulanguse olulisemad põhjused uues veevarustusvõrgus.
|
|
Kui te ei soovi nendega tegeleda, tellige veevarustusprojekt professionaalidelt.
Nüüd, kui teate juba kraani rõhu languse põhjuseid, on aeg välja mõelda, kuidas seda veevarustuse defekti kõrvaldada.
Mida teha, kui külm ja kuum vesi kraanist ei voola hästi?
Kõik sõltub rõhu languse põhjusest.
Näiteks kui teie segisti on ummistunud, peate tegema järgmist.
Segisti aeraatori eemaldamine puhastamiseks
- Võtke reguleeritav mutrivõti ja keerake see segisti tila küljest lahti. – vahutav veejoa otsik. Sellel osal on väga väikesed pihustid. Seetõttu on aeraatorid ummistunud iga kuue kuu tagant. Ja kui me räägime kuuma/külma veega segistisegistist, siis düüside puhastamise sagedus väheneb 2-3 kuuni. Demonteeritud aeraator pestakse jooksva vee all.
- Kui aeraator on puhas ja vesi voolab nõrgalt, peate sukelduma veelgi sügavamale segisti kujundusse . Tõepoolest, sel juhul peate jõudma lukustusüksuse - teljepuksi - lähedale. Selleks tuleb lahti võtta klapp (segisti käepide) ja lahti keerata kereistmel lukustuselementi hoidev lukustusseib. Järgmisena eemaldate lukustussõlme korpusest ja puhastate selle pinnalt kõik muda- või katlakivijäägid. Lõpuks peate kraana kokku panema vastupidises järjekorras.
Enne segisti sulgemissõlme demonteerimist sulgege kindlasti veevarustus, sulgedes tarbimiskohale lähima veeventiili. Vastasel juhul ujutate kogu korteri üle.
- Kui probleemi allikaks pole mitte segisti, vaid dušikabiini “pihusti”. või vannituppa, peate asju veidi teisiti tegema. Kõigepealt lülitage pihusti toide välja. Seejärel eemaldage see reguleeritava mutrivõtmega aluselt või metallvoolikust. Kastke pihusti eemaldatud osa äädikaga kastrulisse. Soojendage seda söödet pliidiplaadil. Loputage katlakivi veega maha. Pange otsik oma kohale tagasi.
Kui äädika lõhn ärritab, proovi 10% sidrunhappe lahust. Selle valmistamiseks piisab, kui lahustada 100 grammi kuiva happepulbrit - seda müüakse igas kondiitritoodete osakonnas - liitris vees.
Kui te ei soovi kraana kallal nokitseda, kutsuge haldusfirma mehaanik. Ta lahendab selle probleemi otse teie silme all.
Loodame, et saate juba aru, mida teha, kui kraani veesurve on halb.
Liigume nüüd torude juurde:
- Esmalt lülitage vesi välja, keerates arvesti lähedal asuvat keskventiili.
- Järgmisena eemaldage jämefiltri kork. Eemaldage juhtmekassett ja peske see anumas. Seejärel tagastage filterelement oma kohale, vahetage tihend ja keerake kork sisse.
- Pärast jämefiltri kontrollimist jätkake peenpuhastussüsteemi kontrollimisega. Esmalt ühendage see veevarustusest lahti ja kontrollige rõhku vabas torus, avades veidi keskventiili. Kui kõik on korras, vahetage vooder, loputades samal ajal filtriklaasi kogunenud mustuse osakestest. Finaalis monteeritakse loomulikult kõik oma algsele kohale.
- Kui filtrid on puhastatud, kuid kraanist ei tule vett ikkagi vajaliku jõuga välja, siis on rõhulanguse põhjuseks torude endi ummistus. Selle probleemi leidmine ja selle kõrvaldamine on äärmiselt aeganõudev ülesanne. Seetõttu peate pärast filtrite tulemusteta puhastamist helistama fondivalitsejale ja teatama probleemist torude läbipääsuga veevarustuses.
Kui te pole korteris veevärgi juhtmestikku vahetanud, tasub torude puhastamise eest haldusfirma. Lõppude lõpuks peab just tema jälgima "natiivse" insenerikommunikatsiooni toimimist.
On palju tegureid, mis mõjutavad seda, milline vesi külmub kiiremini, kuum või külm, kuid küsimus ise tundub veidi kummaline. Füüsikast on teada, et kuum vesi vajab jääks muutumiseks veel aega, et jahtuda võrreldava külma vee temperatuurini. Selle etapi saab vahele jätta ja vastavalt sellele võidab ta õigeaegselt.
Kuid vastust küsimusele, milline vesi külmub väljas kiiremini - külm või kuum - külma käes, teab iga põhjalaiuskraadide elanik. Tegelikult selgub teaduslikult, et igal juhul külm vesi lihtsalt külmub kiiremini.
Füüsikaõpetaja, kelle poole 1963. aastal koolipoiss Erasto Mpemba pöördus, arvas sama sooviga selgitada, miks tulevase jäätise külma segu külmumine võtab kauem aega kui sarnasel, kuid kuumal.
"See pole universaalne füüsika, vaid mingi Mpemba füüsika"
Toona õpetaja ainult naeris selle peale, aga füüsikaprofessor Deniss Osborne, kes omal ajal käis samas koolis, kus Erasto õppis, kinnitas katseliselt sellise efekti olemasolu, kuigi seletusi sellele siis polnud. 1969. aastal avaldati populaarteaduslikus ajakirjas nende kahe inimese ühine artikkel, mis kirjeldas seda omapärast efekti.
Sellest ajast peale, muide, on küsimusel, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm - oma nimi - Mpemba efekt ehk paradoks.
Küsimus on olnud juba pikka aega
Loomulikult toimus selline nähtus varem ja seda mainiti ka teiste teadlaste töödes. See teema ei huvitanud mitte ainult koolilapsi, vaid omal ajal mõtlesid sellele ka Rene Descartes ja isegi Aristoteles.
Kuid nad hakkasid selle paradoksi lahendamise viise otsima alles kahekümnenda sajandi lõpus.
Tingimused paradoksi tekkimiseks
Nagu ka jäätise puhul, ei külmu katse ajal ainult tavaline vesi. Teatud tingimused peavad olema selleks, et hakata vaidlema, kumb vesi külmub kiiremini – külm või kuum. Mis mõjutab selle protsessi kulgu?
Nüüd, 21. sajandil, on välja pakutud mitu võimalust, mis võivad seda paradoksi selgitada. Milline vesi külmub kiiremini, kuum või külm, võib sõltuda sellest, et selle aurustumiskiirus on kõrgem kui külmal. Seega selle maht väheneb ja mahu vähenedes muutub külmumisaeg lühemaks kui siis, kui võtaksime sama algmahu külma vett.
Sügavkülmiku sulatamisest on möödas mõnda aega.
Milline vesi külmub kiiremini ja miks see juhtub, võib mõjutada eksperimendis kasutatud külmiku sügavkülmikus esineda võiv lumevooder. Kui võtta kaks mahult identset anumat, kuid ühes neist on kuum vesi ja teises külm, sulatab kuuma veega anum selle all oleva lume, parandades seeläbi termotasandi kontakti külmiku seinaga. Külma veega konteiner seda ei suuda. Kui külmikukambris sellist lumega vooderdust pole, peaks külm vesi kiiremini külmuma.
Ülemine - alumine
Samuti selgitatakse nähtust, mille kohaselt vesi külmub kiiremini – kuumalt või külmalt – järgmiselt. Teatud seadusi järgides hakkab külm vesi jäätuma ülemistest kihtidest, kui kuum vesi teeb vastupidist – hakkab külmuma alt üles. Selgub, et külm vesi, mille peal on külm kiht, mille peal on kohati juba tekkinud jää, halvendab seega konvektsiooni ja soojuskiirguse protsesse, selgitades sellega, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum. Lisatud on fotod amatöörkatsetest ja see on siin selgelt näha.
Kuumus kustub, tormab ülespoole ja seal kohtub see väga laheda kihiga. Soojuskiirgusele pole vaba teed, mistõttu jahutusprotsess muutub keeruliseks. Kuuma vee teel pole absoluutselt selliseid takistusi. Kumb külmub kiiremini - külm või kuum, mis määrab tõenäolise tulemuse? Võite vastust laiendada, öeldes, et igas vees on teatud aineid lahustunud.
Lisandid vees kui tulemust mõjutav tegur
Kui mitte petta ja kasutada sama koostisega vett, kus teatud ainete kontsentratsioonid on identsed, siis külm vesi peaks külmuma kiiremini. Aga kui tekib olukord, kus lahustunud keemilised elemendid on ainult kuumas vees ja külmas vees neid pole, siis on kuumal veel võimalus külmuda varem. Seda seletatakse asjaoluga, et vees lahustunud ained tekitavad kristallisatsioonitsentreid ja nende tsentrite vähese arvu korral on vee muutmine tahkeks olekuks keeruline. On isegi võimalik, et vesi on ülejahutatud, selles mõttes, et miinustemperatuuril on see vedelas olekus.
Kuid kõik need versioonid ilmselt teadlastele täielikult ei sobinud ja nad jätkasid selle probleemi kallal tööd. 2013. aastal ütles Singapuri teadlaste meeskond, et nad on lahendanud igivana mõistatuse.
Rühm Hiina teadlasi väidab, et selle efekti saladus peitub energia hulgas, mis salvestub veemolekulide vahele selle sidemetes, mida nimetatakse vesiniksidemeteks.
Hiina teadlaste vastus
Järgneb teave, mille mõistmiseks peate omama mõningaid teadmisi keemiast, et mõista, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Nagu teada, koosneb see kahest H (vesiniku) aatomist ja ühest O (hapniku) aatomist, mida hoiavad koos kovalentsed sidemed.
Kuid ka ühe molekuli vesinikuaatomeid tõmbavad naabermolekulid, nende hapnikukomponent. Neid sidemeid nimetatakse vesiniksidemeteks.
Tasub meeles pidada, et samal ajal mõjuvad veemolekulid üksteisele tõrjuvalt. Teadlased märkisid, et kui vett kuumutatakse, suureneb selle molekulide vaheline kaugus ja seda soodustavad tõrjuvad jõud. Selgub, et kui hõivata külmas olekus molekulide vahel sama vahemaa, võib öelda, et need venivad ja neil on suurem energiavaru. Just see energiavaru vabaneb siis, kui veemolekulid hakkavad üksteisele lähemale liikuma, st toimub jahtumine. Selgub, et kuumas vees tekib suurem energiavaru ja selle suurem vabanemine miinustemperatuurini jahtumisel kiiremini kui külmas vees, mille energiavaru on väiksem. Niisiis, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum? Tänaval ja laboris peaks tekkima Mpemba paradoks ning kuum vesi peaks muutuma kiiremini jääks.
Kuid küsimus on endiselt lahtine
Sellel lahendusel on vaid teoreetiline kinnitus – kõik see on ilusate valemitega kirja pandud ja tundub usutav. Kuid kui katseandmed selle kohta, mille kohta vesi külmub kiiremini - kuumalt või külmalt - hakatakse praktiliselt kasutama, ja nende tulemused esitatakse, võib Mpemba paradoksi küsimuse lugeda lõpetatuks.
Miks vesi külmub? Vesi on hämmastav looduse ime. See on vajalik kogu eluks maa peal. Teadlaste sõnul sai elu alguse veest. On üllatav, et vesi võib eksisteerida kolmes olekus: vedel, tahke ja gaasiline. Samal ajal võib see liikuda ühest olekust teise. Valdav osa planeedi veest on vedel. Vee tahke olek on jää.
Miks vesi külmub?
Vee võimet muutuda erinevatesse olekutesse mõjutab selle koostis. Vee molekulid on omavahel nõrgalt seotud; nad alati liiguvad ja rühmituvad, kuid samas ei suuda nad moodustada kindlat struktuuri. Vesi võtab selle anuma kuju, millesse see asetatakse, kuid üksi ei suuda see hoida ühtegi konkreetset mudelit. Näiteks valame pannile vett ja vedelik võtab oma kuju, kuid ei suuda seda mahutist väljas hoida.
Kuumutamisel hakkavad veemolekulid üksteise suhtes veelgi kiiremini ja kaootilisemalt liikuma, kaotades suuremal määral üksteisega ühenduse. Sel juhul muutub vesi auruks.
Kui madalad temperatuurid mõjutavad vett, on molekulide liikumine pärsitud, nendevaheline ühendus tugevneb ja siis saavad nad ehitada struktuuri - kuusnurksed kristallid. Niiskuse jääks muutumise olekut nimetatakse kristalliseerumiseks, tahkumiseks.
Sellises tugevas olekus suudab ta pikka aega säilitada erinevaid vorme, mille ta omandab. Vesi hakkab külmuma temperatuuril 0 kraadi Celsiuse järgi. Seega määravad vee ülemineku vedelast olekust tahkeks jääks vee füüsikalised omadused, koostis.
Miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?
Rääkides vee "muutumisest" jääks, täheldatakse uudishimulikke nähtusi. Kuum külmub kiiremini kui külm, ükskõik kui ebatõenäoline see ka ei tunduks. See tõsiasi on teada olnud pikka aega, kuid pikka aega ei olnud võimalik paljastada vee salapäraste omaduste saladust. Alles kahekümnendal sajandil püüdsid teadlased üle maailma selgitada põhjust, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.
1963. aastal märkas üks Tansaaniast pärit poiss nimega Mpemba jäätist tehes, et maitsev delikatess taheneb kiiremini, kui see oli valmistatud pigem soojast kui külmast piimast. Nad hakkasid tema üle nalja tegema, kui ta jagas oma tähelepanekuid oma õpetaja ja sõpradega. Ainult üks inimene, professor Dennis Osborne, kellega Mpemba täiskasvanuna kohtus, pööras sellele tõsiasjale tähelepanu.
Kuuma vee külmumisest külmast kiiremini külmumise kohta on püstitatud palju hüpoteese, kuid need kõik jäid oletusteks. Vee "veidrat" käitumist nimetatakse "Mpemba efektiks". Uuringud on endiselt käimas. Paljude riikide teadlased üritavad Mpemba efekti tõestada, kuid seni tulutult.
Paljud teadlased ei pea seda asjaolu tähelepanu väärivaks, kuna jäätisel on kareda veega võrreldes erinevad omadused. Singapuri füüsikud tõestasid 2013. aastal teoreetiliselt Mpemba efekti müsteeriumi, kuid laboratoorsete uuringute kinnitust arusaamatu nähtuse kohta pole siiani olemas.
Vesi külmub ülevalt, mitte alt
Peaaegu kõik teavad, et madalatel temperatuuridel reservuaaridel tekib esmalt õhuke jääkoorik, mis pakase tugevnedes muutub paksemaks ja tugevamaks. Ja kui poleks seda vee hämmastavat omadust, siis on ebatõenäoline, et keegi saaks uisutada, kuna jää vajuks lihtsalt veehoidla põhja.
Vesi, nagu enamik sarnaseid aineid, tõmbub kokku ja väheneb jahutamisel, kuid temperatuurini, mis ei ole madalam kui 3 kraadi Celsiuse järgi. Madalamatel temperatuuridel vesi, vastupidi, paisub ja selle tihedus suureneb. Jää on veest kergem ja see hoiab seda peal.
Miks destilleeritud vesi ei külmu?
Destilleeritud vett nimetatakse puhtaks, see on "vaba" kõikidest lisanditest ja hapnikust. Lisandid on killud, millele veemolekulid kinnituvad. Vedelast olekust jääle üleminekul pressitakse kokku vees olevad lisandid Destilleeritud vesi muude ainete puudumise tõttu paisub, molekulide vaheline kaugus suureneb.
Saadud jää hõljub pinnal, kuna see on veest kergem. Siiski võib destilleeritud vesi külmuda, kuid selle külmumispunkt on tavalisest veest palju madalam. Samas märgati, et kui lüüa näiteks destilleeritud vee pudelisse või seda raputada, hakkab vesi kohe jäätuma. Seda seletatakse molekulide adhesiooniga kokkupõrkel.
Mineraalvee külmumispunkt
Mineraalvesi on küllastunud soolade ja kemikaalidega, mis on inimestele kasulikud. Mineraalvee külmumistemperatuur on madalam kui tavalisel veel. Veeanuma löömine või raputamine kiirendab külmumisprotsessi samamoodi nagu destilleeritud veega. Veemolekulid kleepuvad üksteise külge ja struktureerivad kristallideks, vastavalt sellele vesi külmub.
Kas soolane vesi külmub?
On inimesi, kes usuvad, et see ei külmuta. See väide ei vasta täielikult tõele. Ka soolane vesi kipub jäätuma, kuid selle külmumispunkt on oluliselt alla nulli. Selle seletus peitub vee molekulaarses koostises.
Sool, õigemini selle väikesed kristallid, ei lase veemolekulidel ühenduda. Soolase vee külmumine sõltub selles sisalduva soola kontsentratsioonist. Mida rohkem soola on vees, seda madalam on külmumispunkt. Miks on Antarktika jää ja jäämäed mageveevarud? Teadlaste sõnul on need killud mandrist, mis lagunes miljoneid aastaid tagasi. Nende haridust ei soodustanud asukoht, kus nad asuvad.
Merevesi külmub ka väga madalatel temperatuuridel. Vee pinnale tekkinud jääkristallid suruvad soolakristallid välja, nii et mida sügavamale soolvesi muutub rikkamaks. Kui võtta mere veepinnalt jää ja see sulatada, on sulavesi peaaegu värske.
Kas kolmekuningapäeva vesi külmub?
Kolmekuningapäeva vett nimetatakse "pühaks". Arvatakse, et kolmekuningapäeva õhtul ja järgmise kolme päeva jooksul muutub vesi kõigis reservuaarides "pühaks", omades maagilisi raviomadusi. Seda saab tõepoolest kaua säilitada, ilma selle maitset muutmata, kuid see külmub. Igaüks saab seda kontrollida. Asetage külma 2 pudelit, mis on täidetud kolmekuningapäeva õhtul kogutud tavalise veega. Vesi külmub mõlemas pudelis võrdselt.
Kas vesi kaevus külmub?
Inimesed eelistavad juua vett kaevust, pidades seda kasulikumaks ja organismile sobivamaks. Kas kaevude vesi külmub talvel? Vastus sellele küsimusele on ilmne. Kui kaev on piisavalt sügav, ei tõuse veetase üle maapinna külmumispunkti, mis tähendab, et vesi kaevus ei jäätu. Kui kaev on madal, võib pealmine veekiht olla kaetud jääkooriku või olulise jääkihiga.
Vesi on hämmastav aine, mis võib oma keemilise koostise tõttu muutuda ühest olekust teise. Vee külmumispunkt on erinev. Vesi on ilmselt ainus erandlik aine, mis võib madalatel temperatuuridel paisuda.
külmunud vesi
Kõik teavad vee tähtsusest ja kasulikkusest elule. Selgub, et pärast külmutamist üles sulatatud vesi omab inimkeha tervendavat toimet. Pärast külmutamist ja sulatamist muudab see oma struktuuri. Paljud inimesed omistavad mägironijate pikaealisuse mägedes voolavate allikate sulavee tarbimisele.