Efectul Mpemba(Paradoxul Mpemba) este un paradox care spune că apa fierbinte îngheață mai repede în anumite condiții decât apa rece, deși trebuie să treacă temperatura apei reci în timpul procesului de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice conceptele obișnuite, potrivit cărora, în aceleași condiții, un corp mai încălzit pentru a se răci la o anumită temperatură durează mai mult decât un corp mai puțin încălzit pentru a se răci la aceeași temperatură.
Acest fenomen a fost observat la acea vreme de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963 un școlar din Tanzania, Erasto Mpemba, a descoperit că un amestec de înghețată fierbinte îngheță mai repede decât unul rece.
În calitate de student la liceul Magamba din Tanzania, Erasto Mpemba a făcut lucrări practice de gătit. Trebuia să facă înghețată de casă - fierbeți laptele, dizolvați zahărul în el, răciți-l la temperatura camerei și apoi puneți-l în frigider pentru a îngheța. Se pare că Mpemba nu era un student deosebit de sârguincios și a întârziat finalizarea primei părți a sarcinii. Temându-se că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus laptele fierbinte în frigider. Spre surprinderea sa, a înghețat chiar mai devreme decât laptele tovarășilor săi, pregătit conform unei tehnologii date.
După aceea, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, fiind deja student al Liceului Mkvava, el l-a rugat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar es Salaam (invitat de director să țină studenților o prelegere despre fizică) în mod specific despre apă: „Dacă iei două recipiente identice cu volume egale de apă, astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă o temperatură de 35 ° C, iar în cealaltă - 100 ° C, și le puneți la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. ? " Osborne a devenit interesat de acest număr și în curând în 1969, el și Mpemba au publicat rezultatele experimentelor lor în revista „Physics Education”. De atunci, efectul pe care l-au descoperit este numit Efectul Mpemba.
Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și reci, dar nu este încă clar ce proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de supraîncălzire, evaporare, formarea gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei la temperaturi diferite.
Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care un corp se răcește până la temperatura ambiantă ar trebui să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost instituită de Newton și de atunci a fost confirmată de mai multe ori în practică. În acest efect, apa cu o temperatură de 100 ° C se răcește până la o temperatură de 0 ° C mai rapidă decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35 ° C.
Cu toate acestea, acest lucru nu sugerează încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat în cadrul fizicii bine-cunoscute. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:
Evaporare
Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-și astfel volumul, iar un volum mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheță mai repede. Apa încălzită la 100 C își pierde 16% din masă atunci când este răcită la 0 C.
Efect de evaporare - efect dublu. În primul rând, cantitatea de apă necesară pentru răcire este redusă. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că scade căldura de vaporizare a tranziției de la faza de apă la faza de vapori.
Diferența de temperatură
Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa fierbinte și aerul rece este mai mare - prin urmare, schimbul de căldură în acest caz este mai intens și apa fierbinte se răcește mai repede.
Hipotermie
Când apa este răcită sub 0 C, aceasta nu îngheță întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi hipotermie, continuând să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la o temperatură de -20 C.
Motivul acestui efect este că, pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt prezente în apă lichidă, atunci hipotermia va continua până când temperatura scade atât de mult încât cristalele încep să se formeze spontan. Când vor începe să se formeze într-un lichid supraîncălzit, vor începe să crească mai repede, formând un strat de gheață, care, atunci când va fi înghețat, va forma gheață.
Apa fierbinte este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea îndepărtează gazele și bulele dizolvate, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață.
De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei reci care nu este răcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, se va forma un strat subțire de gheață pe suprafața vasului. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. În acest caz, rata de formare a cristalelor de gheață va fi mai lentă. În cazul apei calde supuse răcirii, apa răcită nu are un strat protector de suprafață de gheață. Prin urmare, pierde căldura mult mai repede prin vârful deschis.
Când procesul de hipotermie se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață.
Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este principalul factor în cazul efectului Mpemba.
Convecție
Apa rece începe să înghețe de sus, agravând astfel procesele de radiație termică și convecție și, prin urmare, pierderea căldurii, în timp ce apa fierbinte începe să înghețe de jos.
Acest efect se explică prin anomalia densității apei. Apa are o densitate maximă la 4 C. Dacă răciți apa la 4 C și o puneți la o temperatură mai scăzută, stratul de suprafață al apei va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la 4 ° C, va rămâne la suprafață, formând un strat subțire și rece. În aceste condiții, un strat subțire de gheață se va forma pe suprafața apei pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va servi ca un izolator care protejează straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, , procesul de răcire în continuare va fi mai lent.
În cazul apei calde, situația este complet diferită. Stratul de suprafață al apei se va răci mai repede datorită evaporării și unei diferențe mai mari de temperatură. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii.
Dar de ce acest proces nu reușește să atingă un punct de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar trebui să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C.
Cu toate acestea, nu există date experimentale care să susțină această ipoteză conform căreia straturile reci și fierbinți de apă sunt separate prin convecție.
Gazele dizolvate în apă
Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă, deoarece solubilitatea lor în apă la temperaturi ridicate este mai mică. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.
Conductivitate termică
Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată într-un congelator într-un compartiment frigider în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că un recipient cu apă fierbinte topește gheața congelatorului sub acesta, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată din recipient cu apă fierbinte mai repede decât din apa rece. La rândul său, un recipient cu apă rece nu dezgheță zăpada dedesubt.
Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în numeroase experimente, dar nu a fost obținut un răspuns neechivoc la întrebarea - care dintre ele oferă reproducere sută la sută a efectului Mpemba.
De exemplu, în 1995 fizicianul german David Auerbach a studiat influența supraîncălzirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare supraîncălzită, îngheață la o temperatură mai ridicată decât apa rece, ceea ce înseamnă mai rapid decât acesta din urmă. Dar apa rece atinge o stare supra-răcită mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel decalajul anterior.
În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele obținute anterior, conform cărora apa fierbinte poate realiza mai multă răcire datorită numărului mai mic de centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiartă, precipită unele săruri dizolvate în ea.
Până în prezent, doar un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în esență de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodus.
Se pare că vechea bună formulă H 2 O nu conține secrete. Dar, de fapt, apa - sursa vieții și cel mai faimos lichid din lume - este plină de multe mistere pe care uneori nici oamenii de știință nu le pot rezolva.
Iată cele mai interesante 5 fapte despre apă:
1. Apa fierbinte ingheata mai repede decat apa rece
Luați două recipiente cu apă: turnați apă fierbinte într-una și apă rece în cealaltă și puneți-le în congelator. Apa fierbinte va îngheța mai repede decât apa rece, deși, în mod logic, apa rece ar fi trebuit să fie prima care să se transforme în gheață: la urma urmei, apa fierbinte trebuie să se răcească mai întâi la temperatura rece, apoi să se transforme în gheață, în timp ce apa rece nu trebuie răcire. De ce se întâmplă asta?
În 1963, Erasto B. Mpemba, un elev de liceu din Tanzania, în timp ce îngheța un preparat preparat de înghețată, a observat că preparatul fierbinte ar îngheța mai repede în congelator decât preparatul rece. Când tânărul a împărtășit descoperirea sa cu profesorul de fizică, a râs doar de el. Din fericire, elevul a fost persistent și l-a convins pe profesor să efectueze un experiment, care i-a confirmat descoperirea: în anumite condiții, apa fierbinte îngheță într-adevăr mai repede decât apa rece.
Acum acest fenomen de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece se numește „efectul Mpemba”. Este adevărat, cu mult înainte de el, această proprietate unică a apei a fost remarcată de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes.
Oamenii de știință încă nu înțeleg pe deplin natura acestui fenomen, explicându-l fie prin diferența de hipotermie, evaporare, formarea gheții, convecție, fie prin efectul gazelor lichefiate asupra apei calde și reci.
Notă de la Х.RU la subiectul „Apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece”.
Întrucât problemele legate de refrigerare sunt mai aproape de noi, frigiderele, ne vom permite să aprofundăm esența acestei probleme și să oferim două opinii cu privire la natura unui fenomen atât de misterios.
1. Un om de știință de la Universitatea din Washington a oferit o explicație pentru un fenomen misterios cunoscut încă de pe vremea lui Aristotel: de ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece.
Fenomenul numit efect Mpemba este utilizat pe scară largă în practică. De exemplu, experții îi sfătuiesc pe șoferi să verse apă rece, nu fierbinte, în rezervorul de spălare iarna. Dar ceea ce stă la baza acestui fenomen a rămas necunoscut pentru o lungă perioadă de timp.
Dr. Jonathan Katz de la Universitatea din Washington a investigat acest fenomen și a concluzionat că substanțele dizolvate în apă, care precipită atunci când sunt încălzite, joacă un rol important, potrivit EurekAlert.
Prin soluții, Dr. Katz se referă la bicarbonatele de calciu și magneziu găsite în apa dură. Când apa este încălzită, aceste substanțe sunt depuse, formând scară pe pereții fierbătorului. Apa care nu a fost încălzită niciodată conține aceste impurități. Pe măsură ce îngheață și se formează cristale de gheață, concentrația de impurități din apă crește de 50 de ori. Acest lucru scade punctul de îngheț al apei. „Și acum apa trebuie să se răcească în continuare pentru a îngheța”, explică dr. Katz.
Există un al doilea motiv care împiedică înghețarea apei neîncălzite. Scăderea punctului de îngheț al apei reduce diferența de temperatură între fazele solide și lichide. "Deoarece rata la care apa pierde căldură este dependentă de această diferență de temperatură, apa care nu a fost încălzită se răcește mai rău", spune dr. Katz.
Potrivit savantului, teoria sa poate fi testată experimental, deoarece efectul Mpemba devine mai pronuntat pentru apa mai dura.
2. Oxigenul plus hidrogenul plus frigul fac gheață. La prima vedere, această substanță transparentă pare a fi foarte simplă. În realitate, gheața este plină de multe mistere. Gheața creată de africanul Erasto Mpemba nu a visat faima. Erau zile fierbinți. Voia gheață. A luat un pachet de suc și l-a băgat în congelator. A făcut acest lucru de mai multe ori și, prin urmare, a observat că sucul îngheață foarte repede, dacă îl țineți în prealabil la soare - este foarte cald! Este ciudat, credea școlarul tanzanian, care acționa contrar înțelepciunii lumești. Într-adevăr, pentru ca lichidul să se transforme în gheață mai repede, trebuie mai întâi să fie ... încălzit? Tânărul a fost atât de surprins încât și-a împărtășit presupunerea cu profesorul. El a raportat această curiozitate în presă.
Această poveste s-a întâmplat în anii șaizeci ai secolului trecut. Acum „efectul Mpemba” este bine cunoscut oamenilor de știință. Dar mult timp acest fenomen aparent simplu a rămas un mister. De ce îngheață apa fierbinte mai repede decât apa rece?
Abia în 1996 fizicianul David Auerbach a găsit o soluție. Pentru a răspunde la această întrebare, a efectuat un experiment timp de un an întreg: a încălzit apa într-un pahar și a răcit-o din nou. Deci, ce a aflat? Când sunt încălzite, bulele de aer dizolvate în apă se evaporă. Apa lipsită de gaze îngheață mai ușor pe pereții vasului. „Desigur, și apa cu un conținut ridicat de aer va îngheța”, spune Auerbach, „dar nu la zero grade Celsius, ci doar la minus patru sau șase grade”. Evident, așteptarea va dura mai mult. Deci, apa fierbinte îngheață înainte de apa rece, acesta este un fapt științific.
Cu greu există o substanță care ar apărea în fața ochilor noștri cu aceeași ușurință ca și gheața. Se compune doar din molecule de apă - adică molecule elementare care conțin doi atomi de hidrogen și un oxigen. Cu toate acestea, gheața este, fără îndoială, cea mai misterioasă substanță din univers. Oamenii de știință nu au reușit încă să explice unele dintre proprietățile sale.
2. Supercooling și înghețare „instant”
Toată lumea știe că apa se transformă întotdeauna în gheață când este răcită la 0 ° C ... cu excepția unor cazuri! Un astfel de caz, de exemplu, este „supraîncălzirea”, care este proprietatea apei foarte pure de a rămâne lichid chiar și atunci când este răcit sub punctul de îngheț. Acest fenomen devine posibil datorită faptului că mediul nu conține centri sau nuclei de cristalizare, ceea ce ar putea provoca formarea cristalelor de gheață. Prin urmare, apa rămâne sub formă lichidă, chiar și atunci când este răcită la temperaturi sub zero grade Celsius. Procesul de cristalizare poate fi declanșat, de exemplu, de bule de gaz, impurități (impurități) sau o suprafață inegală a containerului. Fără ele, apa va rămâne lichidă. Când începe procesul de cristalizare, puteți observa cum apa supraîncălzită se transformă instantaneu în gheață.
Urmăriți videoclipul (2 901 KB, 60 sec) de la Phil Medina (www.mrsciguy.com) și vedeți singur >>
Cometariu. De asemenea, apa supraîncălzită rămâne lichidă, chiar și atunci când este încălzită la temperaturi peste punctul de fierbere.
3. Apă „de sticlă”
Repede și fără ezitare, numește câte stări diferite are apa?
Dacă ai răspuns la trei (solid, lichid, gazos), atunci te înșeli. Oamenii de știință disting cel puțin 5 stări diferite de apă lichidă și 14 stări de gheață.
Vă amintiți conversația despre apa supraîncălzită? Deci, indiferent de ceea ce faci, la o temperatură de -38 ° C, chiar și cea mai pură apă supraîncălzită se transformă brusc în gheață. Ce se întâmplă cu o scădere suplimentară
temperatura? La -120 ° C, ceva ciudat începe să se întâmple cu apa: devine super-vâscoasă sau vâscoasă, ca melasa, iar la temperaturi sub -135 ° C, se transformă în apă „de sticlă” sau „sticloasă” - un solid care lipsește structură cristalină.
4. Proprietățile cuantice ale apei
La nivel molecular, apa este și mai surprinzătoare. În 1995, un experiment de împrăștiere a neutronilor efectuat de oamenii de știință a dat un rezultat neașteptat: fizicienii au descoperit că neutronii care vizează moleculele de apă „văd” cu 25% mai puțini protoni de hidrogen decât se aștepta.
S-a dovedit că la o viteză de o atosecundă (10 -18 secunde) are loc un efect cuantic neobișnuit, iar formula chimică a apei, în loc de cea obișnuită - H 2 O, devine H 1,5 O!
5. Apa are memorie?
Homeopatia, o alternativă la medicina oficială, susține că o soluție diluată a unui medicament poate avea un efect de vindecare asupra organismului, chiar dacă factorul de diluție este atât de mare încât nu rămâne în soluție decât molecule de apă. Susținătorii homeopatiei explică acest paradox printr-un concept numit „memoria apei”, conform căruia apa la nivel molecular are o „memorie” a unei substanțe care a fost odată dizolvată în ea și păstrează proprietățile unei soluții a concentrației sale inițiale după nu rămâne în ea nici o moleculă dintr-un ingredient.
Un grup internațional de oameni de știință condus de profesorul Madeleine Ennis de la Universitatea Queen's din Belfast, care a criticat principiile homeopatiei, a efectuat un experiment în 2002 pentru a infirma definitiv acest concept. a efectului „memoriei apei.” Cu toate acestea, experimentele efectuate sub supravegherea experților independenți nu au dat rezultate.Contestările despre existența fenomenului „memoriei apei” continuă.
Apa are multe alte proprietăți neobișnuite pe care nu le-am tratat în acest articol.
Literatură.
1.5 Lucruri cu adevărat ciudate despre apă / http://www.neatorama.com.
2. Misterul apei: teoria efectului Aristotel-Mpemba a fost creată / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Secretele naturii neînsuflețite. Cea mai misterioasă substanță din univers / http://www.bibliotekar.ru.
Pare evident că apa rece îngheață mai repede decât apa fierbinte, deoarece în condiții egale apa caldă durează mai mult să se răcească și apoi să înghețe. Cu toate acestea, mii de ani de observații, precum și experimente moderne au arătat că opusul este valabil și: în anumite condiții, apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Canalul științific Sciencium explică acest fenomen:
Așa cum s-a explicat în videoclipul de mai sus, fenomenul de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece este cunoscut sub numele de efect Mpemba, numit pentru Erasto Mpemba, un student din Tanzania care a făcut înghețată în 1963 ca parte a unui proiect școlar. Elevii trebuiau să aducă un amestec de smântână și zahăr la fierbere, lăsați-l să se răcească și apoi puneți-l în congelator.
În schimb, Erasto și-a pus amestecul imediat, fierbinte, fără să aștepte să se răcească. Drept urmare, după 1,5 ore, amestecul său era deja înghețat, dar amestecurile altor studenți nu erau. Intrigat de fenomen, Mpemba a început să studieze problema cu profesorul de fizică Denis Osborne, iar în 1969 au publicat un articol în care afirma că apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Acesta a fost primul studiu peer-review, dar fenomenul în sine este menționat în lucrările lui Aristotel, datând din secolul al IV-lea î.Hr. NS. Francis Bacon și Descartes au remarcat, de asemenea, acest fenomen în studiile lor.
Videoclipul listează mai multe opțiuni pentru a explica ce se întâmplă:
- Frostul este un dielectric și, prin urmare, apa rece, rece, depozitează căldura mai bine decât un pahar cald, care topește gheața în contact cu acesta.
- Există mai multe gaze dizolvate în apa rece decât în apa caldă, iar cercetătorii speculează că acest lucru poate juca un rol în rata de răcire, deși nu este încă clar cum
- Apa fierbinte pierde mai multe molecule de apă din cauza evaporării, astfel încât mai puțin rămâne pentru îngheț
- Apa caldă poate fi răcită mai rapid prin creșterea curenților convectivi. Acești curenți apar deoarece, în primul rând, apa din sticlă se răcește la suprafață și pe laturi, forțând apa rece să se scufunde, iar cea fierbinte să crească. Într-un pahar cald, curenții convectivi sunt mai activi, ceea ce poate afecta rata de răcire.
Cu toate acestea, în 2016, a fost realizat un studiu atent controlat care a arătat contrariul: apa fierbinte a înghețat mult mai lent decât apa rece. În același timp, oamenii de știință au observat că schimbarea locației termocuplului - un dispozitiv care determină scăderea temperaturii - cu doar un centimetru duce la apariția efectului Mpemba. Studiul altor lucrări similare a arătat că, în toate cazurile în care s-a observat acest efect, a existat o deplasare a termocuplului într-un centimetru.
Apa este unul dintre cele mai uimitoare lichide din lume cu proprietăți neobișnuite. De exemplu, gheața este o stare solidă de lichid, are o greutate specifică mai mică decât apa însăși, ceea ce a făcut posibilă apariția și dezvoltarea vieții pe Pământ în multe feluri. În plus, în lumea pseudo-științifică, și chiar în cea științifică, se discută despre care apa îngheață mai repede - cald sau rece. Oricine dovedește înghețarea mai rapidă a lichidelor fierbinți în anumite condiții și își justifică științific decizia va primi un premiu de 1000 GBP de la Societatea Regală Britanică a Chimiștilor.
Istoria problemei
Faptul că atunci când sunt îndeplinite o serie de condiții, apa fierbinte este mai rapidă decât apa rece în ceea ce privește rata de îngheț, a fost observat în Evul Mediu. Francis Bacon și René Descartes s-au străduit să explice acest fenomen. Cu toate acestea, din punctul de vedere al ingineriei clasice de încălzire, acest paradox nu poate fi explicat și au încercat să se împingă timid în legătură cu acesta. Impulsul pentru continuarea controversei a fost o poveste oarecum curioasă care i s-a întâmplat școlii din Tanzania, Erasto Mpemba, în 1963. Odată, în timpul unei lecții despre prepararea deserturilor la o școală de bucătari, băiatul, distras de lucruri străine, nu a avut timp să răcească amestecul de înghețată la timp și a pus o soluție fierbinte de zahăr în lapte în congelator. Spre surprinderea sa, produsul s-a răcit puțin mai repede decât cel al colegilor săi practicanți, respectând regimul de temperatură pentru prepararea înghețatei.
Încercând să înțeleagă esența fenomenului, băiatul s-a adresat profesorului său de fizică, care, fără a intra în detalii, și-a ridiculizat experimentele culinare. Cu toate acestea, Erasto s-a remarcat printr-o persistență de invidiat și și-a continuat experimentele nu mai cu lapte, ci cu apă. Era convins că, în unele cazuri, apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece.
După ce a intrat la Universitatea din Dar es Salaam, Erasto Mpembe a participat la o prelegere a profesorului Dennis G. Osborne. După absolvire, studentul l-a nedumerit pe omul de știință cu problema ratei de înghețare a apei în funcție de temperatura acesteia. D.G. Osborne a ridiculizat întrebarea în sine, afirmând cu aplomb că orice student sărac știa că apa rece va îngheța mai repede. Totuși, încăpățânarea naturală a tânărului s-a făcut simțită. A făcut un pariu cu profesorul, sugerând aici, în laborator, să efectueze un test experimental. Erasto a plasat două recipiente cu apă în congelator, unul la 95 ° F (35 ° C) și celălalt 212 ° F (100 ° C). Imaginați-vă surpriza profesorului și a „fanilor” din jur când apa din cel de-al doilea recipient a înghețat mai repede. De atunci, acest fenomen a fost numit „Paradoxul Mpemba”.
Cu toate acestea, până în prezent, nu există nicio ipoteză teoretică coerentă care să explice „Paradoxul Mpemba”. Nu este clar ce factori externi, compoziția chimică a apei, prezența gazelor și mineralelor dizolvate în aceasta, afectează rata de înghețare a lichidelor la diferite temperaturi. Paradoxul „Efectului Mpemba” este că acesta contrazice una dintre legile descoperite de I. Newton, care afirmă că timpul de răcire a apei este direct proporțional cu diferența de temperatură dintre lichid și mediu. Și dacă toate celelalte lichide respectă complet această lege, atunci apa în unele cazuri este o excepție.
De ce apa fierbinte ingheata mai repedeT
Există mai multe versiuni de ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece. Principalele sunt:
- apa fierbinte se evaporă mai repede, în timp ce volumul său scade, iar un volum mai mic de lichid se răcește mai repede - atunci când apa este răcită de la + 100 ° C la 0 ° C, pierderile volumetrice la presiunea atmosferică ating 15%;
- intensitatea schimbului de căldură dintre lichid și mediu este cu atât mai mare, cu cât diferența de temperatură este mai mare, prin urmare, pierderile de căldură ale apei clocotite trec mai repede;
- când apa fierbinte se răcește, pe suprafața sa se formează o crustă de gheață, împiedicând lichidul să înghețe și să se evapore complet;
- la o temperatură ridicată a apei, are loc amestecarea prin convecție, ceea ce reduce timpul de îngheț;
- gazele dizolvate în apă scad punctul de îngheț, luând energie pentru cristalizare - nu există gaze dizolvate în apa fierbinte.
Toate aceste condiții au fost testate în mod repetat experimental. În special, omul de știință german David Auerbach a constatat că temperatura de cristalizare a apei calde este puțin mai mare decât cea a apei reci, ceea ce face posibilă înghețarea mai rapidă a primului. Cu toate acestea, mai târziu experimentele sale au fost criticate și mulți oameni de știință sunt convinși că „efectul Mpemba” despre care apa îngheață mai repede - fierbinte sau rece, poate fi reprodus doar în anumite condiții, căutarea și specificarea cărora până acum nu s-a angajat nimeni.
În acest articol ne vom uita la întrebarea de ce apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece.
Apa fierbinte ingheata mult mai repede decat apa rece! Această proprietate uimitoare a apei, pentru care oamenii de știință nu pot găsi o explicație exactă, a fost cunoscută din cele mai vechi timpuri. De exemplu, chiar și în Aristotel există o descriere a pescuitului de iarnă: pescarii au introdus undițele în găurile din gheață și, astfel încât să înghețe mai repede, au turnat apă caldă pe gheață. Numele acestui fenomen a fost dat de numele lui Erasto Mpemba în anii 60 ai secolului XX. Mnemba a observat un efect ciudat când pregătea înghețată și s-a adresat profesorului său de fizică, dr. Denis Osborne, pentru o explicație. Mpemba și Dr. Osborne au experimentat cu apă de diferite temperaturi și au ajuns la concluzia că apa aproape clocotită începe să înghețe mult mai repede decât apa la temperatura camerei. Alți oameni de știință și-au desfășurat propriile experimente și au obținut rezultate similare de fiecare dată.
Explicarea fenomenului fizic
Nu există nicio explicație general acceptată de ce se întâmplă acest lucru. Mulți cercetători sugerează că este vorba despre hipotermia lichidului, care apare atunci când temperatura acestuia scade sub punctul de îngheț. Cu alte cuvinte, dacă apa îngheață la temperaturi sub 0 ° C, atunci apa supraîncălzită poate avea o temperatură de, de exemplu, -2 ° C și în același timp să rămână lichidă fără să se transforme în gheață. Când încercăm să congelăm apa rece, există posibilitatea ca aceasta să fie mai întâi răcită și să se întărească doar după un timp. Alte procese au loc în apă încălzită. Transformarea sa mai rapidă în gheață este asociată cu convecția.
Convecție- acesta este un fenomen fizic în care straturile inferioare calde ale lichidului se ridică, iar cele superioare, răcite, coboară.
