Mpemba efekt(Mpembov paradox) - paradox, ktorý hovorí, že horúca voda za určitých podmienok zamŕza rýchlejšie ako studená, hoci v procese zamŕzania musí prejsť teplotou studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý je v rozpore so zaužívanými predstavami, podľa ktorých za rovnakých podmienok trvá viac zohriatemu telesu na ochladenie na určitú teplotu viac času ako menej zohriatemu telesu na ochladenie na rovnakú teplotu.
Tento jav si svojho času všimli aj Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale až v roku 1963 tanzánsky školák Erasto Mpemba zistil, že horúca zmrzlinová zmes zamrzne rýchlejšie ako studená.
Erasto Mpemba ako študent strednej školy Magambi v Tanzánii vykonával praktickú prácu ako kuchár. Potreboval urobiť domácu zmrzlinu – uvariť mlieko, rozpustiť v ňom cukor, ochladiť na izbovú teplotu a potom dať zamraziť do chladničky. Mpemba zjavne nebol mimoriadne usilovným študentom a s dokončením prvej časti úlohy meškal. Zo strachu, že to do konca hodiny nestihne, dal ešte horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho súdruhov, pripravené podľa danej technológie.
Potom Mpemba experimentoval nielen s mliekom, ale aj s obyčajnou vodou. V každom prípade, už ako študent na strednej škole Mkwava sa profesora Dennisa Osbornea z University College v Dar Es Salaam (pozvaný riaditeľom školy, aby študentom prednášal o fyzike) pýtal konkrétne na vodu: „Ak si vezmete dve rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody, takže v jednej z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhej - 100 ° C a vložte ich do mrazničky, potom v druhej voda rýchlejšie zamrzne. Prečo?" Osborne sa začal o túto problematiku zaujímať a čoskoro, v roku 1969, on a Mpemba publikovali výsledky svojich experimentov v časopise Physics Education. Odvtedy sa efekt, ktorý objavili, nazýval Mpemba efekt.
Doteraz nikto presne nevie, ako tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú jedinú verziu, aj keď ich je veľa. Všetko je to o rozdieloch vo vlastnostiach teplej a studenej vody, ale zatiaľ nie je jasné, ktoré vlastnosti hrajú v tomto prípade úlohu: rozdiel v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo vplyve skvapalnených plynov na vodu pri rozdielne teploty.
Paradoxom Mpemba efektu je, že čas, počas ktorého sa teleso ochladí na teplotu okolia, by malo byť úmerné teplotnému rozdielu medzi týmto telesom a prostredím. Tento zákon zaviedol Newton a odvtedy bol v praxi mnohokrát potvrdený. Pri tomto efekte sa voda s teplotou 100°C ochladí na teplotu 0°C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35°C.
To však ešte neznamená paradox, keďže Mpembov efekt možno vysvetliť v rámci známej fyziky. Tu je niekoľko vysvetlení pre efekt Mpemba:
Odparovanie
Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody pri rovnakej teplote rýchlejšie zamrzne. Voda zohriata na 100 C stratí pri ochladení na 0 C 16 % svojej hmoty.
Účinok odparovania je dvojitý. Po prvé, množstvo vody potrebné na chladenie klesá. A po druhé, teplota klesá v dôsledku toho, že klesá teplo vyparovania prechodu z vodnej fázy do parnej fázy.
Teplotný rozdiel
Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi teplou vodou a studeným vzduchom je väčší, výmena tepla je v tomto prípade intenzívnejšia a horúca voda rýchlejšie chladne.
Podchladenie
Keď sa voda ochladí pod 0 C, nie vždy zamrzne. Za určitých podmienok môže prejsť podchladením, pričom pri teplotách pod bodom mrazu zostane tekutý. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri teplote –20 C.
Dôvodom tohto efektu je, že na to, aby sa začali vytvárať prvé kryštály ľadu, sú potrebné centrá tvorby kryštálov. Ak nie sú prítomné v kvapalnej vode, podchladenie bude pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, aby sa kryštály spontánne vytvorili. Keď sa začnú tvoriť v podchladenej kvapaline, začnú rásť rýchlejšie, pričom sa vytvorí kašovitý ľad, ktorý zamrzne a vytvorí ľad.
Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievanie odstraňuje rozpustené plyny a bubliny, ktoré zase môžu slúžiť ako centrá pre tvorbu ľadových kryštálikov.
Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, sa stane nasledovné. V tomto prípade sa na povrchu nádoby vytvorí tenká vrstva ľadu. Táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolant medzi vodou a studeným vzduchom a zabráni ďalšiemu vyparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade nižšia. V prípade horúcej vody podrobenej podchladeniu nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Preto cez otvorený vrch oveľa rýchlejšie stráca teplo.
Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu.
Mnohí výskumníci tohto účinku považujú hypotermiu za hlavný faktor v prípade Mpemba efektu.
Konvekcia
Studená voda začína zamŕzať zhora, čím sa zhoršujú procesy vyžarovania a prúdenia tepla, a tým aj tepelné straty, zatiaľ čo horúca voda začína zamŕzať zdola.
Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou v hustote vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4 C. Ak vodu schladíte na 4 C a dáte ju na nižšiu teplotu, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože je táto voda menej hustá ako voda pri teplote 4 C, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody v priebehu krátkeho času vytvorí tenká vrstva ľadu, ktorá však bude slúžiť ako izolant, chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4 C. Preto bude ďalší proces chladenia pomalší.
V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku vyparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Okrem toho sú vrstvy studenej vody hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne, čím sa vrstva teplej vody zdvihne na povrch. Táto cirkulácia vody zabezpečuje rýchly pokles teploty.
Prečo však tento proces nedosiahne rovnovážny bod? Pre vysvetlenie Mpembovho efektu z tohto pohľadu konvekcie by bolo potrebné predpokladať, že studená a horúca vrstva vody sa oddelí a samotný konvekčný proces pokračuje po poklese priemernej teploty vody pod 4 C.
Neexistujú však žiadne experimentálne dôkazy na podporu tejto hypotézy, že studené a horúce vrstvy vody sú oddelené procesom konvekcie.
Plyny rozpustené vo vode
Voda vždy obsahuje rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri ohrievaní vody sa tieto plyny uvoľňujú z vody, pretože ich rozpustnosť vo vode je pri vysokých teplotách nižšia. Preto, keď sa horúca voda ochladí, vždy obsahuje menej rozpustených plynov ako v neohriatej studenej vode. Preto je bod tuhnutia ohriatej vody vyšší a rýchlejšie zamrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní Mpembovho efektu, hoci neexistujú žiadne experimentálne údaje potvrdzujúce túto skutočnosť.
Tepelná vodivosť
Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, keď je voda umiestnená v chladiacom priestore s mrazničkou v malých nádobách. Za týchto podmienok bolo pozorované, že nádoba s horúcou vodou roztopí ľad v mrazničke pod ňou, čím sa zlepší tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby na teplú vodu odvádza rýchlejšie ako zo studenej. Nádoba so studenou vodou zasa neroztopí sneh pod ňou.
Všetky tieto (ale aj iné) podmienky boli skúmané v mnohých experimentoch, no jednoznačnú odpoveď na otázku – ktoré z nich poskytujú stopercentnú reprodukciu Mpembovho efektu – nikdy nezískali.
Napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach skúmal vplyv podchladzovacej vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosiahne podchladený stav, zamrzne pri vyššej teplote ako studená voda, a teda rýchlejšie ako studená voda. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím kompenzuje predchádzajúce oneskorenie.
Navyše Auerbachove výsledky boli v rozpore s predchádzajúcimi údajmi, že horúca voda bola schopná dosiahnuť väčšie podchladenie vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier. Pri zohrievaní vody sa z nej odstraňujú plyny v nej rozpustené a pri varení sa vyzrážajú niektoré soli rozpustené v nej.
Zatiaľ možno konštatovať len jedno - reprodukcia tohto efektu výrazne závisí od podmienok, za ktorých sa experiment uskutočňuje. Práve preto, že nie vždy sa reprodukuje.
O. V. Mosin
Literárnezdrojov:
"Horúca voda mrzne rýchlejšie ako studená. Prečo to robí?", Jearl Walker v The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, č. 3, str. 246-257; september 1977.
"Zmrazenie teplej a studenej vody", G.S. Kell v American Journal of Physics, Vol. 37, č. 5, str. 564-565; máj 1969.
"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, v American Journal of Physics, Vol. 63, č. 10, str. 882-885; október 1995.
"Mpembov efekt: mrazivé časy horúcej a studenej vody", Charles A. Knight, v American Journal of Physics, Vol. 64, č. 5, str. 524; máj 1996.
Slabý tlak vodovodného kohútika môže rozrušiť aj toho najurovnanejšieho majiteľa domu. Koniec koncov, od tlaku závisí dĺžka plnenia kanvice alebo kávovaru a výkon práčky alebo umývačky riadu.
Okrem toho, ak je tlak slabý, je takmer nemožné použiť toaletu, sprchu alebo vaňu. Jedným slovom, ak v kohútiku nie je žiadny tlak, potom v dome nebude pohodlné bývanie.
Rozumieme dôvodom nízkeho tlaku vody v kohútiku
Čo oslabuje tlak vody v kohútiku?
Už sme diskutovali o tom, prečo slabý tlak vody v kohútiku dokáže pokaziť aj ten najšťastnejší život aj v tom najdokonalejšom dome či byte. Smútku však stonanie nepomôže. Navyše tento problém nie je taký hrozný, ako sa zdá. Musíte len pochopiť, čo oslabilo tlak, a dostanete takmer hotový recept na odstránenie tohto problému.
V tomto prípade je zoznam TOP 3 dôvodov poklesu tlaku teplej alebo studenej vody nasledovný:
- Upchatý kohútik . Intenzitu prúdu vody v tomto prípade oslabuje zátka hrdze a vodného kameňa, ktorá upchala prevzdušňovač, filtračnú vložku (sieťku) alebo osky. Navyše týmto problémom trpí iba jeden kohútik v dome. To znamená, že ak vám voda z vodovodu zle tečie, napríklad v kuchyni, ale v kúpeľni nie sú žiadne problémy, potom budete musieť problémové miesto spotreby rozobrať a vyčistiť.
- . V tomto prípade sú na vine tie isté čiastočky bahna, hrdze alebo vodného kameňa. Len teraz neblokujú prevzdušňovač kohútika alebo pletivo kohútika, ale filter zabudovaný do prívodu vody. V najhoršom prípade môžu takéto usadeniny zablokovať prietokový priemer pripojovacej armatúry alebo samotnej potrubnej armatúry.
- . V tomto prípade môže byť príčinou oslabenia buď porucha na úrovni čerpacej stanice alebo odtlakovanie potrubia. Porucha na stanici môže byť opravená iba opravárenskými tímami komunálnych služieb. Indikátorom tohto rozpadu je nedostatok vody v celom susedstve. Strata tesnosti je diagnostikovaná vizuálne – prúdom vody tryskajúcim z telesa vodovodných armatúr. Každý mechanik zo servisnej spoločnosti môže opraviť túto poruchu.
- Okrem toho, keď hovoríme o dôvodoch oslabenia tlaku, je potrebné spomenúť možné nesprávne výpočty pri inštalácii konkrétneho vodovodného potrubia . Nesprávny priemer (väčší ako predchádzajúca vetva), nadmerná dĺžka (nevhodná pre vlastnosti tlakového zariadenia) - to sú najdôležitejšie dôvody poklesu tlaku v novej vodovodnej sieti.
|
|
Ak sa s nimi nechcete zaoberať, objednajte si projekt zásobovania vodou od profesionálov.
Teraz, keď už poznáte dôvody poklesu tlaku v kohútiku, je čas zistiť spôsoby, ako túto poruchu dodávky vody odstrániť.
Čo robiť, ak studená a teplá voda z kohútika netečie dobre?
Všetko závisí od dôvodu poklesu tlaku.
Napríklad, ak je váš kohútik upchatý, budete musieť urobiť nasledovné:
Demontáž prevzdušňovača kohútika na čistenie
- Vezmite nastaviteľný kľúč a odskrutkujte ho z výtoku kohútika. – dýza s penovým vodným lúčom. Táto časť má veľmi malé trysky. Preto sa prevzdušňovače upchávajú každých šesť mesiacov. A ak hovoríme o vodovodnom mixéri s horúcou / studenou vodou, potom sa frekvencia čistenia trysiek zníži na 2-3 mesiace. Demontovaný prevzdušňovač sa umyje pod tečúcou vodou.
- Ak je perlátor čistý a voda slabo prúdi, budete sa musieť ponoriť ešte hlbšie do dizajnu batérie . V tomto prípade sa skutočne musíte priblížiť k blokovacej jednotke - nápravovej skrini. Aby ste to dosiahli, musíte demontovať ventil (rukoväť kohútika) a odskrutkovať poistnú podložku, ktorá drží blokovací prvok v sedle tela. Potom z karosérie odstránite uzamykaciu zostavu a z jej povrchu očistíte všetky nánosy bahna alebo vodného kameňa. Vo finále budete musieť žeriav zložiť opačným postupom.
Pred demontážou uzatváracej jednotky kohútika sa uistite, že ste zatvorili prívod vody zatvorením vodovodného ventilu najbližšie k miestu spotreby. Inak zatopíte celý byt.
- Ak zdrojom problému nie je kohútik, ale „sprej“ v sprchovom kúte alebo kúpeľňa, budete musieť robiť veci trochu inak. Najprv vypnite prívod do postrekovača. Potom ho vyberte zo stojana alebo kovovej hadice pomocou nastaviteľného kľúča. Odstránenú časť rozprašovača ponorte do hrnca s octom. Toto médium zohrejte na varnej platni. Vodný kameň opláchnite vodou. Vráťte trysku na svoje miesto.
Ak vás vôňa octu dráždi, vyskúšajte 10 % roztok kyseliny citrónovej. Na jeho prípravu stačí rozpustiť 100 gramov suchého kyslého prášku - predáva sa v akomkoľvek cukrárskom oddelení - v litri vody.
Ak sa nechcete pohrávať so žeriavom, zavolajte mechanika zo správcovskej spoločnosti. Tento problém vyrieši priamo pred vašimi očami.
Dúfame, že už chápete, čo robiť, ak je v kohútiku nízky tlak vody.
Teraz prejdime k potrubiam:
- Najprv vypnite vodu otočením centrálneho ventilu v blízkosti merača.
- Potom odstráňte zátku hrubého filtra. Vyberte kazetu s drôtom a umyte ju v nádobe. Potom vráťte filtračnú vložku na svoje miesto, obnovte tesnenie a zaskrutkujte zátku.
- Po kontrole hrubého filtra prejdite na kontrolu systému jemného čistenia. Najprv ho odpojte od prívodu vody a miernym otvorením centrálneho ventilu skontrolujte tlak vo voľnom potrubí. Ak je všetko v poriadku, vymeňte vložku a súčasne opláchnite sklo filtra od častíc nahromadených nečistôt. Vo finále je všetko samozrejme namontované na pôvodné miesto.
- Ak sú filtre vyčistené, ale voda stále nevyteká z kohútika s požadovanou silou, dôvodom poklesu tlaku je zablokovanie v samotných potrubiach. Lokalizácia tohto problému a jeho odstránenie je mimoriadne časovo náročná úloha. Preto po vyčistení filtrov bez výsledkov budete musieť zavolať správcovskú spoločnosť a nahlásiť problém s priechodom potrubí vo vodovodnom potrubí.
Ak ste nezmenili zapojenie vodovodného systému v byte, správcovská spoločnosť zaplatí čistenie potrubí. Koniec koncov, je to ona, kto musí monitorovať výkon „natívnej“ inžinierskej komunikácie.
Existuje veľa faktorov, ktoré ovplyvňujú, ktorá voda zamrzne rýchlejšie, či je horúca alebo studená, ale samotná otázka sa zdá byť trochu zvláštna. Z toho vyplýva, a to je známe z fyziky, že horúca voda ešte potrebuje čas na ochladenie na teplotu porovnávanej studenej vody, aby sa zmenila na ľad. Táto fáza môže byť preskočená, a preto vyhrá včas.
Ale odpoveď na otázku, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca - vonku v chlade, pozná každý obyvateľ severných zemepisných šírok. V skutočnosti sa vedecky ukazuje, že v každom prípade studená voda jednoducho rýchlejšie zamrzne.
Učiteľ fyziky, ktorého v roku 1963 oslovil školák Erasto Mpemba, si myslel to isté so žiadosťou o vysvetlenie, prečo studená zmes budúcej zmrzliny zmrzne dlhšie ako podobná, no horúca.
"Toto nie je univerzálna fyzika, ale nejaký druh fyziky Mpemba"
Učiteľ sa tomu vtedy iba zasmial, ale profesor fyziky Deniss Osborne, ktorý svojho času navštevoval rovnakú školu, kde študoval Erasto, experimentálne potvrdil prítomnosť takéhoto účinku, hoci vtedy na to nebolo žiadne vysvetlenie. V roku 1969 vyšiel v populárnom vedeckom časopise spoločný článok týchto dvoch ľudí, ktorí opísali tento zvláštny efekt.
Odvtedy, mimochodom, otázka, ktorá voda mrzne rýchlejšie - horúca alebo studená - má svoj vlastný názov - Mpemba efekt alebo paradox.
Otázka je tu už dlho
Prirodzene, takýto jav sa už predtým vyskytol a bol spomenutý v prácach iných vedcov. O túto problematiku sa zaujímal nielen školák, ale svojho času o nej uvažoval aj René Descartes a dokonca aj Aristoteles.
No prístupy k riešeniu tohto paradoxu začali hľadať až na konci dvadsiateho storočia.
Podmienky pre vznik paradoxu
Rovnako ako pri zmrzline, pri experimente nezamrzne len obyčajná voda. Aby sa mohli začať hádať, ktorá voda zamrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, musia byť prítomné určité podmienky. Čo ovplyvňuje priebeh tohto procesu?
Teraz, v 21. storočí, bolo predložených niekoľko možností, ktoré môžu vysvetliť tento paradox. Ktorá voda zamrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, môže závisieť od skutočnosti, že má vyššiu rýchlosť odparovania ako studená voda. Zmenšuje sa teda jej objem a pri zmenšovaní objemu sa doba mrazenia skracuje, ako keby sme odobrali rovnaký počiatočný objem studenej vody.
Už je to nejaký čas, čo ste odmrazili mrazničku.
Ktorá voda zamrzne rýchlejšie a prečo sa to stane, môže byť ovplyvnené snehovou výstelkou, ktorá sa môže nachádzať v mrazničke chladničky použitej na experiment. Ak vezmete dve nádoby, ktoré majú rovnaký objem, ale jedna z nich obsahuje horúcu vodu a druhá studenú, nádoba s horúcou vodou roztopí sneh pod ňou, čím sa zlepší kontakt tepelnej hladiny so stenou chladničky. Nádoba so studenou vodou to nedokáže. Ak v chladiacom priestore takéto obloženie snehom nie je, studená voda by mala rýchlejšie zamrznúť.
Hore - dole
Tiež jav, ktorého voda rýchlejšie zamrzne - horúca alebo studená - je vysvetlený nasledovne. Pri dodržaní určitých zákonov začína studená voda zamŕzať z horných vrstiev, kým horúca voda naopak – začína zamŕzať zdola nahor. Ukazuje sa, že studená voda, ktorá má na vrchu studenú vrstvu s už vytvoreným ľadom, tak zhoršuje procesy konvekcie a tepelného žiarenia, čím sa vysvetľuje, ktorá voda mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Fotografie z amatérskych experimentov sú priložené a je to tu jasne viditeľné.
Teplo ide von, rúti sa nahor a tam sa stretáva s veľmi chladnou vrstvou. Neexistuje žiadna voľná cesta pre tepelné žiarenie, takže proces chladenia sa stáva ťažkým. Horúca voda nemá v ceste absolútne žiadne takéto prekážky. Ktorá z nich mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca, čo určuje pravdepodobný výsledok? Odpoveď môžete rozšíriť tým, že každá voda má v sebe rozpustené určité látky.
Nečistoty vo vode ako faktor ovplyvňujúci výsledok
Ak nebudete podvádzať a použijete vodu s rovnakým zložením, kde sú koncentrácie určitých látok totožné, tak by studená voda mala zamrznúť rýchlejšie. Ale ak nastane situácia, že rozpustené chemické prvky sú prítomné iba v horúcej vode a studená voda ich nemá, potom má horúca voda možnosť skôr zamrznúť. Vysvetľuje sa to tým, že rozpustené látky vo vode vytvárajú kryštalizačné centrá a pri malom počte týchto centier je premena vody do tuhého skupenstva náročná. Je dokonca možné, že voda bude podchladená v tom zmysle, že pri mínusových teplotách bude v tekutom stave.
Všetky tieto verzie však vedcom zjavne úplne nevyhovovali a pokračovali v práci na tejto otázke. V roku 2013 tím výskumníkov v Singapure povedal, že vyriešili starú záhadu.
Skupina čínskych vedcov tvrdí, že tajomstvo tohto efektu spočíva v množstve energie, ktorá je uložená medzi molekulami vody v jej väzbách, nazývaných vodíkové väzby.
Odpoveď čínskych vedcov
Nasleduje informácia, na pochopenie ktorej potrebujete mať nejaké znalosti z chémie, aby ste pochopili, ktorá voda mrzne rýchlejšie – horúca alebo studená. Ako je známe, pozostáva z dvoch atómov H (vodíka) a jedného atómu O (kyslíka), ktoré sú držané pohromade kovalentnými väzbami.
Ale aj atómy vodíka jednej molekuly sú priťahované k susedným molekulám, k ich kyslíkovej zložke. Tieto väzby sa nazývajú vodíkové väzby.
Stojí za to pripomenúť, že molekuly vody na seba súčasne pôsobia odpudivo. Vedci poznamenali, že keď sa voda zahrieva, vzdialenosť medzi jej molekulami sa zväčšuje, čo je uľahčené odpudivými silami. Ukazuje sa, že tým, že v studenom stave medzi molekulami zaberajú rovnakú vzdialenosť, možno povedať, že sa naťahujú a majú väčší prísun energie. Práve táto energetická rezerva sa uvoľní, keď sa molekuly vody začnú približovať k sebe, to znamená, že dôjde k ochladeniu. Ukazuje sa, že väčšia zásoba energie v horúcej vode a jej väčšie uvoľnenie pri ochladzovaní na mínusové teploty nastáva rýchlejšie ako v studenej vode, ktorá má menšiu zásobu takejto energie. Ktorá voda teda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca? Na ulici aj v laboratóriu by malo dôjsť k Mpembovmu paradoxu a horúca voda by sa mala rýchlejšie zmeniť na ľad.
Ale otázka je stále otvorená
Existuje iba teoretické potvrdenie tohto riešenia - to všetko je napísané v krásnych vzorcoch a zdá sa byť pravdepodobné. Keď sa však experimentálne údaje, o ktorých voda zmrazuje rýchlejšie - horúca alebo studená - prakticky použijú a prezentujú sa ich výsledky, možno otázku Mpembovho paradoxu považovať za uzavretú.
Prečo voda zamŕza? Voda je úžasný zázrak prírody. Je nevyhnutný pre všetok život na Zemi. Práve vo vode podľa vedcov vznikol život. Je prekvapujúce, že voda môže existovať v troch skupenstvách: kvapalnom, pevnom a plynnom. Zároveň sa môže presúvať z jedného stavu do druhého. Prevažná väčšina vody na planéte je tekutá. Pevné skupenstvo vody je ľad.
Prečo voda v mraze zamrzne?
Schopnosť vody transformovať sa do rôznych skupenstiev je ovplyvnená jej zložením. Molekuly vody sú navzájom slabo viazané; vždy sa pohybujú a zoskupujú, no zároveň nemôžu vytvárať určitú štruktúru. Voda má tvar nádoby, v ktorej je umiestnená, ale sama o sebe nemôže držať žiadny konkrétny model. Napríklad nalejeme vodu do panvice a tekutina získa svoj tvar, ale nebude ju môcť udržať mimo nádoby.
Pri zahrievaní sa molekuly vody začnú voči sebe pohybovať ešte rýchlejšie a chaotickejšie, čím vo väčšej miere strácajú vzájomné spojenie. V tomto prípade sa voda stáva parou.
Pri vplyve nízkych teplôt na vodu sa pohyb molekúl spomalí, spojenie medzi nimi sa posilní a potom môžu vybudovať štruktúru - šesťuholníkové kryštály. Stav premeny vlhkosti na ľad sa nazýva kryštalizácia, tuhnutie.
V takom silnom stave si môže po dlhú dobu zachovať rôzne formy, ktoré získa. Voda začína mrznúť pri teplote 0 stupňov Celzia. Teda prechod vody z kvapalného do tuhého skupenstva, do ľadu, je určený fyzikálnymi vlastnosťami vody, jej zložením.
Prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená?
Keď už hovoríme o „premene“ vody na ľad, pozorujú sa kuriózne javy. Horúce mrzne rýchlejšie ako studené, bez ohľadu na to, ako nepravdepodobné sa to môže zdať. Táto skutočnosť bola známa už dlho, no dlho sa nepodarilo odhaliť tajomstvo záhadných vlastností vody. Až v dvadsiatom storočí sa vedci z celého sveta pokúsili vysvetliť dôvod, prečo horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená.
V roku 1963 si chlapec menom Mpemba z Tanzánie pri výrobe zmrzliny všimol, že lahodná pochúťka rýchlejšie stuhla, ak bola vyrobená z teplého a nie studeného mlieka. Začali si z neho robiť srandu, keď sa o svoje postrehy podelil s učiteľom a kamarátmi. Tomuto faktu venoval pozornosť iba jeden človek, profesor Dennis Osborne, s ktorým sa Mpemba zoznámil ako dospelý.
Bolo predložených veľa hypotéz o rýchlejšom zmrazení horúcej vody ako studenej, ale všetky zostali len predpokladmi. „Podivné“ správanie vody sa nazýva „Mpemba efekt“. Výskum stále prebieha. Vedci z mnohých krajín sa snažia dokázať „Mpembov efekt“, no zatiaľ bezvýsledne.
Mnohí vedci túto skutočnosť nepovažujú za hodnú pozornosti, keďže zmrzlina má iné vlastnosti ako tvrdá voda. Fyzici zo Singapuru v roku 2013 teoreticky dokázali záhadu Mpemba efektu, no potvrdenie laboratórnych štúdií nepochopiteľného javu stále neexistuje.
Voda zamŕza zhora, nie zdola
Takmer každý vie, že na nádržiach pri nízkych teplotách sa najskôr vytvorí tenká ľadová kôra, ktorá sa zosilnením mrazu stáva hrubšou a pevnejšou. A keby nebolo tejto úžasnej vlastnosti vody, je nepravdepodobné, že by niekto mohol korčuľovať, pretože ľad by jednoducho klesol na dno nádrže.
Voda, ako väčšina podobných látok, sa pri ochladzovaní zmršťuje a zmenšuje svoj objem, ale na teplotu nie nižšiu ako 3 stupne Celzia. Pri nižších teplotách voda naopak expanduje a jej hustota sa zvyšuje. Ľad je ľahší ako voda a to ho udrží na vrchu.
Prečo destilovaná voda nezamŕza?
Destilovaná voda sa nazýva čistá, je „zbavená“ všetkých nečistôt a kyslíka. Nečistoty sú fragmenty, na ktoré sa viažu molekuly vody. Pri prechode z kvapalného skupenstva do ľadu dochádza k stlačeniu nečistôt prítomných vo vode.Destilovaná voda v dôsledku neprítomnosti iných látok expanduje a vzdialenosť medzi molekulami sa zväčšuje.
Výsledný ľad bude plávať na povrchu, pretože je ľahší ako voda. Napriek tomu môže destilovaná voda zamrznúť, ale jej bod tuhnutia je oveľa nižší ako obyčajná voda. Zároveň sa zistilo, že ak zasiahnete napríklad fľašu destilovanej vody alebo s ňou zatrasiete, voda okamžite začne zamŕzať. To sa vysvetľuje adhéziou molekúl pri náraze.
Bod tuhnutia minerálnej vody
Minerálna voda je nasýtená soľami a chemikáliami, ktoré sú prospešné pre človeka. Bod tuhnutia minerálnej vody je nižší ako u obyčajnej vody. Úderom alebo potrasením nádoby s vodou urýchlite proces zmrazovania rovnako ako pri destilovanej vode. Molekuly vody budú k sebe priľnúť a štruktúrovať sa do kryštálov, v dôsledku čoho voda zamrzne.
Zamŕza slaná voda?
Sú ľudia, ktorí veria, že nemrzne. Toto tvrdenie nie je celkom pravdivé. Aj slaná voda zvykne zamŕzať, no jej bod tuhnutia je výrazne pod nulou. Vysvetlenie je v molekulárnom zložení vody.
Soľ, respektíve jej malé kryštály, nedovoľuje molekulám vody spojiť sa. Zmrazovanie slanej vody závisí od koncentrácie soli, ktorú obsahuje. Čím viac soli vo vode, tým nižší bod mrazu. Prečo sú antarktické ľadovce a ľadovce zásoby sladkej vody? Podľa vedcov ide o fragmenty kontinentu, ktorý sa odtrhol pred miliónmi rokov. Vzdelávanie im neuľahčovalo miesto, kde sa nachádzajú.
Morská voda zamŕza aj pri veľmi nízkych teplotách. Ľadové kryštály vytvorené na povrchu vody vytláčajú kryštáliky soli, takže čím hlbšie je soľanka bohatšia. Ak vezmete ľad z vodnej hladiny mora a roztopíte ho, roztopená voda bude takmer čerstvá.
Zamrzne voda Epiphany?
Voda Zjavenia Pána sa nazýva „svätá“. Existuje názor, že v noci Epiphany a počas nasledujúcich troch dní sa voda vo všetkých nádržiach stáva „svätou“ a má magické liečivé vlastnosti. Dá sa skutočne dlho skladovať bez zmeny chuti, no zamrzne. Každý si to môže overiť. Vložte do studenej 2 fľaše naplnené čistou vodou zozbieranou v noci Epiphany. Voda zamrzne v oboch fľašiach rovnako.
Zamŕza voda v studni?
Ľudia radšej pijú vodu zo studne, považujú ju za prospešnejšiu a vhodnejšiu pre telo. Zamŕza v zime voda zo studne? Odpoveď na túto otázku je zrejmá. Ak je studňa dostatočne hlboká, hladina vody nestúpne nad bod mrazu zeme, čo znamená, že voda v studni nezamrzne. Ak je studňa plytká, potom môže byť horná vrstva vody pokrytá ľadovou kôrou alebo výraznou vrstvou ľadu.
Voda je úžasná látka, ktorá sa vďaka svojmu chemickému zloženiu môže meniť z jedného skupenstva do druhého. Bod tuhnutia vody sa mení. Voda je asi jediná výnimočná látka, ktorá sa pri nízkych teplotách dokáže rozpínať.
zamrznutej vody
Každý vie o dôležitosti a výhodách vody pre život. Ukazuje sa, že voda rozmrazená po zmrazení má liečivé vlastnosti na ľudský organizmus. Po procesoch zmrazovania a rozmrazovania mení svoju štruktúru. Mnoho ľudí pripisuje dlhovekosť horolezcov ich konzumácii roztopenej vody z prameňov tečúcich v horách.