Athari ya Mpemba(Kitendawili cha Mpemba) - kitendawili kinachosema kwamba maji ya moto huganda haraka chini ya hali fulani kuliko maji baridi, ingawa lazima yapitishe joto la maji baridi wakati wa mchakato wa kufungia. Kitendawili hiki ni ukweli wa majaribio ambao unapingana na dhana za kawaida, kulingana na ambayo, chini ya hali hiyo hiyo, mwili wenye joto zaidi kupoza hadi joto fulani huchukua muda mrefu kuliko mwili wenye joto kidogo kupoa hadi joto moja.
Jambo hili liligunduliwa wakati huo na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes, lakini ilikuwa hadi 1963 ambapo mtoto wa shule Mtanzania Erasto Mpemba aligundua kuwa mchanganyiko moto wa barafu unaganda haraka kuliko baridi.
Kama mwanafunzi katika Shule ya Upili ya Magamba nchini Tanzania, Erasto Mpemba alifanya kazi ya kupika ya vitendo. Alihitaji kutengeneza barafu iliyotengenezwa kienyeji - chemsha maziwa, kuyeyusha sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii haswa na alichelewesha kumaliza sehemu ya kwanza ya kazi hiyo. Kwa kuogopa kwamba hatakuwa katika wakati mwishoni mwa somo, aliweka maziwa ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema kuliko maziwa ya wenzie, iliyoandaliwa kulingana na teknolojia iliyopewa.
Baada ya hapo, Mpemba alijaribu sio maziwa tu, bali pia na maji ya kawaida. Kwa vyovyote vile, tayari akiwa mwanafunzi wa Shule ya Upili ya Mkvava, alimwuliza Profesa Dennis Osborne kutoka Chuo Kikuu cha Dar es Salaam (aliyealikwa na mwalimu mkuu kuwapa wanafunzi mhadhara juu ya fizikia) haswa juu ya maji: "Ukichukua mbili vyombo sawa na ujazo sawa wa maji ili katika moja yao maji iwe na joto la 35 ° C, na kwa lingine - 100 ° C, na uiweke kwenye freezer, kisha kwa pili maji yataganda haraka. ? " Osborne alivutiwa na suala hili na hivi karibuni mnamo 1969, yeye na Mpemba walichapisha matokeo ya majaribio yao katika jarida la "Elimu ya Fizikia". Tangu wakati huo, athari waliyogundua inaitwa Athari ya Mpemba.
Hadi sasa, hakuna mtu anayejua jinsi ya kuelezea athari hii ya kushangaza. Wanasayansi hawana toleo moja, ingawa kuna mengi. Yote ni juu ya tofauti katika mali ya maji moto na baridi, lakini bado haijafahamika ni mali zipi zina jukumu katika kesi hii: tofauti katika kupindukia kwa maji, uvukizi, uundaji wa barafu, usafirishaji, au athari za gesi zilizochanganywa kwenye maji kwenye joto tofauti.
Kitendawili cha athari ya Mpemba ni kwamba wakati ambao mwili hupungua hadi joto la kawaida unapaswa kuwa sawa na tofauti ya joto kati ya mwili huu na mazingira. Sheria hii ilianzishwa na Newton na tangu wakati huo imethibitishwa mara nyingi katika mazoezi. Katika athari hii, maji yenye joto la 100 ° C hupoa hadi joto la 0 ° C haraka kuliko kiwango sawa cha maji na joto la 35 ° C.
Walakini, hii bado haionyeshi kitendawili, kwani athari ya Mpemba inaweza kuelezewa katika mfumo wa fizikia inayojulikana. Hapa kuna maelezo juu ya athari ya Mpemba:
Uvukizi
Maji ya moto huvukiza haraka kutoka kwenye chombo, na hivyo kupunguza kiwango chake, na kiwango kidogo cha maji na joto sawa huganda haraka. Maji moto hadi 100 C hupoteza 16% ya misa yake wakati imepozwa hadi 0 C.
Athari ya uvukizi - athari mbili. Kwanza, kiwango cha maji kinachohitajika kwa baridi hupunguzwa. Na pili, joto hupungua kwa sababu ya ukweli kwamba joto la uvukizi wa mpito kutoka kwa awamu ya maji hadi awamu ya mvuke hupungua.
Tofauti ya joto
Kwa sababu ya ukweli kwamba tofauti ya joto kati ya maji ya moto na hewa baridi ni kubwa - kwa hivyo, ubadilishaji wa joto katika kesi hii ni kali zaidi na maji ya moto hupoa haraka.
Ugonjwa wa joto
Maji yanapopozwa chini ya 0 C, sio wakati wote huganda. Chini ya hali zingine, inaweza kupitia hypothermia, ikiendelea kubaki kioevu kwenye joto chini ya kiwango cha kufungia. Katika hali nyingine, maji yanaweza kubaki kioevu hata kwa joto la -20 C.
Sababu ya athari hii ni kwamba ili fuwele za kwanza za barafu zianze kuunda, vituo vya malezi ya kioo vinahitajika. Ikiwa hawapo kwenye maji ya kioevu, basi hypothermia itaendelea hadi joto linaposhuka sana hivi kwamba fuwele zinaanza kujitokeza. Wanapoanza kuunda kwenye kioevu kilichowekwa juu ya maji, wataanza kukua haraka, na kutengeneza barafu, ambayo, ikigandisha, itaunda barafu.
Maji ya moto hushambuliwa sana na hypothermia kwa sababu inapokanzwa huondoa gesi na Bubbles zilizofutwa, ambazo zinaweza kutumika kama vituo vya kuunda fuwele za barafu.
Kwa nini hypothermia husababisha maji ya moto kufungia haraka? Katika kesi ya maji baridi ambayo hayajaingizwa kwenye supercooled, yafuatayo hufanyika. Katika kesi hii, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa chombo. Safu hii ya barafu itafanya kama kizio kati ya maji na hewa baridi na itazuia uvukizi zaidi. Katika kesi hii, kiwango cha malezi ya fuwele za barafu kitakuwa polepole. Katika kesi ya maji ya moto yanayotokana na supercooling, maji yenye maji mengi hayana safu ya kinga ya barafu. Kwa hivyo, inapoteza joto haraka sana kupitia juu iliyo wazi.
Wakati mchakato wa hypothermia unapoisha na maji kuganda, joto zaidi hupotea na kwa hivyo aina nyingi za barafu.
Watafiti wengi wa athari hii wanaona hypothermia kuwa sababu kuu katika athari ya athari ya Mpemba.
Mkutano
Maji baridi huanza kuganda kutoka juu, na hivyo kuzidisha michakato ya mionzi ya joto na ushawishi, na kwa hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kuganda kutoka chini.
Athari hii inaelezewa na upungufu wa wiani wa maji. Maji yana msongamano wa kiwango cha juu saa 4 C. Ikiwa utapunguza maji hadi 4 C na kuiweka kwenye joto la chini, safu ya uso ya maji itaganda haraka. Kwa sababu maji haya ni mazito kuliko maji ya 4 ° C, yatabaki juu ya uso, na kutengeneza safu nyembamba, baridi. Chini ya hali hizi, safu nyembamba ya barafu itaundwa juu ya uso wa maji kwa muda mfupi, lakini safu hii ya barafu itatumika kama kizihami inayolinda matabaka ya chini ya maji, ambayo yatabaki kwenye joto la 4 C. Kwa hivyo , mchakato zaidi wa baridi utakuwa polepole.
Katika hali ya maji ya moto, hali ni tofauti kabisa. Safu ya uso wa maji itapoa haraka kwa sababu ya uvukizi na tofauti kubwa ya joto. Kwa kuongezea, tabaka za maji baridi ni denser kuliko safu za maji ya moto, kwa hivyo safu ya maji baridi itazama, na kuinua safu ya maji ya joto juu. Mzunguko huu wa maji unahakikisha kushuka kwa kasi kwa joto.
Lakini kwa nini mchakato huu unashindwa kufikia kiwango cha usawa? Ili kuelezea athari ya Mpemba kutoka kwa mtazamo huu wa convection, mtu anapaswa kudhani kwamba tabaka baridi na za moto za maji zimetengwa na mchakato wa convection yenyewe unaendelea baada ya wastani wa joto la maji kushuka chini ya 4 C.
Walakini, hakuna data ya majaribio ambayo inaweza kuunga mkono nadharia hii kwamba matabaka baridi na moto ya maji hutenganishwa na convection.
Gesi kufutwa katika maji
Maji daima yana gesi zilizofutwa ndani yake - oksijeni na dioksidi kaboni. Gesi hizi zina uwezo wa kupunguza kiwango cha kufungia cha maji. Wakati maji yanapokanzwa, gesi hizi hutolewa kutoka kwa maji kwa sababu umumunyifu wake katika maji kwenye joto kali huwa chini. Kwa hivyo, maji ya moto yanapopozwa, kila wakati kuna gesi chini ya kuyeyuka kuliko maji baridi yasiyowaka. Kwa hivyo, kiwango cha kufungia cha maji moto ni ya juu na huganda haraka. Jambo hili wakati mwingine huzingatiwa kama moja kuu katika kuelezea athari ya Mpemba, ingawa hakuna data ya majaribio inayothibitisha ukweli huu.
Conductivity ya joto
Utaratibu huu unaweza kuchukua jukumu muhimu wakati maji yanawekwa kwenye gombo kwenye chumba cha jokofu kwenye vyombo vidogo. Chini ya hali hizi, iligundulika kuwa kontena lenye maji ya moto linayeyuka barafu ya freezer iliyo chini yake, na hivyo kuboresha mawasiliano ya joto na ukuta wa freezer na conductivity ya mafuta. Kama matokeo, joto huondolewa kwenye chombo na maji ya moto haraka kuliko maji baridi. Kwa upande mwingine, kontena lenye maji baridi haliingilii theluji chini yake.
Masharti haya yote (na mengineyo) yamesomwa katika majaribio mengi, lakini jibu lisilo na shaka kwa swali - ni lipi kati yao linatoa kuzaa kwa asilimia mia moja ya athari ya Mpemba - halijapatikana.
Kwa mfano, mnamo 1995 mtaalam wa fizikia wa Ujerumani David Auerbach alisoma juu ya athari hii juu ya athari kubwa ya maji. Aligundua kuwa maji ya moto, yanayofikia hali ya juu ya maji, huganda kwa joto la juu kuliko maji baridi, ambayo inamaanisha haraka kuliko ile ya mwisho. Lakini maji baridi hufikia hali iliyowekwa juu haraka kuliko maji ya moto, na hivyo kulipa fidia kwa bakia iliyotangulia.
Kwa kuongezea, matokeo ya Auerbach yalipingana na data zilizopatikana hapo awali kuwa maji ya moto yanaweza kufikia upepo wa juu zaidi kwa sababu ya vituo vichache vya fuwele. Wakati maji yanapokanzwa, gesi zilizoyeyushwa ndani yake huondolewa kutoka kwake, na inapochemshwa, chumvi zingine huyeyushwa ndani yake hukauka.
Hadi sasa, jambo moja tu linaweza kusisitizwa - uzazi wa athari hii kimsingi inategemea hali ambayo jaribio hufanywa. Hasa kwa sababu sio kila wakati huzaa tena.
Katika fomula nzuri ya zamani H 2 O, inaonekana, hakuna siri. Lakini kwa kweli, maji - chanzo cha uhai na kioevu maarufu ulimwenguni - imejaa mafumbo mengi ambayo wakati mwingine hata wanasayansi hawawezi kuyatatua.
Hapa kuna ukweli 5 unaovutia zaidi juu ya maji:
1. Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi
Chukua vyombo viwili na maji: mimina maji ya moto ndani ya moja na maji baridi ndani ya nyingine, na uziweke kwenye freezer. Maji ya moto yataganda haraka kuliko maji baridi, ingawa kulingana na mantiki ya mambo, maji baridi yanapaswa kuwa ya kwanza kugeuka kuwa barafu: baada ya yote, maji ya moto lazima kwanza yapoe chini hadi joto baridi, na kisha ibadilike kuwa barafu, wakati baridi maji hayaitaji kupoa. Kwa nini hii inatokea?
Mnamo mwaka wa 1963, Erasto B. Mpemba, mwanafunzi mwandamizi wa shule ya upili nchini Tanzania, wakati alikuwa akigandisha mchanganyiko uliotayarishwa wa barafu, aligundua kuwa mchanganyiko uliochomwa moto ungeganda haraka kwenye barafu kuliko mchanganyiko wa baridi. Wakati kijana huyo alishiriki ugunduzi wake na mwalimu wa fizikia, alimcheka tu. Kwa bahati nzuri, mwanafunzi huyo alikuwa akidumu na alimshawishi mwalimu kufanya jaribio, ambalo lilithibitisha ugunduzi wake: chini ya hali fulani, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.
Sasa jambo hili la maji ya moto kufungia haraka kuliko maji baridi huitwa "athari ya Mpemba". Ukweli, muda mrefu kabla yake mali hii ya kipekee ya maji ilijulikana na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes.
Wanasayansi bado hawaelewi kabisa hali ya jambo hili, wakilielezea ama kwa tofauti ya hypothermia, uvukizi, malezi ya barafu, convection, au kwa athari ya gesi iliyotiwa maji kwenye maji moto na baridi.
Kumbuka kutoka Х.RU kwa mada "Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi".
Kwa kuwa maswala ya majokofu yapo karibu nasi, majokofu, tutajiruhusu tuchunguze kiini cha shida hii na kutoa maoni mawili juu ya hali ya jambo kama hilo la kushangaza.
1. Mwanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Washington alitoa ufafanuzi wa jambo la kushangaza linalojulikana tangu wakati wa Aristotle: kwanini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.
Jambo linaloitwa athari ya Mpemba linatumika sana katika mazoezi. Kwa mfano, wataalam wanashauri wenye magari kumwagika baridi, sio moto, maji kwenye hifadhi ya washer wakati wa baridi. Lakini ni nini msingi wa jambo hili lilibaki haijulikani kwa muda mrefu.
Dakta Jonathan Katz wa Chuo Kikuu cha Washington alichunguza jambo hili na akahitimisha kuwa vitu vimeyeyuka ndani ya maji, ambavyo husababishwa wakati wa joto, vina jukumu muhimu, kulingana na EurekAlert.
Kwa suluhisho, Dk Katz anazungumzia kalsiamu na magnesiamu bicarbonates inayopatikana kwenye maji magumu. Wakati maji yanapokanzwa, vitu hivi huwekwa, na kutengeneza kiwango kwenye kuta za kettle. Maji ambayo hayajawahi joto yana uchafu huu. Wakati inaganda na fuwele za barafu zinaunda, mkusanyiko wa uchafu ndani ya maji huongezeka mara 50. Hii hupunguza kiwango cha kufungia cha maji. "Na sasa lazima maji bado yapoe ili kufungia," anaelezea Dk Katz.
Kuna sababu ya pili inayozuia maji yasiyopashwa kutoka kwa kufungia. Kupunguza kiwango cha kufungia maji hupunguza tofauti ya joto kati ya awamu ngumu na kioevu. "Kwa sababu kiwango ambacho maji hupoteza joto hutegemea tofauti hii ya joto, maji ambayo hayajapokanzwa yanapoa zaidi," anasema Dk Katz.
Kulingana na mwanasayansi, nadharia yake inaweza kupimwa kwa majaribio, kwa sababu athari ya Mpemba inakuwa wazi zaidi kwa maji magumu.
2. Oksijeni pamoja na hidrojeni pamoja na baridi hufanya barafu. Kwa mtazamo wa kwanza, dutu hii ya uwazi inaonekana kuwa rahisi sana. Kwa kweli, barafu imejaa mafumbo mengi. Barafu iliyoundwa na Mwafrika Erasto Mpemba haikuota umaarufu. Ilikuwa siku za moto. Alitaka pops ya barafu. Alichukua pakiti ya juisi na kuiweka kwenye freezer. Alifanya hivyo zaidi ya mara moja na kwa hivyo aligundua kuwa juisi huganda haswa haraka, ikiwa unashikilia jua kabla - ni moto sana! Hii ni ajabu, alidhani mtoto wa shule wa Kitanzania, ambaye alikuwa akifanya kinyume na hekima ya ulimwengu. Kweli, ili kioevu kigeuke kuwa barafu haraka, lazima kwanza iwe ... moto? Kijana huyo alishangaa sana hivi kwamba alimshirikisha mwalimu nadhani yake. Aliripoti udadisi huu kwa waandishi wa habari.
Hadithi hii ilitokea nyuma katika miaka ya sitini ya karne iliyopita. Sasa "athari ya Mpemba" inajulikana kwa wanasayansi. Lakini kwa muda mrefu jambo hili linaloonekana kuwa rahisi lilibaki kuwa siri. Kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi?
Haikuwa hadi 1996 ambapo mwanafizikia David Auerbach alipata suluhisho. Ili kujibu swali hili, alifanya jaribio kwa mwaka mzima: aliwasha maji kwenye glasi na akaipoza tena. Kwa hivyo aligundua nini? Wakati moto, Bubbles hewa kufutwa katika maji kuyeyuka. Maji yasiyokuwa na gesi huganda kwa urahisi kwenye kuta za chombo. "Kwa kweli, maji yenye kiwango cha juu cha hewa pia yataganda," anasema Auerbach, "lakini sio kwa digrii sifuri, lakini kwa digrii nne au sita." Kwa wazi, subira itachukua muda mrefu. Kwa hivyo, maji ya moto huganda kabla ya maji baridi, hii ni ukweli wa kisayansi.
Hakuna kitu ambacho kingeonekana mbele ya macho yetu kwa urahisi sawa na barafu. Inayo tu molekuli za maji - ambayo ni, molekuli za kimsingi zilizo na atomi mbili za hidrojeni na oksijeni moja. Walakini, barafu ndio dutu ya kushangaza zaidi ulimwenguni. Wanasayansi bado hawajaweza kuelezea baadhi ya mali zake.
2. Supercooling na "papo hapo" kufungia
Kila mtu anajua kuwa maji hubadilika kuwa barafu wakati imepozwa hadi 0 ° C ... isipokuwa wakati mwingine! Kesi kama hiyo, kwa mfano, ni "kupindukia", ambayo ni mali ya maji safi sana kubaki kioevu hata wakati imepozwa hadi chini ya kiwango cha kufungia. Jambo hili linawezekana kwa sababu ya ukweli kwamba mazingira hayana vituo au viini vya fuwele, ambayo inaweza kusababisha malezi ya fuwele za barafu. Na kwa hivyo, maji hubaki katika mfumo wa kioevu, hata wakati umepozwa hadi joto chini ya nyuzi sifuri. Mchakato wa crystallization unaweza kusababishwa, kwa mfano, na Bubbles za gesi, uchafu (uchafu), au uso wa chombo kisicho sawa. Bila yao, maji yatabaki kioevu. Wakati mchakato wa crystallization unapoanza, unaweza kuona jinsi maji yaliyotengenezwa kwa maji mengi hubadilika kuwa barafu.
Tazama video (2 901 KB, sekunde 60) kutoka kwa Phil Medina (www.mrsciguy.com) na ujionee mwenyewe >>
Maoni. Maji yenye joto kali pia hubaki kioevu, hata wakati inapokanzwa kwa joto juu ya kiwango cha kuchemsha.
3. Maji ya "Glasi"
Haraka na bila kusita, taja maji yana majimbo ngapi tofauti?
Ikiwa ulijibu tatu (dhabiti, giligili, gesi), basi umekosea. Wanasayansi wanafautisha angalau majimbo 5 tofauti ya maji ya maji na majimbo 14 ya barafu.
Unakumbuka mazungumzo juu ya maji yaliyotengenezwa kwa maji mengi? Kwa hivyo, haijalishi unafanya nini, kwa joto la -38 ° C, hata maji safi kabisa yaliyotiwa maji ya juu yanageuka kuwa barafu. Kinachotokea na kupungua zaidi
joto? Saa -120 ° C, kitu cha kushangaza huanza kutokea kwa maji: inakuwa ya kupendeza sana au ya mnato, kama molasi, na kwa joto chini ya -135 ° C, inageuka kuwa "glasi" au "glasi" maji - dumu ambayo haina muundo wa fuwele.
4. Mali ya maji
Katika kiwango cha Masi, maji ni ya kushangaza zaidi. Mnamo 1995, jaribio la kutawanya neutroni lililofanywa na wanasayansi lilitoa matokeo yasiyotarajiwa: wanafizikia waligundua kuwa nyutroni zinazolenga molekuli za maji "zinaona" protoni za hidrojeni chache kuliko ilivyotarajiwa.
Ilibadilika kuwa kwa kasi ya kipimo kimoja (sekunde 10 -18) athari isiyo ya kawaida hufanyika, na fomula ya kemikali, badala ya ile ya kawaida - H 2 O, inakuwa H 1.5 O!
5. Je! Maji yana kumbukumbu?
Tiba ya magonjwa ya nyumbani, njia mbadala ya dawa rasmi, inadai kwamba suluhisho la dawa inaweza kuwa na athari ya uponyaji mwilini, hata kama sababu ya dilution ni kubwa sana hivi kwamba hakuna molekuli ya maji iliyobaki katika suluhisho. Wafuasi wa ugonjwa wa tiba ya nyumbani wanaelezea kitendawili hiki kwa dhana inayoitwa "kumbukumbu ya maji", kulingana na ambayo maji katika kiwango cha Masi yana "kumbukumbu" ya dutu ambayo wakati mmoja ilifutwa ndani yake na ina mali ya suluhisho la mkusanyiko wake wa asili baada ya hakuna molekuli moja ya kingo inayobaki ndani yake.
Kundi la wanasayansi la kimataifa lililoongozwa na Profesa Madeleine Ennis wa Chuo Kikuu cha Malkia cha Belfast, ambaye alikosoa kanuni za tiba inayotibu dalili za ugonjwa wa nyumbani, alifanya jaribio mnamo 2002 kukanusha wazo hili mara moja na kwa wote. Ambayo, wanasayansi walisema kwamba waliweza kudhibitisha ukweli ya athari ya "kumbukumbu ya maji." Walakini, majaribio yaliyofanywa chini ya usimamizi wa wataalam wa kujitegemea hayakuleta matokeo yoyote. Malumbano juu ya uwepo wa jambo la "kumbukumbu ya maji" yanaendelea.
Maji yana mali nyingine nyingi ambazo hatujashughulikia katika nakala hii.
Fasihi.
1.5 Kweli Mambo ya Ajabu Kuhusu Maji / http://www.neatorama.com.
2. Siri ya maji: nadharia ya athari ya Aristotle-Mpemba imeundwa / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Siri za asili isiyo na uhai. Dutu ya kushangaza zaidi katika ulimwengu / http://www.bibliotekar.ru.
Inaonekana dhahiri kuwa maji baridi huganda haraka kuliko maji ya moto, kwani chini ya hali sawa maji ya moto huchukua muda mrefu kupoa na baadaye kuganda. Walakini, maelfu ya miaka ya uchunguzi, na vile vile majaribio ya kisasa yameonyesha kuwa kinyume pia ni kweli: chini ya hali fulani, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Kituo cha Sayansi Sciencium inaelezea jambo hili:
Kama ilivyoelezewa kwenye video hapo juu, hali ya maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi inajulikana kama athari ya Mpemba, inayoitwa Erasto Mpemba, mwanafunzi wa Kitanzania ambaye alitengeneza ice cream mnamo 1963 kama sehemu ya mradi wa shule. Wanafunzi walilazimika kuleta mchanganyiko wa cream na sukari kwa chemsha, wacha ipoe, na kisha kuiweka kwenye freezer.
Badala yake, Erasto aliweka mchanganyiko wake mara moja, moto, bila kusubiri upoe. Kama matokeo, baada ya masaa 1.5, mchanganyiko wake ulikuwa tayari umegandishwa, lakini mchanganyiko wa wanafunzi wengine haukuwa. Akivutiwa na hali hiyo, Mpemba alianza kusoma jambo hilo na profesa wa fizikia Denis Osborne, na mnamo 1969 walichapisha nakala iliyosema kwamba maji ya joto huganda haraka kuliko maji baridi. Huu ulikuwa utafiti wa kwanza uliopitiwa na wenzao, lakini hali yenyewe imetajwa katika majarida ya Aristotle, ya karne ya 4 KK. NS. Francis Bacon na Descartes pia walibaini jambo hili katika masomo yao.
Video inaorodhesha chaguzi kadhaa za kuelezea kinachotokea:
- Frost ni dielectri, na kwa hivyo maji baridi ya baridi huhifadhi joto zaidi kuliko glasi ya joto, ambayo inayeyuka barafu ikigusana nayo
- Kuna gesi nyingi zilizoyeyuka katika maji baridi kuliko maji ya joto, na watafiti wanakisi kwamba hii inaweza kuchukua jukumu katika kiwango cha baridi, ingawa bado haijulikani
- Maji ya moto hupoteza molekuli zaidi ya maji kwa sababu ya uvukizi, kwa hivyo ni kidogo iliyoachwa kwa kufungia
- Maji ya joto yanaweza kupozwa haraka kwa kuongeza mikondo ya kupendeza. Mikondo hii huibuka kwa sababu, kwanza kabisa, maji kwenye glasi hupoa juu ya uso na pande, na kulazimisha maji baridi kuzama, na ile ya moto kuongezeka. Katika glasi ya joto, mikondo ya kupendeza inafanya kazi zaidi, ambayo inaweza kuathiri kiwango cha baridi.
Walakini, utafiti uliodhibitiwa kwa uangalifu ulifanywa mnamo 2016, ambayo ilionyesha kinyume: maji ya moto yaliganda polepole kuliko maji baridi. Wakati huo huo, wanasayansi waligundua kuwa kubadilisha eneo la thermocouple - kifaa ambacho huamua kushuka kwa joto - kwa sentimita tu husababisha kuonekana kwa athari ya Mpemba. Utafiti wa kazi zingine zinazofanana ulionyesha kuwa katika hali zote wakati athari hii ilionekana, kulikuwa na uhamishaji wa thermocouple ndani ya sentimita.
Maji ni moja ya vinywaji vya kushangaza ulimwenguni na mali isiyo ya kawaida. Kwa mfano, barafu ni hali dhabiti ya kioevu, ina mvuto maalum wa chini kuliko maji yenyewe, ambayo ilifanya kuibuka na ukuzaji wa maisha Duniani kwa njia nyingi iwezekanavyo. Kwa kuongezea, katika uwongo-kisayansi, na hata ulimwengu wa kisayansi, kuna majadiliano juu ya maji gani huganda haraka - moto au baridi. Mtu yeyote ambaye atathibitisha kufungia haraka kwa vimiminika vya moto chini ya hali fulani na kudhibitisha kisayansi uamuzi wao atapokea tuzo ya Pauni 1000 kutoka Jumuiya ya Royal Royal ya Wanakemia.
Historia ya suala hilo
Ukweli kwamba wakati hali kadhaa zinatimizwa, maji moto ni haraka kuliko maji baridi kwa kiwango cha kufungia, iligunduliwa katika Zama za Kati. Francis Bacon na René Descartes wamefanya bidii kuelezea jambo hili. Walakini, kutoka kwa maoni ya uhandisi wa joto wa zamani, kitendawili hiki hakiwezi kuelezewa, na walijaribu kutuliza kwa aibu juu yake. Msukumo wa kuendelea kwa utata ulikuwa hadithi ya kushangaza ambayo ilimpata mtoto wa shule wa Kitanzania Erasto Mpemba mnamo 1963. Wakati mmoja, wakati wa somo la kutengeneza dessert kwenye shule ya wapishi, mvulana, akiingiliwa na mambo ya nje, hakuwa na wakati wa kupoza mchanganyiko wa ice cream kwa wakati na kuweka suluhisho moto la sukari kwenye maziwa kwenye freezer. Kwa mshangao wake, bidhaa hiyo ilipozwa haraka kidogo kuliko ile ya watendaji wenzake, ikizingatia utawala wa joto kwa kutengeneza barafu.
Kujaribu kuelewa kiini cha uzushi huo, kijana huyo alimgeukia mwalimu wake wa fizikia, ambaye, bila kwenda kwa maelezo, alikejeli majaribio yake ya upishi. Walakini, Erasto alitofautishwa na uvumilivu wa kuvutia na hakuendelea na majaribio yake tena na maziwa, bali na maji. Alikuwa na hakika kuwa katika visa vingine maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.
Baada ya kuingia Chuo Kikuu cha Dar es Salaam, Erasto Mpembe alihudhuria mhadhara wa Profesa Dennis G. Osborne. Baada ya kuhitimu, mwanafunzi huyo alimshangaa mwanasayansi huyo na shida ya kiwango cha kufungia maji kulingana na joto lake. D.G. Osborne alidhihaki swali lenyewe, akisema kwa furaha kwamba mwanafunzi yeyote masikini anajua kuwa maji baridi yataganda haraka. Walakini, ukaidi wa asili wa kijana huyo ulijifanya ahisi. Alifanya dau na profesa, akidokeza hapa, katika maabara, kufanya mtihani wa majaribio. Erasto aliweka makontena mawili ya maji kwenye freezer, moja kwa 95 ° F (35 ° C) na nyingine 212 ° F (100 ° C). Fikiria mshangao wa profesa na "mashabiki" wa karibu wakati maji kwenye kontena la pili yaliganda kwa kasi. Tangu wakati huo, jambo hili limeitwa "Kitendawili cha Mpemba".
Walakini, hadi leo, hakuna nadharia madhubuti ya nadharia inayoelezea "Kitendawili cha Mpemba". Haijulikani ni mambo gani ya nje, kemikali ya maji, uwepo wa gesi na madini yaliyomo ndani yake, huathiri kiwango cha kufungia kwa vinywaji kwa joto tofauti. Kitendawili cha "Athari ya Mpemba" ni kwamba kinapingana na moja ya sheria zilizogunduliwa na I. Newton, ambayo inasema kuwa wakati wa kupoza maji ni sawa sawa na tofauti ya joto kati ya kioevu na mazingira. Na ikiwa vinywaji vingine vyote vinatii sheria hii kabisa, basi maji katika hali zingine ni ubaguzi.
Kwa nini maji ya moto huganda harakaT
Kuna matoleo kadhaa kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Ya kuu ni:
- maji ya moto hupuka haraka, wakati kiwango chake kinapungua, na kiwango kidogo cha kioevu hupoa haraka - wakati maji yanapopozwa kutoka + 100 ° C hadi 0 ° C, upotezaji wa volumetric kwa shinikizo la anga hufikia 15%;
- kiwango cha ubadilishaji wa joto kati ya kioevu na mazingira ni ya juu, tofauti kubwa ya joto, kwa hivyo, upotezaji wa joto wa maji ya moto hupita haraka;
- maji ya moto yanapopoa, ukoko wa barafu huunda juu ya uso wake, ambayo huzuia kioevu kufungia kabisa na uvukizi wake;
- kwa joto la juu la maji, mchanganyiko wake wa convection hufanyika, ambayo hupunguza wakati wa kufungia;
- gesi zilizofutwa ndani ya maji hupunguza kiwango cha kufungia, ikichukua nishati kwa fuwele - hakuna gesi zilizofutwa katika maji ya moto.
Masharti haya yote yamejaribiwa mara kwa mara kimajaribio. Hasa, mwanasayansi wa Ujerumani David Auerbach aligundua kuwa joto la fuwele la maji moto ni kubwa kidogo kuliko ile ya maji baridi, ambayo inafanya uwezekano wa yule wa kwanza kufungia haraka. Walakini, baadaye majaribio yake yalikosolewa na wanasayansi wengi wana hakika kuwa "athari ya Mpemba" ambayo maji huganda haraka - moto au baridi, inaweza kuzalishwa tu chini ya hali fulani, utaftaji na ufafanuzi ambao hadi sasa hakuna mtu aliyehusika.
Katika nakala hii tutaangalia swali la kwanini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.
Maji ya moto huganda haraka sana kuliko maji baridi! Mali hii ya kushangaza ya maji, ambayo wanasayansi hawawezi kupata ufafanuzi halisi, inajulikana tangu nyakati za zamani. Kwa mfano, hata huko Aristotle, kuna maelezo ya uvuvi wa msimu wa baridi: wavuvi waliingiza fimbo za uvuvi kwenye mashimo kwenye barafu, na, ili wangependa kufungia, wakamwaga maji ya joto kwenye barafu. Jina la jambo hili lilipewa jina la Erasto Mpemba katika miaka ya 60 ya karne ya XX. Mnemba aliona athari ya kushangaza wakati alikuwa akiandaa ice cream, na akamgeukia mwalimu wake wa fizikia, Dk. Denis Osborne, kwa maelezo. Mpemba na Dk. Osborne walijaribu maji ya joto tofauti na wakahitimisha kuwa karibu maji yanayochemka huanza kuganda haraka sana kuliko maji kwenye joto la kawaida. Wanasayansi wengine walifanya majaribio yao wenyewe na walipata matokeo sawa kila wakati.
Maelezo ya uzushi wa mwili
Hakuna maelezo yanayokubalika kwa ujumla kwanini hii inatokea. Watafiti wengi wanapendekeza kuwa hiyo ni juu ya hypothermia ya kioevu, ambayo hufanyika wakati joto lake hupungua chini ya kiwango cha kufungia. Kwa maneno mengine, ikiwa maji huganda kwenye joto chini ya 0 ° C, basi maji yenye maji mengi yanaweza kuwa na joto la, kwa mfano, -2 ° C na wakati huo huo kubaki kioevu bila kugeuka kuwa barafu. Tunapojaribu kugandisha maji baridi, kuna uwezekano kwamba itasimamishwa kwanza kwa supercooled, na itaimarisha tu baada ya muda. Michakato mingine hufanyika katika maji moto. Mabadiliko yake ya haraka kuwa barafu yanahusishwa na convection.
Mkutano- hii ni hali ya mwili ambayo tabaka za chini za joto za kioevu huinuka, na zile za juu, zilizopozwa huanguka.
