Zašto se lugovi ne smrzavaju u hladnoj vodi. Šta učiniti ako je u slavini loš pritisak vode? Zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode?

Mnogi faktori utječu na to da se voda brže smrzava, vruća ili hladna, ali samo pitanje izgleda pomalo čudno. Podrazumijeva se, a iz fizike je poznato da vrućoj vodi još treba vremena da se ohladi na temperaturu slične hladne vode da bi se pretvorila u led. ova faza se može preskočiti i shodno tome pobijedi na vrijeme.

Ali odgovor na pitanje koja se voda brže zamrzava - hladna ili vruća - vani na mrazu, zna bilo koji stanovnik sjevernih geografskih širina. U stvari, na znanstveni način se ispostavlja da se u svakom slučaju hladna voda jednostavno mora brže smrzavati.

Učitelj fizike, kojem se 1963. obratio školarac Erasto Mpemba sa molbom da objasni zašto se hladna smjesa budućeg sladoleda smrzava duže od istog, ali vrućeg, razmišljao je na isti način.

"Ovo nije svjetska fizika, već neka vrsta Mpemba fizike"

U to se vrijeme učitelj tome samo smijao, ali Deniss Osborne, profesor fizike koji se svojevremeno vozio do iste škole u kojoj je Erasto učio, eksperimentalno je potvrdio prisustvo takvog učinka, iako tada za to nije bilo objašnjenja. 1969. godine popularni naučni časopis objavio je zajednički članak ove dve osobe koji su opisali ovaj neobični efekat.

Od tada, usput, pitanje koja se voda brže smrzava - topla ili hladna - ima svoje ime - efekat ili paradoks Mpembe.

Pitanje se postavljalo dugo

Prirodno, takav se fenomen događao i ranije, a spominjao se u radovima drugih naučnika. Za ovo pitanje nije bio zainteresiran samo školarac, već su u svoje vrijeme o tome razmišljali Rene Descartes, pa čak i Aristotel.

Evo samo pristupa rješavanju ovog paradoksa koji se počeo promatrati tek krajem dvadesetog stoljeća.

Uslovi za nastanak paradoksa

Kao i kod sladoleda, nije samo obična voda ta koja se smrzava tokom eksperimenta. Moraju biti prisutni određeni uvjeti kako bi se započelo raspravljanje koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća. Šta utiče na tok ovog procesa?

Sada, u 21. vijeku, izneseno je nekoliko opcija koje mogu objasniti ovaj paradoks. Koja se voda brže smrzava, topla ili hladna, može ovisiti o činjenici da ima bržu brzinu isparavanja od hladne vode. Dakle, njegova zapremina se smanjuje, a smanjenjem zapremine vrijeme smrzavanja postaje kraće nego ako uzmemo sličnu početnu zapreminu hladne vode.

Odmrzavajte zamrzivač dugo vremena

Koja se voda brže smrzava i zašto se to događa, može utjecati snježna obloga koja se nalazi u zamrzivaču hladnjaka koji se koristi za eksperiment. Ako uzmete dvije posude koje su identične zapremine, ali jedna sadrži vruću vodu, a druga hladnu vodu, posuda s vrućom vodom otopit će snijeg ispod sebe, poboljšavajući tako kontakt toplotnog nivoa sa zidom hladnjaka. Posuda s hladnom vodom to ne može učiniti. Ako u odjeljku hladnjaka nema takve obloge snijegom, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.

Vrh - odozdo

Takođe, pojava čija se voda brže smrzava - topla ili hladna, objašnjava se na sljedeći način. Slijedeći određene zakone, hladna voda počinje se smrzavati iz gornjih slojeva, a kada topla voda radi obrnuto - počinje se smrzavati odozdo prema gore. Ispostavilo se da hladna voda, imajući hladni sloj na vrhu sa mjestimice već stvorenim ledom, pogoršava procese konvekcije i toplotnog zračenja, objašnjavajući time koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća. Fotografija amaterskih eksperimenata je u prilogu i ovdje je jasno vidljiva.

Toplina se gasi, težeći prema gore, i tamo nailazi na vrlo ohlađeni sloj. Ne postoji slobodan put za toplotno zračenje, pa postupak hlađenja postaje težak. Topla voda na putu nema takvih prepreka. Koji se brže smrzava - hladan ili vruć, o čemu ovisi vjerojatni ishod, odgovor možete proširiti činjenicom da u bilo kojoj vodi rastvorene određene tvari.

Nečistoće u vodi kao faktor koji utiče na ishod

Ako ne varate i ne koristite vodu istog sastava, gdje su koncentracije određenih tvari identične, tada bi hladna voda trebala brže smrzavati. Ali ako se dogodi situacija kada su otopljeni hemijski elementi dostupni samo u vrućoj vodi, a hladna voda ih ne posjeduje, tada postoji mogućnost da se topla voda zamrzne ranije. To se objašnjava činjenicom da otopljene tvari u vodi stvaraju centre kristalizacije, a s malim brojem tih centara, transformacija vode u čvrsto stanje je teška. Moguće je čak i prehlađivanje vode, u smislu da će na temperaturama ispod nule biti u tečnom stanju.

Ali sve ove verzije, očigledno, nisu u potpunosti odgovarale naučnicima i nastavili su raditi na ovom pitanju. 2013. godine tim istraživača iz Singapura rekao je da su riješili vjekovnu misteriju.

Grupa kineskih naučnika tvrdi da se tajna ovog efekta krije u količini energije koja je pohranjena između molekula vode u njenim vezama, zvanim vodonik.

Odgovor kineskih naučnika

Nakon toga slijede informacije, za razumijevanje kojih je potrebno imati neko znanje iz hemije kako bismo shvatili koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Kao što znate, sastoji se od dva atoma H (vodonika) i jednog atoma O (kiseonika), koji su povezani kovalentnim vezama.

Ali i atome vodonika jednog molekula privlače susjedni molekuli, njihova komponenta kiseonika. Upravo se te veze nazivaju vodoničnim vezama.

Vrijedno je zapamtiti da su u isto vrijeme molekuli vode međusobno odbojni. Znanstvenici su primijetili da se zagrijavanjem vode udaljenost između njezinih molekula povećava, a to olakšavaju upravo odbojne sile. Ispada da se, zauzimajući jedno rastojanje između molekula u hladnom stanju, moglo bi se reći, istežu i imaju veću opskrbu energijom. Upravo se ta zaliha energije oslobađa kada se molekuli vode počnu približavati, odnosno dolazi do hlađenja. Ispostavilo se da se veća opskrba energijom u vrućoj vodi i njeno veće oslobađanje kada se ohladi na niže temperature događa brže nego u hladnoj vodi koja ima manje takve energije. Pa koja se voda brže smrzava - hladna ili topla? Na ulici i u laboratoriju trebao bi se dogoditi paradoks Mpemba, a vruća voda bi se brže trebala pretvoriti u led.

Ali pitanje je i dalje otvoreno

Postoji samo teoretska potvrda ovog traga - sve je to napisano u prekrasnim formulama i čini se vjerojatnim. Ali kad se eksperimentalni podaci, koja voda brže ledi - vruća ili hladna, stave u praktični smisao i prikažu njihovi rezultati, tada se pitanje paradoksa Mpemba može smatrati zatvorenim.

To je istina, iako zvuči nevjerovatno, jer u procesu smrzavanja prethodno zagrijana voda mora proći temperaturu hladne vode. U međuvremenu, ovaj se efekt široko koristi, na primjer, valjci i tobogani zimi su preplavljeni vrućom, a ne hladnom vodom. Stručnjaci savjetuju automobilistima da zimi pune spremnik perilice hladnom, a ne vrućom vodom. Paradoks je u cijelom svijetu poznat pod nazivom "Mpemba efekt".

Taj su fenomen u to vrijeme spominjali Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali tek 1963. godine profesori fizike su ga primijetili i pokušali istražiti. Sve je započelo kada je tanzanijski srednjoškolac Erasto Mpemba primijetio da se zaslađeno mlijeko koje je koristio za pripremu sladoleda brže smrzava ako je prethodno zagrijano i sugerirao da se topla voda smrzava brže od hladne vode. Obratio se učitelju fizike za pojašnjenje, ali on se samo nasmijao učeniku, rekavši sljedeće: "Ovo nije svjetska fizika, već fizika Mpembe."

Srećom, Dennis Osborne, profesor fizike sa Univerziteta u Dar es Salaamu, posjetio je školu jednog dana. I Mpemba mu se obrati s istim pitanjem. Profesor je bio manje skeptičan, rekao je da ne može procijeniti ono što nikada nije vidio, a po povratku kući zamolio je osoblje da provede odgovarajuće eksperimente. Izgleda da su potvrdili dječakove riječi. Svejedno, Osborne je 1969. godine razgovarao o radu s Mpembom u časopisu "Eng. FizikaObrazovanje". Iste godine George Kell iz Kanadskog nacionalnog istraživačkog vijeća objavio je članak koji opisuje fenomen u eng. američkoJournalodFizika».

Postoji nekoliko načina da se objasni ovaj paradoks:

• Topla voda brže isparava, smanjujući time svoj volumen, a manja količina vode s istom temperaturom brže se smrzava. Hladna voda bi se trebala brže smrzavati u zatvorenim posudama.
• Prisustvo snježne obloge. Spremnik tople vode topi snijeg ispod, poboljšavajući time toplotni kontakt s površinom za hlađenje. Hladna voda ispod sebe ne topi snijeg. Ako nema snježne obloge, spremnik s hladnom vodom trebao bi se brže smrznuti.
• Hladna voda počinje se smrzavati odozgo, pogoršavajući time procese toplotnog zračenja i konvekcije, a time i gubitak toplote, dok se topla voda počinje zamrzavati odozdo. Uz dodatno mehaničko miješanje vode u posudama, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
• Prisustvo centara kristalizacije u ohlađenoj vodi - u njoj rastvorene supstance. S malim brojem takvih centara u hladnoj vodi, transformacija vode u led je teška, pa je čak moguća i njezina hipotermija kada ostane u tečnom stanju, s temperaturom ispod nule.

Nedavno je objavljeno još jedno objašnjenje. Doktor Jonathan Katz sa Univerziteta u Washingtonu istražio je ovaj fenomen i zaključio da u njemu važnu ulogu imaju supstance rastvorene u vodi, koje se talože zagrijavanjem.
Otopljene supstance, dr. Katz se odnosi na bikarbonate kalcijuma i magnezijuma koji se nalaze u tvrdoj vodi. Kada se voda zagrije, te se tvari talože, voda postaje "meka". Voda koja nikada nije zagrijana sadrži ove nečistoće, ona je "tvrda". Kako se smrzava i stvaraju kristali leda, koncentracija nečistoća u vodi raste 50 puta. Ovo smanjuje tačku smrzavanja vode.

Ovo objašnjenje mi se ne čini uvjerljivim ne treba zaboraviti da je učinak pronađen u eksperimentima sa sladoledom, a ne sa tvrdom vodom. Razlozi za pojavu su najvjerojatnije termofizički, a ne kemijski.

Do sada nije primljeno jednoznačno objašnjenje paradoksa Mpemba. Moram reći da neki naučnici ovaj paradoks ne smatraju vrijednim pažnje. Međutim, vrlo je zanimljivo da je jednostavan školarac prepoznao fizički efekat i stekao popularnost zahvaljujući svojoj znatiželji i ustrajnosti.

Dodano u februaru 2014

Napomena je napisana 2011. Od tada su se pojavile nove studije efekta Mpemba i novi pokušaji da se objasni. Tako je 2012. godine Kraljevsko hemijsko društvo iz Velike Britanije objavilo međunarodno takmičenje za rešavanje naučne misterije „Mpemba Effect“ sa nagradnim fondom od 1000 funti. Rok je postavljen 30. jula 2012. Pobjednik je bio Nikola Bregovik iz laboratorija Sveučilišta u Zagrebu. Objavio je svoj rad u kojem je analizirao prethodne pokušaje objašnjenja ovog fenomena i došao do zaključka da nisu uvjerljivi. Model koji je predložio zasnovan je na temeljnim svojstvima vode. Zainteresovani posao mogu pronaći na linku http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Tu istraživanje nije završilo. 2013. fizičari iz Singapura teoretski su dokazali uzrok Mepembinog efekta. Rad se može naći na http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Vezani članci na web mjestu:

Ostali članci iz odjeljaka

Komentari:

Aleksej Mišnjev. , 06.10.2012

Zašto topla voda brže isparava? Naučnici su praktično dokazali da se čaša vruće vode smrzava brže od hladne vode. Naučnici ne mogu objasniti ovaj fenomen iz razloga što ne razumiju suštinu fenomena: vrućina i hladnoća! Toplina i hladnoća je fizički osjećaj koji uzrokuje interakciju čestica Materije, u obliku kontrakompresije magnetnih valova koji se kreću sa strane svemira i iz središta zemlje. Stoga, što je veća razlika potencijala ovog magnetskog napona, brža se izmjena energije vrši metodom kontra prodiranja nekih valova u druge. Odnosno metodom difuzije! Kao odgovor na moj članak, jedan protivnik piše: 1) ".. Vruća voda BRŽE isparava, što rezultira manjim brojem, pa se brže smrzava" Pitanje! Koja energija čini da voda brže isparava? 2) U mom članku govorimo o čaši, a ne o drvenom koritu, koje protivnik navodi kao protuargument. Šta nije uredu! Odgovorim na pitanje: "ZAŠTO VODA PARI U PRIRODI?" Magnetni talasi, koji se uvijek kreću iz središta zemlje u svemir, savladavajući protutlak magnetnih kompresijskih valova (koji se uvijek kreću iz svemira u središte zemlje), istovremeno prskaju čestice vode, budući da se krećući u svemir, povećavaju zapreminu. Odnosno, oni se šire! U slučaju prevladavanja magnetskih kompresijskih valova, te se vodene pare komprimiraju (kondenziraju) i pod utjecajem tih sila magnetske kompresije voda u obliku padavina vraća se u zemlju! Srdačan pozdrav! Aleksej Mišnjev. 6. oktobra 2012.

Aleksej Mišnjev. , 06.10.2012 04:19

Šta je temperatura. Temperatura je stepen elektromagnetskog naprezanja magnetnih valova sa energijom kompresije i ekspanzije. U slučaju ravnotežnog stanja ovih energija, temperatura tijela ili supstance je u stabilnom stanju. Kada je ravnotežno stanje ovih energija poremećeno, prema energiji širenja, tijelo ili supstanca se povećavaju u zapremini prostora. Ako je energija magnetnih valova premašena u smjeru kompresije, tijelo ili supstanca opadaju u zapremini prostora. Stupanj elektromagnetskog naprezanja određuje se stupnjem širenja ili stezanja referentnog tijela. Aleksej Mišnjev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012. 11:36 | VNIIM

Aleksej, govorite o nekom članku koji iznosi vaše stavove o pojmu temperature. Ali to niko nije pročitao. Molim te daj mi link. Generalno, vaši pogledi na fiziku su vrlo neobični. Nikad nisam čuo za "elektromagnetsko širenje referentnog tijela".

Yuri Kuznetsov, 4. 12. 2012. 12:32

Predlaže se hipoteza da je ovo intermolekularna rezonancija i ponderomotivna privlačnost koju ona generira između molekula. U hladnoj vodi molekuli se haotično kreću i titraju, s različitim frekvencijama. Kada se voda zagrije, s porastom frekvencije vibracija, njihov se domet sužava (razlika frekvencije od tekuće vruće vode do točke isparavanja smanjuje se), frekvencije vibracija molekula se približavaju, uslijed čega dolazi do rezonancije između molekula. Pri hlađenju, ova rezonancija je djelomično očuvana, ali ne odumire odmah. Pokušajte pritisnuti jednu od dvije rezonantne žice za gitaru. Pustite sada - žica će ponovo početi vibrirati, rezonancija će joj vratiti vibracije. Isto tako, u vodi koja se smrzava, vanjski ohlađeni molekuli pokušavaju izgubiti amplitudu i frekvenciju oscilacija, ali "topli" molekuli unutar posude "povuku" oscilacije natrag, djeluju kao vibratori, a vanjski - kao rezonatori. Ponderomotivna privlačnost * nastaje između vibratora i rezonatora. Kada ponderomotorna sila postane veća od sile izazvane kinetičkom energijom molekula (koje ne samo da vibriraju, već se i linearno kreću), dolazi do ubrzane kristalizacije - "Mpemba efekt". Ponderomotivni priključak je vrlo krhak, Mpemba efekt snažno ovisi o svim pratećim faktorima: količini vode koja se smrzava, prirodi njenog zagrijavanja, uvjetima smrzavanja, temperaturi, konvekciji, uvjetima izmjene topline, zasićenju plinom, vibracijama rashladne jedinice, ventilaciji, nečistoćama, isparavanju itd. čak i od osvjetljenja ... Stoga efekt ima puno objašnjenja i ponekad je teško reproducirati. Iz istog "rezonantnog" razloga prokuhana voda ključa brže od nekuhane vode - neko vrijeme nakon ključanja rezonanca zadržava intenzitet vibracija molekula vode (gubitak energije tijekom hlađenja uglavnom pada na gubitak kinetičke energije linearnog kretanja molekula). Intenzivnim zagrijavanjem molekuli vibratora mijenjaju ulogu s molekulima rezonatora u usporedbi sa smrzavanjem - frekvencija vibratora je manja od frekvencije rezonatora, što znači da između molekula ne dolazi do privlačenja, već odbijanja, što ubrzava prijelaz u drugo agregatno stanje (par).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Slomio mi mozak ...

Anton, 02.04.2013. 02:02

1. Je li ova ponderomotivna privlačnost toliko velika da utječe na proces prijenosa topline? 2. Da li to znači da kada se sva tijela zagriju na određenu temperaturu, njihove strukturne čestice dolaze u rezonanciju? 3. kao rezultat čega, pri hlađenju, ova rezonancija nestaje? 4. Da li je ovo vaša pretpostavka? Ako postoji izvor, molimo navedite. 5. Prema ovoj teoriji, oblik posude će igrati važnu ulogu, a ako je tanka i ravna, tada razlika u vremenu smrzavanja neće biti velika, tj. možete to provjeriti.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

Hladna voda već sadrži atome dušika i udaljenost između molekula vode je bliža nego u vrućoj vodi. Odnosno, zaključak: Vruća voda brže apsorbira atome dušika i istovremeno se brzo smrzava od hladne vode - ovo je usporedivo s kaljenjem gvožđa, jer se vruća voda brzim hlađenjem pretvara u led, a vruće gvožđe stvrdne!

Vladimir, 13.03.2013 06:50

ili možda ovako: gustina tople vode i leda manja je od gustine hladne vode, pa stoga voda ne treba mijenjati svoju gustinu, gubeći neko vrijeme na tome i ona se smrzava.

Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50

Prije nego što govorimo o rezonancijama, atrakcijama i vibracijama čestica, potrebno je razumjeti i odgovoriti na pitanje: Koje sile tjeraju čestice da titraju? Jer, bez kinetičke energije ne može doći do kompresije. Bez kompresije ne može doći do proširenja. Bez širenja ne može biti kinetičke energije! Kad počnete govoriti o rezonanciji žica, prvo ste se potrudili da jedna od ovih žica vibrira! Govoreći o privlačnosti, prije svega treba navesti silu zbog koje se ova tijela privlače! Tvrdim da su sva tijela komprimirana elektromagnetnom energijom atmosfere i koja komprimiraju sva tijela, supstance i elementarne čestice snagom od 1,33 kg. ne po cm2, već po elementarnoj čestici. Budući da pritisak atmosfere ne može biti selektivan! Ne miješajte ga s količinom sile!

Dodik, 31.05.2013 02:59

Čini mi se da ste zaboravili jednu istinu - "Nauka počinje tamo gdje započinju mjerenja." Koja je temperatura "vruće" vode? Koja je temperatura "hladne" vode? Članak o tome ne govori ni riječi. Iz ovoga možemo zaključiti - cijeli je članak sranje!

Gregory, 06.04.2013. 12:17

Dodik, prije nego što članak nazoveš glupošću, moraš barem malo razmisliti o učenju. I ne samo mjere.

Dmitrij, 24.12.2013 10:57

Molekuli tople vode kreću se brže nego u hladnom vremenu, zbog toga postoji bliži kontakt s okolinom, čini se da apsorbiraju svu hladnoću, brzo usporavajući.

Ivan, 01.10.2014. 05:53

Iznenađujuće je da se takav anonimni članak pojavljuje na ovoj stranici. Članak je potpuno nenaučan. I autor i komentatori međusobno se utrkuju u potrazi za objašnjenjem fenomena, ne trudeći se otkriti da li se fenomen uopće promatra i, ako se primijeti, pod kojim uvjetima. Štaviše, čak nema ni dogovora oko onoga što zapravo promatramo! Dakle, autor inzistira na potrebi objašnjenja učinka brzog zamrzavanja vrućeg sladoleda, iako iz cijelog teksta (i riječi "efekt je pronađen u eksperimentima sa sladoledom") proizlazi da on sam nije takve eksperimente postavljao. Iz varijanti "objašnjenja" fenomena navedenih u članku, jasno je da su opisani potpuno različiti eksperimenti postavljeni u različitim uslovima sa različitim vodenim rastvorima. I suština objašnjenja i subjunktivno raspoloženje u njima sugeriraju da nije izvršena ni elementarna provjera izraženih ideja. Neko je slučajno čuo smiješnu priču i ležerno izrazio svoj špekulativni zaključak. Oprostite, ali ovo nije fizička naučna studija, već razgovor u sobi za pušače.

Ivan, 01.10.2014. 06:10

Što se tiče napomena u članku o punjenju valjaka vrućom vodom i spremnika stakla za pranje hladnom vodom. Sa stanovišta elementarne fizike sve je jednostavno. Klizalište se puni vrućom vodom samo zato što se sporije ledi. Valjak mora biti poravnan i gladak. Pokušajte ga napuniti hladnom vodom - dobit ćete kvržice i čvoriće, tk. voda će se _ brzo_ smrznuti, a da neće imati vremena da se raširi u jednoličan sloj. A vruća će imati vremena da se raširi u ravnomjernom sloju, a postojeće kvrge leda i snijega će se otopiti. Sa perilicom također nije teško: nema smisla sipati čistu vodu na hladno - ledi se na staklu (čak i vruća); a vruća tekućina koja ne smrzava može dovesti do pucanja hladnog stakla, plus imat će povećanu tačku smrzavanja na staklu zbog ubrzanog isparavanja alkohola na putu do čaše (svima je poznat princip djelovanja mjesečine? - alkohol isparava, voda ostaje).

Ivan, 01.10.2014. 06:34

I zapravo, glupo je pitati se zašto se dva različita eksperimenta pod različitim uvjetima odvijaju različito. Ako je eksperiment postavljen čisto, tada morate uzeti vruću i hladnu vodu istog kemijskog sastava - mi uzimamo prethodno ohlađenu kipuću vodu iz istog kotlića. Ulijte u identične posude (na primjer čaše sa tankim zidovima). Ne stavljamo snijeg, već na istu ravnu suhu podlogu, na primjer, drveni stol. I to ne u zamrzivaču, već u dovoljno obimnom termostatu - sproveo sam eksperiment prije nekoliko godina na dači, kada je bilo stabilno ledeno vrijeme izvan oko -25C. Voda kristalizira na određenoj temperaturi nakon oslobađanja toplote kristalizacije. Hipoteza se svodi na tvrdnju da se topla voda brže hladi (to je tako, u skladu s klasičnom fizikom, brzina izmjene topline proporcionalna je temperaturnoj razlici), ali zadržava povećanu brzinu hlađenja čak i kada je njena temperatura jednaka temperaturi hladne vode. Pitanje je, koja je razlika između vode ohlađene do + 20C vani i potpuno iste vode koja se sat vremena prije ohladila do + 20C, ali u sobi? Klasična fizika (inače, zasnovana ne na brbljanju u sobi za pušače, već na stotinama hiljada i milionima eksperimenata) kaže: da, ništa, daljnja dinamika hlađenja bit će ista (samo će točka +20 kipuće vode doseći kasnije). A eksperiment pokazuje isto: kad u čaši prvobitno hladne vode već postoji jaka kora leda, topla voda nije ni pomišljala da se smrzne. P.S. Na komentare Jurija Kuznjecova. Prisustvo određenog efekta može se smatrati utvrđenim kada se opisuju uslovi za njegov nastanak i on se stabilno reprodukuje. A kad imamo, nije jasno kakvi eksperimenti sa nepoznatim uslovima, preuranjeno je graditi teorije njihovog objašnjenja i to ne daje ništa sa naučnog gledišta. P.P.S. Pa, nemoguće je čitati komentare Alekseja Mišnjeva bez suza od osjećaja - osoba živi u nekakvom izmišljenom svijetu koji nema nikakve veze s fizikom i stvarnim eksperimentima.

Grigorij, 13.01.2014 10:58

Ivane, koliko razumijem, pobijaš Mpemba efekt? Zar ne postoji, kao što pokazuju vaši eksperimenti? Zašto je tako poznat u fizici, a mnogi to pokušavaju objasniti?

Ivan, 14.02.2014 01:51

Dobar dan, Grigorij! Efekat lažnog eksperimenta postoji. Ali, kao što možete zamisliti, ovo nije razlog za traženje novih zakona u fizici, već razlog za poboljšanje vještine eksperimentatora. Kao što sam već primijetio u komentarima, u svim gore spomenutim pokušajima objašnjenja "Mpemba efekta" istraživači ne mogu čak ni jasno formulirati šta tačno i pod kojim uvjetima mjere. I želite reći da su to eksperimentalni fizičari? Nemoj me nasmijavati. Učinak nije poznat u fizici, već u pseudo-naučnim raspravama na raznim forumima i blogovima, kojih danas ima more. Kao stvarni fizički efekt (u smislu kao posljedicu nekih novih fizičkih zakona, a ne kao posljedicu pogrešne interpretacije ili samo mita) ljudi koji su daleko od fizike to percipiraju. Dakle, nema razloga govoriti o rezultatima različitih eksperimenata izvedenih pod potpuno različitim uslovima kao o jednom fizičkom efektu.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm, momci ... članak za "Speed \u200b\u200bInfo" ... Bez uvrede ...;) Ivan je u svemu u pravu ...

Grigory, 19.02.2014 12:50

Ivane, slažem se da sada postoji puno web stranica na pseudo-znanstvene teme koje objavljuju neprovjereni senzacionalni materijal.? Napokon, Mpemba efekat se još istražuje. I naučnici sa univerziteta istražuju. Na primjer, 2013. godine ovaj je efekat istražila grupa sa Tehnološkog univerziteta u Singapuru. Pogledajte vezu http://arxiv.org/abs/1310.6514. Vjeruju da su pronašli objašnjenje za ovaj efekat. Neću detaljno pisati o suštini otkrića, ali po njihovom mišljenju, učinak je povezan s razlikom u energijama uskladištenim u vodoničnim vezama.

Moiseeva N.P. 19.02.2014 03:04

Za sve zainteresovane za istraživanje Mpemba efekta, malo sam dopunio materijal članka i dao veze na kojima se možete upoznati s najnovijim rezultatima (vidi tekst). Hvala na komentarima.

Ildar, 24.02.2014 04:12 | nema smisla sve nabrajati

Ako se ovaj Mpemba efekt zaista dogodi, onda objašnjenje, mislim, treba tražiti u molekularnoj strukturi vode. Voda (kako sam naučio iz naučno-popularne literature) ne postoji kao pojedinačni molekuli H2O, već u skupinama od nekoliko molekula (čak desetina). Kako temperatura vode raste, brzina molekularnog kretanja raste, nakupine se raspadaju, a valentne veze molekula nemaju vremena za okupljanje velikih nakupina. Potrebno je malo više vremena da se formiraju nakupine nego da se smanji brzina molekularnog kretanja. A budući da su nakupine manje, stvaranje kristalne rešetke je brže. U hladnoj vodi, očigledno, dovoljno veliki stabilni nakupini sprečavaju stvaranje rešetke; potrebno je neko vrijeme za njihovo uništavanje. I sam sam na televiziji vidio neobičan efekt kada je hladna voda, mirno stojeći u tegli, nekoliko sati ostala tečna na hladnom. Ali čim su staklenku podigli, odnosno malo pomaknuli s mjesta, voda u tegli odmah je kristalizirala, postala neprozirna i tegla je pukla. Pa, svećenik koji je pokazao ovaj efekt objasnio je to činjenicom da je voda posvećena. Usput, ispada da voda jako mijenja viskoznost ovisno o temperaturi. Mi smo kao velika stvorenja nevidljivi, a na nivou malih (mm i manje) rakova, a još više bakterija, viskoznost vode je vrlo značajan faktor. Mislim da je ta viskoznost određena i veličinom klastera vode.

SIVO, 15.03.2014 05:30

sve što uočavamo su površinske karakteristike (svojstva), pa za energiju uzimamo samo ono što na bilo koji način možemo izmjeriti ili dokazati postojanje, inače slijepu ulicu. ovaj fenomen, Mpemba efekt može se objasniti samo jednostavnom teorijom volumena koja će objediniti sve fizičke modele u jednu strukturu interakcije. zapravo je sve jednostavno

nikita, 06.06.2014. 04:27 | auto

ali kako učiniti da voda ostane hladna, ali ne i topla kad uđete u auto!

alexey, 10.03.2014 01:09

I evo još jednog "otkrića" u pokretu. Voda u plastičnoj boci smrzava se mnogo brže s otvorenim zatvaračem. Iz zabave sam eksperiment postavljao mnogo puta na jakom mrazu. Efekat je očigledan. Pozdrav teoretičarima!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Princip isparavanja hladnjaka. Uzimamo dvije hermetički zatvorene boce s hladnom i toplom vodom. Stavili smo je na hladno. Hladna voda se brže smrzava. Sada uzmemo iste boce s hladnom i toplom vodom, otvorimo ih i stavimo na hladno. Topla voda smrznut će se brže od hladne vode. Ako uzmemo dva bazena hladne i tople vode, tada će se topla voda zamrznuti mnogo brže. To je zbog činjenice da povećavamo kontakt s atmosferom. Što je intenzivnije isparavanje, temperatura brže pada. Ovdje treba spomenuti faktor vlažnosti. Što je niža vlažnost zraka, jače je isparavanje i jače je hlađenje.

sivi TOMSK, 01.03.2015 10:55

SIVO, 15.03.2014. 05:30 - nastavak Ono što znate o temperaturi nije sve. Ima još toga. Ako pravilno izradimo fizički model temperature, tada će to postati ključ za opisivanje energetskih procesa od difuzije, topljenja i kristalizacije do takvih razmjera kao što je porast temperature s porastom tlaka, porast tlaka s porastom temperature. Čak će i fizički model energije Sunca postati jasan iz gore navedenog. Zimi sam. ... u rano proljeće 20013, nakon što je pogledao temperaturne modele, sastavio je opći temperaturni model. Nekoliko mjeseci kasnije sjetio sam se temperaturnog paradoksa i tada sam shvatio ... da moj temperaturni model također opisuje paradoks Mpemba. Bilo je to u maju - junu 2013. Kasni godinu dana, ali to je najbolje. Moj fizički model je zamrznuti okvir i može se pomicati i naprijed i nazad, a ima pokretljivost aktivnosti, upravo onu aktivnost u kojoj se sve kreće. Imam 8 razreda škole i 2 godine fakulteta sa ponavljanjem teme. Prošlo je 20 godina. Tako da ne mogu pripisati bilo kakve fizičke modele poznatih naučnika, kao ni formule. Tako mi je žao.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Generalno, imam ideju o tome zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. I u mojim objašnjenjima, sve je vrlo jednostavno, ako ste zainteresirani, napišite mi e-poštom: [email zaštićen]

Andrey, 11.08.2015. 08:58

Žao mi je, dao sam pogrešno poštansko sanduče, evo ispravne adrese e-pošte: [email zaštićen]

Victor, 23.12.2015 10:37

Čini mi se da je sve jednostavnije, imamo snijeg, to je ispareni plin, ohlađen, pa se po hladnom vremenu može brže ohladiti, jer isparava i odmah kristalizira daleko bez podizanja, a voda u plinovitom stanju brže se hladi nego u tekućini)

Bekzhan, 28. januara 2016. 09:18

Čak i da je neko otkrio ove svjetske zakone koji su povezani s tim efektima, ne bi ovdje pisao. S moje tačke gledišta, ne bi bilo logično otkriti njegove tajne korisnicima Interneta kada to može objaviti u poznatim naučnim časopisima i lično se dokazati pred ljudima. Dakle, šta će ovdje biti napisano o ovom učinku, sve ovo većini nije logično.)))

Alex, 22.02.2016 12:48

pozdrav eksperimentatore U pravu ste kad kažete da nauka počinje tamo ... ne mjerenja, već proračuni. "Eksperiment" je vječni i neizostavni argument za one koji su lišeni mašte i linearnog razmišljanja. Uvrijedio je sve, sada u slučaju E \u003d mc2 - svi se sjećaju? Brzina molekula koja iz hladne vode izlazi u atmosferu određuje količinu energije koju odvode iz vode (hlađenje je gubitak energije) Brzina molekula iz vruće vode je mnogo veća i odnesena energija na kvadrat (brzina hlađenja preostale mase vode) To je sve, ako odete iz " eksperimentiranje "i sjetite se osnovnih osnova nauke

Vladimir, 25.04.2016 10:53 | Meteo

U ono doba, kada je antifriz bio rijetkost, voda iz rashladnog sistema automobila u neogrevanoj garaži autoservisa odvodila se nakon radnog dana kako se ne bi odmrznuo blok cilindara ili hladnjak - ponekad oboje zajedno. Ujutro se točila topla voda. U jakom mrazu motori su se pokrenuli bez problema. Nekako, u nedostatku tople vode, vodu su sipali iz slavine. Voda se odmah zaledila. Eksperiment je bio skup - tačno onoliko koliko košta kupovina i zamjena cilindričnog bloka i hladnjaka automobila ZIL-131. Tko ne vjeruje, neka provjeri. a Mpemba je eksperimentirao sa sladoledom. Kristalizacija se u sladoledu odvija drugačije nego u vodi. Pokušajte zubima odgristi komad sladoleda i komad leda. Najvjerovatnije se nije smrznuo, već se zgusnuo kao rezultat hlađenja. A slatka voda, bila ona topla ili hladna, smrzava se na 0 * C. Hladna voda je brza, ali vrućoj vodi treba vrijeme za hlađenje.

Lutalica, 6. 5. 2016. 12:54 | Alexu

"c" - brzina svjetlosti u vakuumu E \u003d mc ^ 2 - formula koja izražava ekvivalenciju mase i energije

Albert, 27.07.2016. 08:22

Prvo, postoji analogija sa čvrstim tvarima (ne postoji postupak isparavanja). Nedavno sam lemio bakarne cijevi za vodu. Proces se odvija zagrijavanjem plinskog plamenika do tačke topljenja lema. Vrijeme zagrijavanja jednog spoja s čahrom je približno jedna minuta. Zalemio sam jedan zglob rukavcem i nakon par minuta shvatio da sam ga zalemio pogrešno. Trebalo je malo zavojiti cijev u rukavu. Počeo sam zagrijavati spoj gorionikom i, iznenađujuće, trebalo je 3-4 minute da se spoj zagrije do temperature topljenja. Kako to!? Napokon, cijev je još uvijek vruća i, čini se, potrebno je puno manje energije da se zagrije do točke topljenja, ali ispalo je da je sve bilo suprotno. Sve je u toplotnoj provodljivosti, koja je znatno veća za već zagrijanu cijev, a granica između zagrijane i hladne cijevi uspjela se pomaknuti daleko od spoja za dvije minute. A sada o vodi. Upotrijebit ćemo koncepte vruće i poluzagrijane posude. U vrućoj posudi stvara se usko temperaturno sučelje između vrućih, vrlo pokretnih čestica i neaktivnih, hladnih, koje se relativno brzo kreću od periferije do središta, jer se na toj granici brze čestice brzo odriču energije (hlade se) česticama s druge strane granice. Budući da je zapremina vanjskih hladnih čestica veća, brze čestice, odajući toplotnu energiju, ne mogu značajno zagrijati vanjske hladne čestice. Stoga se proces hlađenja tople vode odvija relativno brzo. Poluzagrijana voda ima mnogo nižu toplotnu provodljivost, a širina granice između poluzagrijanih i hladnih čestica je mnogo šira. Pomak prema centru tako široke granice događa se mnogo sporije nego u slučaju vruće posude. Kao rezultat, vruća posuda hladi se brže od tople. Mislim da moramo pratiti dinamiku procesa hlađenja vode s različitom temperaturom postavljanjem nekoliko temperaturnih senzora od sredine do ruba posude.

Max, 19.11.2016 05:07

Provjereno je: na Jamalu, u mrazu, smrzava se cijev s grijačnom vodom i mora se zagrijati, ali ne i hladna!

Artem, 12.9.2016 01:25

Teško je, ali mislim da je hladna voda gušća od vruće, čak i bolja od prokuhane, a ovdje dolazi do ubrzanja hlađenja itd. topla voda dostiže hladnu temperaturu i pretekne je, a ako uzmemo u obzir činjenicu da se topla voda smrzava odozdo, a ne od vrha kako je gore napisano, to uvelike ubrzava proces!

Aleksandar Sergeev, 21.08.2017 10:52

Nema takvog efekta. Avaj. 2016. godine detaljni članak o toj temi objavljen je u časopisu Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je jasno da se pažljivim eksperimentima (ako su uzorci tople i hladne vode jednaki u svemu osim u temperaturi) efekt ne opaža ...

Zablab, 22.08.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"Stvarno je." - ako škola nije razumjela koliki su toplotni kapacitet i zakon o očuvanju energije. Jednostavno je provjeriti - za ovo su vam potrebne: želja, glava, ruke, voda, hladnjak i budilica. A klizališta se, kako kažu stručnjaci, smrzavaju (pune) hladnom vodom, a toplom vodom razrezani led. A zimi je potrebno u rezervoar za pranje sipati tekućinu protiv smrzavanja, a ne vodu. Voda će se u svakom slučaju smrznuti, a hladna voda brže.

Irina, 23.01.2018 10:58

naučnici širom svijeta bore se protiv ovog paradoksa još od vremena Aristotela, a Victor, Zavlab i Sergeev pokazali su se najpametnijima.

Denis, 02.01.2018. 08:51

U članku je sve napisano tačno. Ali razlog je nešto drugačiji. U procesu ključanja zrak rastvoren u njemu isparava iz vode, pa će, kao što se voda koja ključa, gustoća biti manja od gustoće sirove vode iste temperature. Nema drugih razloga za različitu toplotnu provodljivost, osim za različitu gustinu.

Zablab, 01.03.2018. 08:58 | Zavlab

Irina :), "naučnici cijelog svijeta" ne bore se oko ovog "paradoksa", za prave naučnike taj "paradoks" jednostavno ne postoji - lako se provjerava u dobro ponovljivim uvjetima. "Paradoks" se pojavio zbog nepovratnih eksperimenata afričkog dječaka Mpembe i napuhan od takvih "naučnika" :)

miroland, 23.03.2019 07:20

tanzanijski dječak koji živi u samom srcu Afrike, a koji, vrlo vjerojatno, nikada nije vidio snijeg u njegovim očima ... ;-Da ne zbunjujem ništa ???)))

Sergey, 14.04.2019 02:02

Uzimamo dvije elastične trake, istežemo obje, jednu više od druge (analogno unutrašnjoj energiji hladne i tople vode), istovremeno oslobađamo jedan kraj elastičnih vrpci. Koja će se elastika brže skupljati?

Artanis, 08.05.2019 03:34

Upravo sam sama izvela ovaj eksperiment. Stavio sam dvije identične šalice tople i hladne vode u zamrzivač. Hladna se smrzavala mnogo brže. Vruća je još uvijek bila malo topla. Šta nije u redu sa mojim iskustvom?

Zavlab, 09.05.2019. 06:21 |

Artanis, Prema vašem iskustvu, "sve je tako" :) - "Mpemba efekt" ne postoji s pravilno izvedenim eksperimentom, koji osigurava identične uvjete hlađenja za iste količine vode samo s različitim početnim temperaturama. Čestitam vam - prebacili ste se na stranu svijeta, razum i trijumf osnovnih fizičkih zakona i počeli se udaljavati od "sekte Mpemba", a obožavatelji Yu-tube videa u stilu "onoga o čemu su nas lagali na časovima fizike" ... :)

Moiseeva N.P. , 16.05.2019 04:30 | Ch. urednik

U pravu ste, mnogo toga ovisi o uvjetima eksperimenta. Ali da se efekt uopće nije primijetio, tada ne bi bilo istraživanja i publikacija u ozbiljnim časopisima. Jeste li završili s čitanjem ovog posta? Ovdje nema govora o video zapisima Yu-Tubov.

Zavlab, 06.08.2019. 05:26 | SlavNeftGaz-YuzhSeverZapVostok-SynthesisŠto je pogodno

Natalya Petrovna, živimo u eri "krize reproduktivnosti" u nauci, kada se, kako bi povećali indeks citiranosti pod sloganom "objavi ili propadne", "potencijalni znanstvenici" radije natječu u izmišljanju ludih teorija kako bi opravdali očito sumnjive eksperimentalne podatke, umjesto da troše malo vremena i resursa za provjeru ovih podataka prije započinjanja čisto teoretskog članka. Primjer takvih "nesretnih znanstvenika" su upravo "fizičari iz Singapura" koje ste spomenuli u članku - njihova publikacija ne sadrži vlastite eksperimentalne podatke, već samo gola teorijska obrazloženja o mogućem utjecaju apsurdnog fenomena "O: HO Bond Anomalous Relaxation" na proces anomalnih smrzavanje vode, što su primijetili Francis Bacon i René Descartes, pa čak i Aristotel već 350 godina pne. ... I osobno, jako mi je drago što je Nikola Bregovik sa Sveučilišta u Zagrebu dobio nagradu od 1000 funti od Kraljevskog kemijskog društva iz Velike Britanije nakon što je koristio dobru opremu u ponovljivim uvjetima, a sam je planirao sasvim fizički objašnjive rezultate bez ikakvih anomalija i dovodio ih u pitanje kao nespretna mjerenja dječak Mpemba i njegovi pristaše i adekvatnost onih koji su pokušali donijeti "teorijsku osnovu" pod ovim nespretnim eksperimentima.

Zašto se voda smrzava? Voda je nevjerovatno čudo prirode. To je neophodno za sav život na zemlji. Prema riječima naučnika, u vodi se rodio život. Nevjerovatno je da je voda u stanju biti u tri stanja: tečnom, čvrstom i plinovitom. Istovremeno, može se premještati iz jednog stanja u drugo. Velika većina vode na planeti je u tečnom stanju. Čvrsto stanje vode je led.

Zašto se voda smrzava na hladnom?

Na svojstvo vode da prelazi u različita stanja utječe njen sastav. Molekuli vode slabo su povezani jedni s drugima; oni se uvijek kreću i grupiraju, ali istovremeno ne mogu formirati određenu strukturu. Voda ima oblik posude u kojoj je smještena, ali sama ne može držati nijedan određeni model. Na primjer, u lonac ulijemo vodu i tekućina će dobiti oblik, ali je neće moći zadržati izvan posuđa.

Kada se zagriju, molekuli vode počinju da se kreću u međusobnom odnosu još brže i haotičnije, u većoj mjeri gubeći međusobnu komunikaciju. U tom slučaju voda postaje para.

Kada je voda izložena niskim temperaturama, kretanje molekula je onemogućeno, veza između njih je ojačana i tada mogu izgraditi strukturu - heksagonalne kristale. Stanje transformacije vlage u led naziva se kristalizacija, očvršćavanje.

U tako snažnoj državi može dugo zadržati različite oblike koje je stekla. Voda počinje da se smrzava na temperaturi od 0 stepeni Celzijusa. Dakle, prijelaz vode iz tekućeg u čvrsto stanje, u led, posljedica je fizičkih svojstava vode, njenog sastava.

Zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode?

Govoreći o "transformaciji" vode u led, uočavaju se zanimljivi fenomeni. Vruće se smrzava brže od hladnoće, bez obzira koliko ova stvarnost izgleda malo vjerovatno. Ta je činjenica odavno poznata, ali dugo vremena nije bilo moguće otkriti tajnu tajanstvenih svojstava vode. Tek u dvadesetom vijeku naučnici širom svijeta pokušali su objasniti razlog bržeg smrzavanja tople vode u odnosu na hladnu.

1963. godine, dječak Mpemba iz Tanzanije primijetio je dok je pravio sladoled da se ukusna poslastica brže stvrdnjava kad se pravi s toplim, a ne hladnim mlijekom. Počeli su mu se rugati kad je svoja zapažanja podijelio sa svojim učiteljem i prijateljima. Samo je jedna osoba - profesor Dennis Osborne, kojeg je Mpemba upoznao kao odraslu osobu, skrenula pažnju na ovu činjenicu.

Iznesene su mnoge hipoteze o brzom smrzavanju tople, a ne hladne vode, ali sve su ostale pretpostavke. „Čudno“ ponašanje vode naziva se „Mpemba efekt“. Istraživanje se još uvijek provodi. Znanstvenici iz mnogih zemalja pokušavaju dokazati "Mpemba efekt", ali zasad bezuspješno.

Mnogi istraživači smatraju da ova činjenica nije vrijedna pažnje, jer sladoled ima različita svojstva za razliku od tvrde vode. Fizičari iz Singapura 2013. godine teoretski su dokazali misterij Mpemba efekta, a još uvijek nema potvrde laboratorijskih studija neshvatljivog fenomena.

Voda se ledi odozgo, a ne odozdo

Gotovo svi znaju da se pri niskim temperaturama na vodenim tijelima prvo stvara tanka ledena kora koja postaje sve gušća i jača s povećanjem mraza. I da nije bilo ovog nevjerovatnog svojstva vode, malo je vjerojatno da bi itko mogao klizati, jer bi led jednostavno potonuo na dno rezervoara.

Voda se, kao i većina sličnih supstanci, kada se hladi, smanjuje i smanjuje zapreminu, ali do temperature od najmanje 3 stepena Celzijusa. Na nižim temperaturama, voda se, naprotiv, širi, njena gustina se povećava. Led je lakši od vode i to ga drži na vrhu.

Zašto se destilirana voda ne smrzava

Destilirana voda naziva se čista, „oslobađa se“ bilo kakvih nečistoća, kisika. Nečistoće su fragmenti na koje su vezani molekuli vode. Pri prelasku iz tečnog stanja u led nečistoće prisutne u vodi se komprimiraju, destilirana voda širi se zbog odsustva drugih supstanci, udaljenost između molekula se povećava.

Rezultirajući led plutat će na površini jer je lakši od vode. Ipak, destilirana voda može se smrznuti, ali je točka ledišta mnogo niža od one u običnoj vodi. Istodobno, primijećeno je da vrijedi pogoditi, na primjer, bocu destilirane vode ili je protresti, a voda će se odmah početi smrzavati. To se objašnjava prianjanjem molekula pri udarcu.

Tačka smrzavanja mineralne vode

Mineralna voda zasićena je solima, hemikalijama koje su korisne za ljude. Tačka smrzavanja mineralne vode niža je od tačke mržnjenja obične vode. Ako udarite u posudu vodom ili je protresete, proces smrzavanja će se ubrzati na isti način kao u slučaju destilirane vode. Molekuli vode će se lijepiti jedni za druge i strukturirati u kristale, odnosno voda će se smrzavati.

Smrzava li se slana voda

Postoje ljudi koji vjeruju da se ne smrzava. Ova izjava nije u potpunosti tačna. Slana voda takođe ima tendenciju smrzavanja, ali njena tačka ledišta je znatno ispod nule. Objašnjenje za to leži u molekularnom sastavu vode.

Sol, odnosno njeni mali kristali, ne dopuštaju molekulama vode da se kombiniraju. Zamrzavanje slane vode ovisi o koncentraciji soli koju sadrži. Što više soli ima u vodi, točka ledišta je niža. Zašto su antarktički led i sante ledenih zaliha svježe vode? Prema naučnicima, radi se o fragmentima kontinenta koji su se odlomili prije miliona godina. Njihovo obrazovanje olakšalo je pogrešno mjesto na kojem se nalaze.

Morska voda se takođe smrzava na vrlo niskim temperaturama. Kristali leda stvoreni na površini vode potiskuju kristale soli, pa što je salamura dublje bogatija. Ako led uzmete s vodene površine mora i otopite ga, tada će rastopljena voda biti gotovo svježa.

Smrzava li se voda Epifanija

Bogojavljenska voda naziva se "sveta". Postoji mišljenje da na Bogojavljensku noć i u naredna tri dana voda u svim rezervoarima postaje „sveta“, sa magičnim ljekovitim svojstvima. Zaista se može dugo čuvati bez promjene ukusa, ali se smrzava. U ovo se svako može uvjeriti. Stavite u mraz 2 boce napunjene običnom vodom i napunjene na Bogojavljensku noć. Voda će se podjednako smrzavati u obje boce.

Smrzava li se voda u bunaru?

Ljudi više vole piti vodu iz bunara, smatrajući je korisnijom i prikladnijom za tijelo. Smrzava li se voda u bunaru zimi? Odgovor na ovo pitanje je očigledan. Ako je bunar dovoljno dubok, nivo vode se ne podiže iznad tačke ledišta zemlje, tako da se voda u bunaru ne smrzava. Ako je bunar plitko, gornji sloj vode može biti prekriven ledenom korom ili značajnim slojem leda.

Voda je nevjerojatna tvar koja zbog svog kemijskog sastava može prelaziti iz jednog stanja u drugo. Tačka ledišta vode je različita. Voda je vjerovatno jedina tvar koja se može proširiti na niskim temperaturama.

Smrznuta voda

Svi znaju o značenju i koristima vode za život. Ispada da voda odmrznuta nakon smrzavanja ima ljekovita svojstva na ljudskom tijelu. Mijenja strukturu nakon procesa smrzavanja i odmrzavanja. Mnogi ljudi dugotrajnost planinara pripisuju tome što su koristili topljenu vodu iz izvora koji teku u planinama.

"Najjednostavniji stabilni spoj vodonika sa kiseonikom" - ovu definiciju vode daje Sažeta enciklopedija hemije. Ali, ako pogledate, ova tečnost nije tako jednostavna. Ima mnoštvo izvanrednih, neverovatnih i vrlo posebnih svojstava. Ukrajinski istraživač akvare rekao nam je o jedinstvenim sposobnostima vode Stanislav Suprunenko.

Veliki toplotni kapacitet

Voda se zagrijava pet puta sporije od pijeska i deset puta sporije od željeza. Da bi se litar vode zagrejao za jedan stepen, trebat će 3300 puta više toplote nego da se zagreje litra vazduha. Apsorbujući ogromnu količinu toplote, sama tvar se ne zagrijava značajno. Ali kada se ohladi, odaje onoliko toplote koliko je bila potrebna kada se zagrijala. Ova sposobnost akumuliranja i oslobađanja toplote omogućava vam izravnavanje oštrih kolebanja temperature na zemljinoj površini. Ali to nije sve! Toplotni kapacitet vode opada kako temperatura raste od 0 do 370C, odnosno u tom okviru je lako zagrijati, nije potrebno puno toplote i vremena. Ali nakon ograničenja temperature od 37 ° C, njegov toplotni kapacitet se povećava, što znači da će se za zagrijavanje morati učiniti više napora. Utvrđeno je da voda ima minimalni toplotni kapacitet na temperaturi od 36, 790C, a to je normalna temperatura ljudskog tijela! Dakle, upravo ta kvaliteta vode osigurava stabilnost temperature ljudskog tijela.

Visok površinski napon vode

Površinska napetost je sila privlačenja, prianjanje između molekula. Vizuelno se može uočiti u šalici napunjenoj čajem. Ako mu polako dodajete vodu, neće se odmah preliti. Pogledajte izbliza: tanki film se vidi iznad površine tečnosti - on ne dozvoljava da se tečnost izlije. Napuhuje se dok dolijevate i samo s "posljednjom kapljicom" to će se i dalje dogoditi.
Sve tečnosti imaju površinski napon, ali su sve različite. Voda ima jedan od najvećih površinskih napona. Više - samo živa, zbog čega se, kada se prolije, odmah pretvara u kuglice: molekuli supstance čvrsto su "vezani" jedni za druge. Ali kod alkohola, etera i octene kiseline površinski napon je mnogo manji. Njihove molekule manje privlače jedni druge i shodno tome, zato brže isparavaju i šire svoj miris.

Visoka latentna toplota isparavanja

Foto Shutterstock

Potrebno je pet i po puta više toplote da voda proključa nego što je proključa. Da nije ovog svojstva vode - koja polako isparava - mnoga jezera i rijeke jednostavno bi presušile u vrućem ljetu.
Globalno, milion tona vode isparava iz hidrosfere svake minute. Kao rezultat, u atmosferu ulazi kolosalna količina toplote, što je ekvivalent radu 40 hiljada elektrana snage po 1 milijardu kW.

Proširenje

Kada temperatura padne, sve tvari se komprimiraju. Sve, samo ne vodu. Dok temperatura ne padne ispod 40C, voda se ponaša na vrlo uobičajen način - malo se zgusne i smanji svoju zapreminu. Ali nakon 3, 980C, počinje širiti svoje ponašanje, tačnije, uprkos smanjenju temperature! Proces ide glatko do temperature od 00C, sve dok se voda ne smrzne. Čim se stvori led, količina ionako čvrste vode naglo raste za 10%.

Mpemba efekat (Paradoks Mpemba) paradoks je koji kaže da se topla voda pod određenim uvjetima brže smrzava od hladne, iako tijekom procesa smrzavanja mora proći temperaturu hladne vode. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti s uobičajenim konceptima, prema kojem, pod istim uvjetima, zagrijanijem tijelu da se ohladi na određenu temperaturu treba duže nego da se manje zagrijanom tijelu ohladi na istu temperaturu.

Taj su fenomen u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali tek 1963. godine tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio je da se vruća smjesa sladoleda brže ledi od hladne.

Kao učenik srednje škole Magamba u Tanzaniji, Erasto Mpemba radio je praktični kuharski posao. Trebao je napraviti domaći sladoled - skuhati mlijeko, rastvoriti u njemu šećer, ohladiti na sobnu temperaturu, a zatim ga staviti u hladnjak da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio naročito marljiv student i odgodio je ispunjavanje prvog dijela zadatka. U strahu da neće stići na vrijeme do kraja lekcije, vruće mlijeko stavio je u hladnjak. Na njegovo iznenađenje, smrznuo se čak i ranije od mlijeka njegovih drugova, pripremljenog prema zadanoj tehnologiji.

Nakon toga, Mpemba nije eksperimentirao samo s mlijekom, već i s običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkvavskaya, postavio je pitanje profesoru Dennisu Osborneu sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salaamu (kojeg je direktor pozvao da studentima održi predavanje iz fizike), posebno o vodi: „Ako uzmemo dvije identične posude s jednakim količinama vode tako da u jednom od njih voda ima temperaturu od 35 ° C, a u drugom - 100 ° C i stavite ih u zamrzivač, a zatim će se u drugom brže smrznuti. Zašto? " Osborne se zainteresirao za ovo izdanje i uskoro su 1969. on i Mpemba objavili rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada se naziva efekt koji su otkrili mpemba efekat.

Do sada niko ne zna kako tačno objasniti ovaj čudan efekat. Naučnici nemaju niti jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve je u razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u prehlađenju, isparavanju, stvaranju leda, konvekciji ili učinku ukapljenih plinova na vodu pri različitim temperaturama.

Paradoks Mpembinog efekta je da vrijeme tokom kojeg se tijelo ohladi na temperaturu okoline treba biti proporcionalno razlici u temperaturi između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je uspostavio Newton i od tada je mnogo puta potvrđen u praksi. U tom smislu, voda temperature 100 ° C hladi se na temperaturu od 0 ° C brže od iste količine vode temperature 35 ° C.

Međutim, to još ne sugerira paradoks, jer se Mpemba efekt može objasniti u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za Mpemba efekt:

Isparavanje

Vruća voda brže isparava iz posude, smanjujući time njen volumen, a manja količina vode s istom temperaturom brže se smrzava. Voda zagrijana na 100 C gubi 16% svoje mase kada se ohladi na 0 C.

Efekat isparavanja - dvostruki efekat. Prvo se smanjuje količina vode potrebne za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja pri prelasku iz vodene u parnu fazu.

Temperaturna razlika

Zbog činjenice da je temperaturna razlika između tople vode i hladnog zraka veća - stoga je izmjena topline u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi.

Hipotermija

Kad se voda hladi ispod 0 C, ne zamrzava se uvijek. U nekim uvjetima može pretrpjeti hipotermiju i dalje ostati tečan na temperaturama ispod tačke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tečna čak i na temperaturi od -20 C.

Razlog ovog učinka je taj što su potrebni centri za stvaranje kristala da bi se počeli stvarati prvi kristali leda. Ako ih nema u tekućoj vodi, tada će se hipotermija nastaviti sve dok temperatura toliko ne padne da kristali počnu spontano nastajati. Kad se počnu stvarati u prehlađenoj tečnosti, počet će rasti brže, stvarajući ledenu bljuzgu koja će se, smrzavajući se, formirati led.

Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem uklanja otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za stvaranje kristala leda.

Zašto hipotermija dovodi do bržeg smrzavanja tople vode? U slučaju hladne vode koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U tom slučaju na površini posude stvorit će se tanki sloj leda. Ovaj sloj leda djelovat će kao izolator između vode i hladnog zraka i spriječit će daljnje isparavanje. Stopa stvaranja kristala leda u ovom će slučaju biti sporija. U slučaju tople vode koja je podvrgnuta prehlađenju, prehlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplotu kroz otvoreni vrh.

Kada se proces hipotermije završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više toplote i stoga nastaje više leda.

Mnogi istraživači ovog efekta smatraju hipotermiju glavnim faktorom u slučaju Mpemba efekta.

Konvekcija

Hladna voda počinje se smrzavati odozgo, pogoršavajući tako procese toplotnog zračenja i konvekcije, a time i gubitak toplote, dok se topla voda počinje zamrzavati odozdo.

Ovaj se efekt objašnjava anomalijom gustine vode. Voda ima maksimalnu gustinu od 4 ° C. Ako vodu ohladite na 4 ° C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode brže će se smrzavati. Budući da je ta voda manje gusta od vode na 4 ° C, ostat će na površini, formirajući tanak, hladan sloj. U tim će se uvjetima na površini vode kratko vrijeme stvarati tanak sloj leda, ali taj će sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga će daljnji postupak hlađenja biti sporiji.

U slučaju tople vode, situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode brže će se hladiti uslijed isparavanja i veće temperaturne razlike. Pored toga, slojevi hladne vode gušći su od slojeva tople vode, pa će se sloj hladne vode spustiti, podižući topli vodeni sloj na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brzi pad temperature.

Ali zašto ovaj proces ne postiže tačku ravnoteže? Da bi se objasnio Mpemba efekt s ove točke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i vrući slojevi vode odvojeni, a sam proces konvekcije nastavlja se nakon što prosječna temperatura vode padne ispod 4 C.

Međutim, ne postoje eksperimentalni podaci koji bi podržali ovu hipotezu da su hladni i vrući slojevi vode odvojeni konvekcijom.

Plinovi rastvoreni u vodi

Voda u sebi uvek sadrži rastvorene gasove - kiseonik i ugljen-dioksid. Ovi plinovi imaju sposobnost smanjenja tačke smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ti plinovi se oslobađaju iz vode, jer je njihova topljivost u vodi na visokim temperaturama niža. Stoga, kada se vruća voda hladi, u njoj je uvijek manje otopljenih plinova nego u negrijanoj hladnoj vodi. Stoga je tačka smrzavanja zagrijane vode veća i ona se brže smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjavanju Mpemba efekta, iako ne postoje eksperimentalni podaci koji potvrđuju ovu činjenicu.

Toplotna provodljivost

Ovaj mehanizam može igrati značajnu ulogu kada se voda stavi u zamrzivač u odjeljku hladnjaka u malim posudama. U tim uvjetima, primijećeno je da spremnik s vrućom vodom topi led zamrzivača ispod sebe, poboljšavajući na taj način toplotni kontakt sa zidom zamrzivača i toplotnu provodljivost. Kao rezultat, toplina se uklanja iz posude s vrućom vodom brže nego iz hladne vode. Zauzvrat, posuda s hladnom vodom ne odmrzava snijeg ispod sebe.

Svi ovi (kao i drugi) uslovi proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih pružaju stopostotnu reprodukciju Mpemba efekta - nije dobijen.

Na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao je učinak prehlađivanja vode na taj efekt. Otkrio je da se vruća voda, dosegnuvši prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, što znači brže od potonje. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime kompenzira prethodno zaostajanje.

Uz to, Auerbachovi rezultati proturječili su prethodno dobivenim podacima da vruća voda može postići veće prehlađenje zbog manjeg broja kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrije, iz nje se uklanjaju rastvoreni plinovi, a kad prokuha, talože se neke soli rastvorene u njoj.

Do sada se može tvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta u osnovi ovisi o uvjetima u kojima se eksperiment provodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvijek.

O. V. Mosin

Književnoizvori:

"Vruća voda smrzava se brže od hladne vode. Zašto to čini?", Jearl Walker u Amaterskom naučniku, Scientific American, vol. 237, No. 3, str. 246-257; Septembar 1977.

"Zamrzavanje tople i hladne vode", G.S. Kell u American Journal of Physics, sv. 37, No. 5, str. 564-565; Maj 1969.

"Supercooling and Mpemba effect", David Auerbach, u American Journal of Physics, Vol. 63, No. 10, str. 882-885; Oktobar 1995.

"Mpemba efekat: Vremena smrzavanja tople i hladne vode", Charles A. Knight, u American Journal of Physics, Vol. 64, No. 5, str. 524; Maj, 1996.