Kodėl šaukštai neužšąla šaltame vandenyje. Ką daryti, jei čiaupe yra blogas vandens slėgis? Kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas vanduo

Kuris vanduo užšąla greičiau, karštas ar šaltas, lemia daugybė veiksnių, tačiau pats klausimas atrodo šiek tiek keistas. Numanoma ir iš fizikos žinoma, kad karštam vandeniui dar reikia laiko, kad jis atvėstų iki panašaus šalto vandens temperatūros, kad virstų ledu. šį etapą galima praleisti ir, atitinkamai, jis laimi laiku.

Bet atsakymas į klausimą, kuris vanduo greičiau užšąla - šaltas ar karštas - lauke per šalnas, žino bet kurį šiaurinių platumų gyventoją. Tiesą sakant, moksliškai paaiškėja, kad bet kuriuo atveju šaltas vanduo tiesiog turi greičiau užšalti.

Fizikos mokytojas, į kurį 1963 metais kreipėsi moksleivis Erasto Mpemba su prašymu paaiškinti, kodėl šaltas būsimų ledų mišinys užšąla ilgiau nei tas pats, bet karštas, mąstė taip pat.

"Tai ne pasaulio fizika, o kažkokia Mpemba fizika"

Tuo metu mokytojas iš to tik juokėsi, tačiau fizikos profesorius Denisas Osborne'as, kuris vienu metu važiavo į tą pačią mokyklą, kurioje mokėsi Erasto, eksperimentiškai patvirtino tokio efekto egzistavimą, nors tada to paaiškinti nebuvo. 1969 m. Populiariame mokslo žurnale buvo paskelbtas bendras šių dviejų žmonių straipsnis, apibūdinantis šį savitą poveikį.

Nuo to laiko, beje, klausimas, kuris vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas - turi savo pavadinimą - Mpembos poveikį arba paradoksą.

Klausimas kilo ilgai

Natūralu, kad toks reiškinys vyko anksčiau, ir jis buvo paminėtas kitų mokslininkų darbuose. Šiuo klausimu domėjosi ne tik moksleivis, bet Rene Descartesas ir net Aristotelis apie tai galvojo savo laiku.

Čia yra tik šio paradokso sprendimo būdai, pradėti ieškoti tik XX a. Pabaigoje.

Sąlygos paradoksui atsirasti

Kaip ir ledų atveju, eksperimento metu užšąla ne tik įprastas vanduo. Tam, kad būtų galima ginčytis, kuris vanduo užšąla greičiau - šaltas ar karštas, turi būti tam tikros sąlygos. Kas daro įtaką šio proceso eigai?

Dabar, XXI amžiuje, buvo pateikti keli variantai, galintys paaiškinti šį paradoksą. Kuris vanduo užšąla greičiau, karštas ar šaltas, gali priklausyti nuo to, kad jo garavimo greitis yra didesnis nei šalto vandens. Taigi, jo tūris mažėja, o mažėjant tūriui, užšalimo laikas tampa trumpesnis, nei paėmus panašų pradinį šalto vandens tūrį.

Šaldiklį atitirpinkite ilgą laiką

Kuris vanduo užšąla greičiau ir kodėl tai vyksta, gali turėti įtakos sniego danga, kurią galima rasti eksperimentui naudojamo šaldytuvo šaldiklyje. Jei paimsite du indus, kurių tūris yra identiškas, tačiau viename iš jų yra karšto vandens, o kitame - šalto vandens, indas su karštu vandeniu ištirps po juo sniegą, taip pagerindamas šiluminio lygio kontaktą su šaldytuvo sienele. Šalto vandens indas to padaryti negali. Jei šaldytuvo skyriuje nėra tokio pamušalo su sniegu, šaltas vanduo turėtų greičiau užšalti.

Viršuje - apačioje

Taip pat reiškinys, kurio metu vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas, paaiškinamas taip. Laikantis tam tikrų dėsnių, šaltas vanduo pradeda užšalti iš viršutinių sluoksnių, kai karštas vanduo daro atvirkščiai - jis pradeda užšalti iš apačios į viršų. Pasirodo, šaltas vanduo, kurio viršuje yra šaltas sluoksnis su vietomis jau susidariusiu ledu, taip pablogina konvekcijos ir šiluminės spinduliuotės procesus, tuo paaiškindamas, kuris vanduo užšąla greičiau - šaltas ar karštas. Pridedama mėgėjiškų eksperimentų nuotrauka, ir čia ji aiškiai matoma.

Šiluma užgęsta, linksta į viršų, ir ten susiduria su labai atvėsusiu sluoksniu. Šilumos spinduliavimui nėra laisvo kelio, todėl aušinimo procesas tampa sunkus. Karštas vanduo neturi tokių kliūčių. Kuris užšąla greičiau - šaltas ar karštas, nuo kurio priklauso tikėtinas rezultatas, galite išplėsti atsakymą tuo, kad bet kuriame vandenyje yra ištirpusios tam tikros medžiagos.

Priemaišos vandenyje kaip veiksnys, turintis įtakos rezultatui

Jei neapgaudinėjate ir naudojate tos pačios sudėties vandenį, kuriame tam tikrų medžiagų koncentracijos yra vienodos, šaltas vanduo turėtų greičiau užšalti. Bet jei įvyksta situacija, kai ištirpusių cheminių elementų yra tik karštame vandenyje, o šaltas vanduo jų neturi, tai yra galimybė karštam vandeniui užšalti anksčiau. Tai paaiškinama tuo, kad ištirpusios vandenyje medžiagos sukuria kristalizacijos centrus, o esant nedaugeliui šių centrų, vandenį sunku paversti kieta būsena. Netgi galima per daug atvėsinti vandenį ta prasme, kad esant minusinei temperatūrai jis bus skystas.

Tačiau visos šios versijos, matyt, visiškai netiko mokslininkams ir jie toliau dirbo šiuo klausimu. 2013 m. Singapūro tyrėjų grupė teigė, kad jie išsprendė seną paslaptį.

Kinijos mokslininkų grupė teigia, kad šio efekto paslaptis slypi energijos kiekyje, kuris yra susikaupęs tarp vandens molekulių jos ryšiuose, vadinamuose vandenilio ryšiais.

Kinijos mokslininkų atsakymas

Po to pateikiama informacija, kurios supratimui būtina turėti tam tikrų chemijos žinių, kad būtų galima išsiaiškinti, kuris vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas. Kaip žinote, jis susideda iš dviejų H (vandenilio) atomų ir vieno O (deguonies) atomo, kuriuos laiko kovalentiniai ryšiai.

Taip pat vienos molekulės vandenilio atomus traukia kaimyninės molekulės, jų deguonies komponentas. Būtent šios jungtys vadinamos vandenilio jungtimis.

Verta prisiminti, kad tuo pačiu metu vandens molekulės yra atstumiančios viena kitą. Mokslininkai pažymėjo, kad kaitinant vandenį atstumas tarp jo molekulių padidėja, o tai palengvina tiesiog atstumiančios jėgos. Pasirodo, kad užimdami vieną atstumą tarp šaltoje būsenoje esančių molekulių, galima sakyti, jie išsitempia ir turi didesnį energijos tiekimą. Būtent ši energijos atsarga išsiskiria, kai vandens molekulės pradeda artėti viena prie kitos, tai yra, įvyksta aušinimas. Pasirodo, kad didesnis energijos tiekimas karštame vandenyje ir didesnis jo išsiskyrimas atvėsus iki nulio temperatūros vyksta greičiau nei šaltame vandenyje, kuriame tokios energijos yra mažiau. Taigi kuris vanduo užšąla greičiau - šaltas ar karštas? Gatvėje ir laboratorijoje turėtų įvykti „Mpemba“ paradoksas, o karštas vanduo greičiau virs ledu.

Bet klausimas vis dar atviras

Yra tik teorinis šio užuominos patvirtinimas - visa tai parašyta gražiomis formulėmis ir atrodo tikėtina. Bet kai eksperimentiniai duomenys, kuris vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas, pateikiami praktine prasme ir pateikiami jų rezultatai, tada „Mpemba“ paradokso klausimą galima laikyti uždaru.

Tai tiesa, nors ir skamba neįtikėtinai, nes užšalimo procese iš anksto pašildytas vanduo turi praeiti šalto vandens temperatūrą. Tuo tarpu šis efektas yra plačiai naudojamas, pavyzdžiui, žiemą volai ir čiuožyklos užlieti karštu, o ne šaltu vandeniu. Ekspertai pataria automobilininkams žiemą pripildyti skalbyklės baką šaltu, o ne karštu vandeniu. Paradoksas visame pasaulyje žinomas kaip „Mpemba efektas“.

Šį reiškinį vienu metu paminėjo Aristotelis, Francisas Baconas ir Rene'as Descartesas, tačiau tik 1963 m. Fizikos profesoriai jį pastebėjo ir bandė ištirti. Viskas prasidėjo nuo to, kad Tanzanijos gimnazijos mokinys Erasto Mpemba pastebėjo, kad saldintas pienas, kurį jis naudojo ledams gaminti, greičiau sustingsta, jei jis buvo pašildytas, ir pasiūlė, kad karštas vanduo užšaltų greičiau nei šaltas. Jis kreipėsi į fizikos mokytoją, kad paaiškintų, bet jis tik nusijuokė iš studento sakydamas: „Tai ne pasaulio, o„ Mpembos “fizika“.

Laimei, vieną dieną mokykloje apsilankė Dar es Salamo universiteto fizikos profesorius Dennisas Osborne'as. Ir Mpemba kreipėsi į jį tuo pačiu klausimu. Profesorius buvo mažiau skeptiškas, teigė negalintis vertinti to, ko niekada nematė, o grįžęs namo paprašė personalo atlikti atitinkamus eksperimentus. Panašu, kad jie patvirtino berniuko žodžius. Šiaip ar taip, 1969 m. Osborne'as kalbėjo apie darbą su Mpemba žurnale „Eng. FizikaŠvietimas". Tais pačiais metais George'as Kellas iš Kanados nacionalinės tyrimų tarybos paskelbė straipsnį, apibūdinantį šį reiškinį angliškai. AmerikietisŽurnalasapieFizika».

Yra keli būdai paaiškinti šį paradoksą:

• Karštas vanduo išgaruoja greičiau, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis vandens kiekis su ta pačia temperatūra greičiau užšąla. Šaltas vanduo turėtų greičiau užšalti sandariose talpyklose.
• Sniego dangos buvimas. Karšto vandens indas ištirpdo sniegą po juo, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su aušinimo paviršiumi. Šaltas vanduo netirpdo sniego. Jei sniego dangos nėra, šalto vandens indas turėtų greičiau užšalti.
• Šaltas vanduo pradeda užšaldyti iš viršaus, taip pablogindamas šilumos spinduliuotės ir konvekcijos procesus, taigi ir šilumos praradimą, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios. Papildomai mechaniškai maišant vandenį induose, šaltas vanduo turėtų greičiau užšalti.
• Kristalizacijos centrų buvimas atvėsintame vandenyje - jame ištirpintos medžiagos. Esant nedaugeliui tokių centrų šaltame vandenyje, vandenį paversti ledu sunku ir net jo hipotermija yra įmanoma, kai jis lieka skystoje būsenoje, esant žemesnei nei nulinė temperatūra.

Neseniai buvo paskelbtas dar vienas paaiškinimas. Daktaras Jonathanas Katzas iš Vašingtono universiteto ištyrė šį reiškinį ir padarė išvadą, kad svarbų vaidmenį jame vaidina vandenyje ištirpusios medžiagos, kurios nuosėdos kaitinamos.
Tirpomis dr. Katzas nurodo kalcio ir magnio bikarbonatus, esančius kietame vandenyje. Kaitinant vandenį šios medžiagos nusėda, vanduo tampa „minkštas“. Niekada nekaitintame vandenyje yra šių priemaišų, jis yra „kietas“. Kai jis užšąla ir susidaro ledo kristalai, priemaišų koncentracija vandenyje padidėja 50 kartų. Tai sumažina vandens užšalimo tašką.

Šis paaiškinimas man neatrodo įtikinamas, nes nereikia pamiršti, kad poveikis buvo nustatytas atliekant eksperimentus su ledais, o ne su kietu vandeniu. Labiausiai tikėtina, kad reiškinio priežastys yra termofizinės, o ne cheminės.

Kol kas nėra gauta vienareikšmio „Mpemba“ paradokso paaiškinimo. Turiu pasakyti, kad kai kurie mokslininkai nemano, kad šis paradoksas yra vertas dėmesio. Tačiau labai įdomu tai, kad paprastas moksleivis pasiekė fizinio efekto pripažinimą ir sulaukė populiarumo dėl savo smalsumo ir atkaklumo.

Pridėta 2014 m. Vasario mėn

Užrašas buvo parašytas 2011 m. Nuo tada pasirodė nauji Mpemba efekto tyrimai ir bandymai jį paaiškinti. Taigi 2012 m. Didžiosios Britanijos karališkoji chemijos draugija paskelbė tarptautinį konkursą, skirtą mokslo mįslei „Mpemba Effect“ išspręsti, skirdama 1000 svarų prizinį fondą. Terminas buvo nustatytas 2012 m. Liepos 30 d. Nugalėtoju tapo Nikola Bregovik iš Zagrebo universiteto laboratorijos. Jis paskelbė savo darbą, kuriame analizavo ankstesnius bandymus paaiškinti šį reiškinį ir padarė išvadą, kad jie nėra įtikinami. Jo pasiūlytas modelis pagrįstas pagrindinėmis vandens savybėmis. Besidomintys darbą gali rasti nuorodoje http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Tyrimai tuo nesibaigė. 2013 m. Fizikai iš Singapūro teoriškai įrodė Mepembos efekto priežastį. Darbą galima rasti adresu http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Susiję straipsniai svetainėje:

Kiti skyrių straipsniai

Komentarai:

Aleksejus Mišnevas. , 2012 10 06 04:14

Kodėl karštas vanduo išgaruoja greičiau? Mokslininkai praktiškai įrodė, kad stiklinė karšto vandens užšąla greičiau nei šaltas vanduo. Mokslininkai negali paaiškinti šio reiškinio dėl to, kad nesupranta reiškinių esmės: šiluma ir šaltis! Šiluma ir šaltis yra fizinis pojūtis, sukeliantis Materijos dalelių sąveiką magnetinių bangų, kurios juda iš kosmoso pusės ir iš žemės centro, priešslėgio pavidalu. Todėl kuo didesnis šios magnetinės įtampos galimas skirtumas, tuo greitesnis energijos mainai atliekami naudojant vienų bangų priešpriešinės skverbties į kitas metodą. Tai yra difuziniu metodu! Atsakydamas į mano straipsnį, vienas oponentas rašo: 1) ".. Karštas vanduo greičiau išgaruoja, ko pasekoje jo yra mažiau, todėl jis greičiau užšąla" Klausimas! Kokia energija priverčia vandenį greičiau išgaruoti? 2) Mano straipsnyje kalbame apie taurę, o ne apie medinį lovį, kurį oponentas nurodo kaip kontrargumentą. Kas blogai! Atsakau į klausimą: "KODĖL VANDENS GARAS GAMTOJE?" Magnetinės bangos, kurios visada juda iš žemės centro į kosmosą, įveikdamos artėjantį magnetinių suspaudimo bangų (kurios visada juda iš kosmoso į žemės centrą) slėgį, tuo pačiu metu purškia vandens daleles, nes juda į kosmosą, jos padidėja. Tai yra, jie plečiasi! Magnetinių suspaudimo bangų įveikimo atveju šie vandens garai yra suspausti (kondensuoti) ir veikiant šioms magnetinėms suspaudimo jėgoms, kritulių pavidalo vanduo grįžta į žemę! Geriausi linkėjimai! Aleksejus Mišnevas. 2012 m. Spalio 6 d.

Aleksejus Mišnevas. , 2012 10 06 04:19

Kas yra temperatūra. Temperatūra yra magnetinių bangų su suspaudimo ir plėtimosi energija elektromagnetinio įtempio laipsnis. Esant pusiausvyrinei šių energijų būklei, kūno ar medžiagos temperatūra yra stabilios būsenos. Sutrikus šių energijų pusiausvyros būklei link ekspansijos energijos, kūnas ar substancija padidėja erdvės tūriu. Jei magnetinių bangų energija viršijama suspaudimo kryptimi, kūnas ar medžiaga mažėja erdvės tūriu. Elektromagnetinio įtempio laipsnis nustatomas pagal etaloninio kūno išsiplėtimo ar susitraukimo laipsnį. Aleksejus Mišnevas.

Moiseeva Natalija, 2012 10 23 11:36 | VNIIM

Aleksej, jūs kalbate apie kokį nors straipsnį, kuriame išdėstyta jūsų nuomonė apie temperatūros sąvoką. Bet niekas jo neskaitė. Prašau duoti man nuorodą. Apskritai jūsų požiūris į fiziką yra labai savitas. Niekada negirdėjau apie „etaloninio kūno elektromagnetinį išsiplėtimą“.

Jurijus Kuznecovas, 2012-04-12 12:32

Siūloma hipotezė, kad tai yra tarpmolekulinis rezonansas ir jo sukurta ponderomotyvinė trauka tarp molekulių. Šaltame vandenyje molekulės juda ir vibruoja chaotiškai, skirtingais dažniais. Kaitinant vandenį, didėjant vibracijų dažniui, jų diapazonas susiaurėja (dažnių skirtumas nuo skysto karšto vandens iki garavimo taško mažėja), molekulių vibracijos dažniai artėja vienas prie kito, dėl kurio tarp molekulių atsiranda rezonansas. Atvėsus šis rezonansas iš dalies išsaugomas, tačiau neužgęsta iškart. Pabandykite paspausti vieną iš dviejų rezonansinių gitaros stygų. Dabar paleisk - styga vėl pradės vibruoti, rezonansas atstatys jos vibracijas. Lygiai taip pat ir užšalusiame vandenyje išorinės atvėsusios molekulės bando prarasti svyravimų amplitudę ir dažnį, tačiau indo viduje esančios „šiltos“ molekulės „traukia“ svyravimus atgal, veikia kaip vibratoriai, o išorinės - kaip rezonatoriai. Tarp vibratorių ir rezonatorių kyla „ponderomotyvo“ patrauklumas *. Kai ponderomotyvinė jėga tampa didesnė už jėgą, kurią sukelia molekulių kinetinė energija (kurios ne tik vibruoja, bet ir juda tiesiškai), įvyksta pagreitinta kristalizacija - „Mpemba efektas“. Svarstyklės jungtis yra labai trapi, Mpemba efektas labai priklauso nuo visų lydinčių veiksnių: užšaldomo vandens kiekio, jo kaitinimo pobūdžio, užšalimo sąlygų, temperatūros, konvekcijos, šilumos mainų sąlygų, dujų prisotinimo, šaldymo įrenginio vibracijos, vėdinimo, priemaišų, garavimo ir kt. net nuo apšvietimo ... Todėl efektas turi daug paaiškinimų ir kartais sunku atkartoti. Dėl tos pačios „rezonansinės“ priežasties virtas vanduo verda greičiau nei nevirtas vanduo - kurį laiką po virimo rezonansas išlaiko vandens molekulių vibracijų intensyvumą (energijos nuostoliai vėsinant daugiausia tenka molekulių linijinio judėjimo kinetinės energijos praradimui). Intensyviai kaitinant, vibratoriaus molekulės, palyginti su užšalimu, keičia savo vaidmenį su rezonatoriaus molekulėmis - vibratoriaus dažnis yra mažesnis už rezonatoriaus dažnį, o tai reiškia, kad tarp molekulių neatsiranda traukos, o atstūmimas, kuris pagreitina perėjimą į kitą agreguotą būseną (porą).

Vladas, 2012 11 12 03:42

Sulaužė mano smegenis ...

Antonas, 2013-04-02 02:02

1. Ar ši „ponderomotyvo“ trauka yra tokia didelė, kad turi įtakos šilumos perdavimo procesui? 2. Ar tai reiškia, kad kai visi kūnai yra kaitinami iki tam tikros temperatūros, jų struktūrinės dalelės patenka į rezonansą? 3. ko pasekoje, atvėsus, dingsta šis rezonansas? 4. Ar tai tavo spėjimas? Jei yra šaltinis, nurodykite. 5. Pagal šią teoriją indo forma vaidins svarbų vaidmenį, o jei jis yra plonas ir plokščias, tada užšalimo laiko skirtumas nebus didelis, t.y. galite tai patikrinti.

Gudratas, 2013.03.11 10:12 | METAK

Šaltame vandenyje jau yra azoto atomų, o atstumas tarp vandens molekulių yra artimesnis nei karštame vandenyje. Tai yra išvada: Karštas vanduo absorbuoja azoto atomus greičiau ir tuo pačiu metu greitai užšąla nei šaltas vanduo - tai panašu į geležies gesinimą, nes karštas vanduo virsta ledu, o karštas geležis greitai aušinamas!

Vladimiras, 2013-03-13 06:50

o gal taip: karšto vandens ir ledo tankis yra mažesnis už šalto vandens tankį, todėl vandeniui nereikia keisti jo tankio, tam prarandant šiek tiek laiko ir jis užšąla.

Aleksejus Mišnevas, 2013-03-21 11:50

Prieš pradedant kalbėti apie dalelių rezonansus, atrakcijas ir vibracijas, būtina suprasti ir atsakyti į klausimą: Kokios jėgos priverčia daleles virpėti? Nes be kinetinės energijos negali būti suspaudimo. Be suspaudimo, plėtra negali būti. Be išsiplėtimo negali būti kinetinės energijos! Pradėję kalbėti apie stygų rezonansą, pirmiausia pasistengėte, kad viena iš šių stygų vibruotų! Kalbėdami apie trauką, pirmiausia turėtumėte nurodyti jėgą, kuri priverčia šiuos kūnus pritraukti! Aš tvirtinu, kad visus kūnus suspaudžia elektromagnetinė atmosferos energija ir kuri visus kūnus, medžiagas ir elementarias daleles suspaudžia 1,33 kg jėga. ne vienam cm2, o elementariai dalelei. Kadangi atmosferos slėgis negali būti selektyvus! Nepainiokite jo su jėgos kiekiu!

Dodik, 2013-05-31 02:59

Man atrodo, kad pamiršote vieną tiesą - „Mokslas prasideda ten, kur prasideda matavimai“. Kokia yra „karšto“ vandens temperatūra? Kokia yra „šalto“ vandens temperatūra? Straipsnyje apie tai nėra pasakyta nė žodžio. Iš čia galime daryti išvadą - visas straipsnis yra nesąmonė!

Grigalius, 2013-04-06 12:17

Dodik, prieš pavadindami straipsnį nesąmone, turite bent šiek tiek pagalvoti apie mokymąsi. Ir ne tik matuoti.

Dmitrijus, 2013 12 12, 10:57

Karšto vandens molekulės juda greičiau nei šaltu oru, dėl to yra artimesnis kontaktas su aplinka, atrodo, kad jos sugeria visą šaltį, greitai sulėtėja.

Ivanas, 2014-10-01 05:53

Stebina tai, kad šioje svetainėje pasirodo toks anoniminis straipsnis. Straipsnis visiškai nemokslinis. Tiek autorius, tiek komentatoriai varžosi tarpusavyje ieškodami paaiškinimo apie reiškinį, nesivargindami išsiaiškinti, ar reiškinys apskritai stebimas, o jei pastebimas, tada kokiomis sąlygomis. Be to, net nėra susitarimo dėl to, ką mes iš tikrųjų stebime! Taigi autorius primygtinai reikalauja paaiškinti greito karštų ledų užšaldymo poveikį, nors iš viso teksto (ir žodžių „poveikis buvo nustatytas eksperimentuose su ledais“) darytina išvada, kad jis pats tokių eksperimentų nerengė. Iš straipsnyje išvardytų reiškinio „paaiškinimo“ variantų aišku, kad aprašomi visiškai skirtingi eksperimentai, atlikti skirtingomis sąlygomis su skirtingais vandeniniais tirpalais. Tiek paaiškinimų esmė, tiek juose esanti subjektyvi nuotaika leidžia manyti, kad nebuvo atliktas net elementarus išsakytų idėjų patikrinimas. Kažkas netyčia išgirdo juokingą istoriją ir atsainiai išsakė savo spekuliacinę išvadą. Gaila, bet tai ne fizinis mokslinis tyrimas, o pokalbis rūkymo kambaryje.

Ivanas, 2014-10-01 06:10

Dėl straipsnio pastabų apie ritinėlių pripildymą karštu vandeniu, o stiklinių plovyklių bakus - su šaltu vandeniu. Elementariosios fizikos požiūriu viskas paprasta. Ledo čiuožykla užpildyta karštu vandeniu vien todėl, kad ji užšąla lėčiau. Volas turi būti lygus ir lygus. Pabandykite jį užpilti šaltu vandeniu - gausite nelygumų ir „mazgelių“, tk. vanduo _ greitai_ sušals, nespėdamas pasiskirstyti vienodu sluoksniu. O karštas turės laiko pasiskirstyti lygiu sluoksniu, o esami ledo ir sniego kauburėliai ištirps. Su poveržle taip pat nesunku: nėra prasmės į šalnas pilti švarų vandenį - jis užšąla ant stiklo (net karštas); o karštas neužšąlantis skystis gali nulaužti šaltą stiklą, be to, jis padidins stiklo užšalimo tašką dėl spartesnio alkoholių išgaravimo pakeliui į stiklą (visi dar žino mėnulio spindesio veikimo principą? - alkoholis išgaruoja, lieka vanduo).

Ivanas, 2014-10-01 06:34

Tiesą sakant, kvaila klausti, kodėl du skirtingi eksperimentai skirtingomis sąlygomis vyksta skirtingai. Jei eksperimentas parengtas švariai, tuomet reikia paimti karštą ir šaltą tos pačios cheminės sudėties vandenį - iš to paties virdulio imame iš anksto atvėsintą verdantį vandenį. Supilkite į identiškus indus (pavyzdžiui, plonasienius akinius). Mes jį dedame ne ant sniego, bet ant to paties plokščio sauso pagrindo, pavyzdžiui, medinio stalo. Ir ne mikrokameroje, o pakankamai talpiame termostate - prieš porą metų atlikau eksperimentą prie dachos, kai už maždaug -25C buvo stabilus šalnas oras. Išleidus kristalizacijos šilumą, vanduo kristalizuojasi tam tikroje temperatūroje. Hipotezė susiveda į teiginį, kad karštas vanduo greičiau atvėsta (taip yra, remiantis klasikine fizika, šilumos mainų greitis yra proporcingas temperatūrų skirtumui), tačiau išlaiko padidėjusį aušinimo greitį net tada, kai jo temperatūra lygi šalto vandens temperatūrai. Kyla klausimas, kuo skiriasi vanduo, atvėsintas iki + 20C temperatūros lauke, ir lygiai tas pats vanduo, kuris prieš valandą atvėso iki + 20C, bet kambaryje? Klasikinė fizika (beje, pagrįsta ne plepėjimu rūkymo kambaryje, o šimtais tūkstančių ir milijonų eksperimentų) sako: taip, nieko, tolesnė aušinimo dinamika bus tokia pati (tik taškas +20 verdančio vandens pasieks vėliau). Ir eksperimentas rodo tą patį: kai stiklinėje iš pradžių šalto vandens jau yra stipri ledo pluta, karštas vanduo net nemanė užšalti. P.S. Į Jurijaus Kuznecovo komentarus. Tam tikro poveikio buvimas gali būti laikomas nustatytu, kai aprašomos jo pasireiškimo sąlygos ir jis stabiliai atkartojamas. Kai mes turime, nėra aišku, kokie eksperimentai su nežinomomis sąlygomis yra per anksti kurti jų paaiškinimo teorijas ir tai nieko neduoda mokslo požiūriu. P.P.S. Na, be emocijų ašarų neįmanoma perskaityti Aleksejaus Mišnevo komentarų - žmogus gyvena kažkokiame išgalvotame pasaulyje, neturinčiame nieko bendro su fizika ir tikrais eksperimentais.

Grigalius, 2014-01-13 10:58

Ivanai, mano supratimu, jūs paneigiate Mpembos efektą? Ar jo nėra, kaip rodo jūsų eksperimentai? Kodėl jis toks garsus fizikoje, ir daugelis bando tai paaiškinti?

Ivanas, 2014 02 14 01:51

Labos dienos, Grigorij! Fiktyvaus eksperimento poveikis egzistuoja. Bet, kaip jūs galite įsivaizduoti, tai nėra priežastis ieškoti naujų fizikos dėsnių, bet priežastis tobulinti eksperimentuotojo įgūdžius. Kaip jau pastebėjau komentaruose, visais minėtais bandymais paaiškinti „Mpembos efektą“ tyrėjai net negali aiškiai suformuluoti, ką tiksliai ir kokiomis sąlygomis matuoja. Ir jūs norite pasakyti, kad tai eksperimentiniai fizikai? Nejuokink manęs. Poveikis žinomas ne fizikoje, o pseudomokslinėse diskusijose įvairiuose forumuose ir tinklaraščiuose, kurių dabar yra jūra. Žmonės, toli nuo fizikos, suvokia tai kaip realų fizinį poveikį (ta prasme, kaip kažkokių naujų fizinių dėsnių pasekmę, o ne kaip klaidingo aiškinimo ar tik mito padarinį). Taigi nėra pagrindo kalbėti apie skirtingų eksperimentų, atliktų visiškai skirtingomis sąlygomis, rezultatus kaip apie vieną fizinį efektą.

Pavelas, 2014 02 18 09:59

hmm, vaikinai ... straipsnis apie informaciją apie greitį ... Neįsižeidimas ...;) Ivanas viskuo teisus ...

Grigorijus, 2014-02-19 12:50

Ivanai, sutinku, kad dabar yra daug svetainių pseudomokslinėmis temomis, kuriose skelbiama nepatikrinta sensacinga medžiaga.? Juk Mpembos efektas vis dar tiriamas. Ir mokslininkai iš universitetų tyrinėja. Pavyzdžiui, 2013 m. Šį poveikį tyrė Singapūro technologijos universiteto grupė. Pažvelkite į nuorodą http://arxiv.org/abs/1310.6514. Jie tiki radę paaiškinimą šiam poveikiui. Apie atradimo esmę nerašysiu išsamiau, tačiau, jų nuomone, poveikis siejamas su vandenilio jungtyse sukauptų energijų skirtumu.

Moiseeva N.P. 2014 02 19 03:04

Visiems, besidomintiems Mpemba efekto tyrimais, šiek tiek papildžiau straipsnio medžiagą ir pateikiau nuorodas, kur galite susipažinti su naujausiais rezultatais (žr. Tekstą). Ačiū už pastabas.

Ildaras, 2014 2 02 04:12 | nėra prasmės viską išvardinti

Jei šis Mpembos efektas iš tikrųjų vyksta, tai paaiškinimo reikia ieškoti, manau, vandens molekulinėje struktūroje. Vanduo (kaip sužinojau iš populiariosios mokslo literatūros) egzistuoja ne kaip atskiros H2O molekulės, o kelių molekulių (net dešimčių) grupėse. Kylant vandens temperatūrai, didėja molekulių judėjimo greitis, klasteriai išsiskiria, o molekulių valentinės jungtys nespėja surinkti didelių grupių. Grupių formavimas užtrunka šiek tiek ilgiau, nei norint sumažinti molekulinio judėjimo greitį. Kadangi sankaupos yra mažesnės, kristalinės gardelės susidaro greičiau. Šaltame vandenyje, matyt, pakankamai dideli stabilūs klasteriai užkerta kelią grotelių susidarymui; jų sugadinimas užtrunka šiek tiek laiko. Aš pats per televiziją mačiau kuriozišką efektą, kai šaltas vanduo, ramiai stovėdamas stiklainyje, kelias valandas šaltyje išliko skystas. Bet kai tik indelis buvo paimtas, tai yra, jie buvo šiek tiek pajudinti iš savo vietos, vanduo indelyje iškart kristalizavosi, tapo nepermatomas ir stiklainis sprogo. Na, kunigas, kuris parodė šį efektą, paaiškino tai tuo, kad vanduo buvo pašventintas. Beje, paaiškėja, kad vanduo stipriai keičia savo klampumą, priklausomai nuo temperatūros. Mes, kaip dideli padarai, esame nematomi, o mažų (mm ir mažiau) vėžiagyvių, o juo labiau bakterijų lygyje, vandens klampa yra labai reikšmingas veiksnys. Manau, kad šį klampumą lemia ir vandens sankaupų dydis.

Pilkoji, 2014-03-15 05:30

viskas, ką matome aplink, yra paviršiaus charakteristikos (savybės), todėl energijai imame tik tai, ką galime išmatuoti ar kaip nors įrodyti egzistavimą, kitaip aklavietė. šį reiškinį, Mpemba efektą galima paaiškinti tik paprasta tūrio teorija, kuri sujungs visus fizinius modelius į vieną sąveikos struktūrą. iš tikrųjų viskas paprasta

nikita, 2014 06 06 04:27 | automobilis

bet kaip priversti vandenį likti šaltą, bet ne šiltą, kai eini į automobilį!

aleksija, 2014-03-10 01:09

O štai dar vienas „atradimas“ kelyje. Plastikiniame butelyje esantis vanduo užšąla daug greičiau, kai dangtelis atidarytas. Įdomumo dėlei aš daug kartų surengiau eksperimentą esant stipriam šalčiui. Poveikis akivaizdus. Sveiki teoretikai!

Eugenijus, 2014 12 27, 08:40

Garavimo aušintuvo principas. Imame du hermetiškai uždarytus butelius su šaltu ir karštu vandeniu. Mes įdėjome jį į šaltą. Šaltas vanduo užšąla greičiau. Dabar paimame tuos pačius butelius su šaltu ir karštu vandeniu, atidarome ir dedame į šaltą. Karštas vanduo užšals greičiau nei šaltas. Jei imsime du baseinus šalto ir karšto vandens, tada karštas vanduo užšals daug greičiau. Taip yra dėl to, kad mes vis labiau kontaktuojame su atmosfera. Kuo intensyvesnis garavimas, tuo greičiau temperatūra krinta. Čia būtina paminėti drėgmės faktorių. Kuo mažesnė drėgmė, tuo stipresnis garavimas ir stipresnis aušinimas.

pilka TOMSK, 2015.03.01 10:55

Pilkoji, 2014-03-15 05:30 - tęsinys Tai, ką žinote apie temperatūrą, dar ne viskas. Yra dar daugiau. Jei teisingai sudarysime fizinį temperatūros modelį, tada jis taps raktu apibūdinant energetinius procesus nuo difuzijos, lydymosi ir kristalizacijos iki tokių skalių kaip temperatūros padidėjimas padidėjus slėgiui, slėgio padidėjimas padidėjus temperatūrai. Iš to, kas išdėstyta, paaiškės net fizinis Saulės energijos modelis. Aš žiemą. ... ankstyvą 2001 m. pavasarį3, pažvelgęs į temperatūros modelius, jis sudarė bendrą temperatūros modelį. Po poros mėnesių prisiminiau apie temperatūros paradoksą ir tada supratau ... kad mano temperatūros modelis apibūdina ir Mpemba paradoksą. Tai buvo 2013 m. Gegužės - birželio mėn. Metai vėluoja, bet tai geriausia. Mano fizinis modelis yra užfiksuotas kadras, kurį galima slinkti į priekį ir atgal, ir jis turi veiklos judrumą, patį aktyvumą, kuriuo viskas juda. Turiu 8 mokyklos klases ir 2 metus kolegijos su temos pakartojimu. Praėjo 20 metų. Taigi negaliu priskirti jokių garsių mokslininkų fizinių modelių, taip pat formulių. Labai atsiprašau.

Andrejus, 2015 11 08 08:52

Apskritai turiu idėją, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Ir mano paaiškinimuose viskas yra labai paprasta, jei jus domina, tada parašykite man el. Paštu: [apsaugotas el. paštu]

Andrejus, 2015-08-11 08:58

Deja, daviau ne tą pašto dėžutę, čia yra teisingas el. Pašto adresas: [apsaugotas el. paštu]

Viktoras, 2015-12-23 10:37

Man atrodo, viskas yra paprasčiau, mes turime sniegą, tai yra išgaravusios dujos, atvėsusios, todėl šaltu oru gali greičiau atvėsti, nes išgaruoja ir iškart kristalizuojasi toli, nekildamos, o dujinės būsenos vanduo atvėsta greičiau nei skystyje)

Bekzhan, 2016-01-28 09:18

Net jei kas nors būtų atskleidęs šiuos pasaulio dėsnius, susijusius su šiais efektais, jis nebūtų čia parašęs. Mano požiūriu, nebūtų logiška atskleisti savo paslaptis interneto vartotojams, kai jis gali jas paskelbti žinomuose mokslo žurnaluose ir įrodyti save asmeniškai. žmonių akivaizdoje. Taigi, kas čia bus parašyta apie šį efektą, visa tai nėra logiška daugumai.)))

Aleksas, 2016 02 22, 12:48

sveiki eksperimentatoriai Jūs esate teisus sakydamas, kad mokslas prasideda ten, kur ... ne matavimai, o skaičiavimai. „Eksperimentas“ yra amžinas ir nepakeičiamas argumentas tiems, kurie neturi fantazijos ir tiesinio mąstymo. Įžeidė visus, dabar E \u003d mc2 atveju - visi prisimena? Iš šalto vandens į atmosferą išbėgančių molekulių greitis lemia energijos, kurią jos nuneša iš vandens, kiekį (aušinimas yra energijos praradimas), molekulių greitis iš karšto vandens yra daug didesnis, o nunešta energija yra kvadratas (likusios vandens masės aušinimo greitis) Tai viskas, jei paliksite eksperimentas “ir prisimink pagrindinius mokslo pagrindus

Vladimiras, 2016 04 25 10:53 | Meteo

Tais laikais, kai antifrizas buvo retenybė, vanduo iš automobilių aušinimo sistemos nešildomame autoserviso garaže buvo išleistas po darbo dienos, kad nebūtų atitirpęs cilindrų blokas ar radiatorius - kartais abu kartu. Ryte buvo pilamas karštas vanduo. Esant dideliam šalčiui varikliai užvesdavo be problemų. Kažkaip, nesant karšto vandens, jie išpylė vandens iš čiaupo. Vanduo iškart užšalo. Eksperimentas buvo brangus - tiksliai tiek, kiek kainuoja automobilio ZIL-131 cilindrų bloko ir radiatoriaus pirkimas ir pakeitimas. Kas netiki, tegul patikrina. o Mpemba eksperimentavo su ledais. Leduose kristalizacija vyksta kitaip nei vandenyje. Pabandykite dantimis nukošti ledo gabalėlį ir ledo gabalėlį. Labiausiai tikėtina, kad jis neatšalo, bet atvėsęs sustorėjo. O gėlas vanduo, tiek karštas, tiek šaltas, užšąla 0 * C temperatūroje. Šaltas vanduo yra greitas, tačiau karštam vandeniui reikia aušinimo laiko.

Klajoklis, 2016-06-05 12:54 | Aleksui

"c" - šviesos greitis vakuume E \u003d mc ^ 2 - formulė, išreiškianti masės ir energijos ekvivalentiškumą

Albertas, 2016 07 27, 08:22

Pirma, yra analogija su kietosiomis medžiagomis (nėra garavimo proceso). Neseniai lituodavau varinius vandens vamzdžius. Procesas vyksta kaitinant dujų degiklį iki lydmetalio lydymosi taško. Vieno sąnario su įvore atšilimo trukmė yra maždaug viena minutė. Pritvirtinau vieną jungtį su rankove ir po poros minučių supratau, kad neteisingai ją litavau. Reikėjo šiek tiek pasukti vamzdį rankovėje. Aš pradėjau pašildyti jungtį su degikliu ir, mano nuostabai, jungtis sušildė iki lydymosi temperatūros 3-4 minutes. Kaip tai!? Galų gale vamzdis vis dar yra karštas ir atrodytų, kad norint jį pašildyti iki lydymosi temperatūros reikia daug mažiau energijos, tačiau viskas pasirodė priešingai. Viskas yra apie šilumos laidumą, kuris yra žymiai didesnis jau įkaitusiam vamzdžiui, o riba tarp šildomo ir šalto vamzdžio per dvi minutes sugebėjo nutolti nuo sankryžos. Dabar apie vandenį. Mes naudosime karšto ir pusiau šildomo indo sąvokas. Karštame inde tarp karštų, labai judrių dalelių ir neaktyvių, šaltų dalelių susidaro siaura temperatūros sąsaja, kuri gana greitai juda iš periferijos į centrą, nes ties šia riba greitos dalelės greitai atsisako savo energijos (jas atvėsina) dalelės, esančios kitoje sienos pusėje. Kadangi išorinių šaltų dalelių tūris yra didesnis, greitosios dalelės, skleisdamos savo šiluminę energiją, negali žymiai sušildyti išorinių šaltų dalelių. Todėl karšto vandens aušinimo procesas vyksta gana greitai. Pusiau įkaitinto vandens šilumos laidumas yra daug mažesnis, o ribos tarp pusiau įkaitintų ir šaltų dalelių plotis yra daug platesnis. Poslinkis link tokios plačios sienos centro vyksta daug lėčiau nei karšto indo atveju. Todėl karštas indas atvėsta greičiau nei šiltas. Manau, kad turime stebėti skirtingos temperatūros vandens aušinimo proceso dinamiką, įdėdami kelis temperatūros jutiklius nuo indo vidurio iki krašto.

Maks., 2016-11-19 05:07

Tai buvo patikrinta: ant Jamalo šalčio vamzdis su gryachy vandeniu užšąla ir turi būti pašildytas, tačiau šaltas vanduo ne!

Artem, 2016-09-12 01:25

Sunku, bet manau, kad šaltas vanduo yra tankesnis, nei karštas vanduo yra dar geresnis už virtą, o čia yra pagreitis vėsinant ir t.t. karštas vanduo pasiekia šaltą temperatūrą ir jį aplenkia, o jei atsižvelgsime į tai, kad karštas vanduo užšąla iš apačios, o ne iš viršaus, kaip parašyta aukščiau, tai labai pagreitina procesą!

Aleksandras Sergeevas, 21.08.2017 10:52

Tokio efekto nėra. Deja. 2016 m. Išsamus straipsnis šia tema buvo paskelbtas gamtoje: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iš jo aišku, kad atliekant kruopščius eksperimentus (jei šilto ir šalto vandens mėginiai yra vienodi visame pasaulyje, išskyrus temperatūrą), poveikis nepastebimas. ...

„Zavlab“, 2017-02-22 05:31

Viktoras, 2017-10-27 03:52

"Tai tikrai yra." - jei mokykla nesuprato, kas yra šilumos talpa ir energijos taupymo dėsnis. Tai lengva patikrinti - tam jums reikia: noro, galvos, rankų, vandens, šaldytuvo ir žadintuvo. O čiuožyklos, kaip sako ekspertai, užšąla (užpildo) šaltu vandeniu, o šiltu vandens lygiu - nupjautą ledą. O žiemą į skalbyklės rezervuarą reikia pilti ne vandenį, o ne užšalimo skystį. Bet kokiu atveju vanduo užšals, o šaltas - greičiau.

Irina, 2018 23 01 10:58

mokslininkai visame pasaulyje kovojo su šiuo paradoksu nuo Aristotelio laikų, o Viktoras, Zavlabas ir Sergeevas pasirodė protingiausi.

Denisas, 2018-01-01 08:51

Straipsnyje viskas parašyta teisingai. Tačiau priežastis yra kiek kitokia. Verdant joje ištirpęs oras išgaruoja iš vandens, todėl, verdant vandeniui aušant, jo tankis bus mažesnis nei žalios tokios pat temperatūros vandens. Nėra jokių kitų priežasčių dėl skirtingo šilumos laidumo, išskyrus skirtingą tankį.

Zablabas, 2018-01-01 08:58 | „Zavlab“

Irina :), „viso pasaulio mokslininkai“ nekovoja dėl šio „paradokso“, tikriems mokslininkams šio „paradokso“ paprasčiausiai nėra - jis lengvai patikrinamas gerai atkuriamomis sąlygomis. „Paradoksas“ atsirado dėl neatkuriamų Afrikos berniuko Mpembos eksperimentų ir buvo išpūstas tokių „mokslininkų“ :)

miroland, 2019-03-23 \u200b\u200b07:20

tanzanijos berniukas, gyvenantis pačioje Afrikos širdyje, kuris, greičiausiai, niekada nematė sniego akyse ... ;-D Aš nieko nesupainiu ???)))

Sergejus, 2019 04 14 02:02

Mes paimame dvi elastines juostas, ištempiame abi, viena daugiau nei kita (analogija su šalto ir šilto vandens vidine energija), vienu metu atleidžiame vieną elastinių juostų galą. Kuris elastingas trauks greičiau?

Artanis, 2019-08-05 03:34

Tiesiog pats atlikau šį eksperimentą. Į šaldiklį įdėjau du vienodus puodelius karšto ir šalto vandens. Šaltasis sustingo daug greičiau. Karštas dar buvo šiek tiek šiltas. Kas blogai mano patirtis?

„Zavlab“, 2019.05.09 06:21 |

Artanis, Remiantis jūsų patirtimi, „viskas yra taip“ :) - „Mpemba efektas“ neegzistuoja tinkamai atlikus eksperimentą, kuris užtikrina vienodas aušinimo sąlygas tokiems pat vandens kiekiams tik esant skirtingai pradinei temperatūrai. Aš sveikinu jus - jūs perėjote į pasaulio pusę, protą ir pagrindinių fizinių dėsnių triumfą ir pradėjote tolti nuo „Mpemba sektos“, o „Yu-tube“ vaizdo įrašų mėgėjai stiliaus „apie ką mums melavo fizikos pamokose“ ... :)

Moiseeva N.P. , 2019.05.16 04:30 | Ch. redaktorius

Jūs esate teisus, daug kas priklauso nuo eksperimento sąlygų. Bet jei efekto apskritai nebūtų pastebėta, rimtuose žurnaluose nebūtų jokių tyrimų ir publikacijų. Ar baigėte skaityti šį įrašą? Apie Yu-Tubovo vaizdo įrašus čia nėra kalbos.

„Zavlab“, 2019 08 06 05:26 | SlavNeftGaz-YuzhSeverZapVostok-SynthesisKas tinka

Natalija Petrovna, mes gyvename mokslo „atkuriamumo krizės“ epochoje, kai norėdami padidinti citavimo indeksą su šūkiu „paskelbti ar žūti“ „būsimi mokslininkai“ mieliau renkasi beprotiškas teorijas, kad pateisintų akivaizdžiai abejotinus eksperimentinius duomenis, o ne praleistų šiek tiek laiko šaltinių, kad patikrintumėte šiuos duomenis prieš atsisėdant vien į teorinį straipsnį. Tokių „nelaimingų mokslininkų“ pavyzdys yra tik „fizikai iš Singapūro“, kuriuos paminėjote straipsnyje - jų publikacijoje nėra jų pačių eksperimentinių duomenų, o pateikiami tik pliki teoriniai argumentai apie galimą neryškių reiškinių „O: HO obligacijų anomalių atsipalaidavimą“ įtaką anomalių procesams. vandens užšalimas, kurį Francisas Baconas ir René Descartesas ir net Aristotelis pastebėjo jau 350 metų prieš mūsų erą. ... Ir asmeniškai aš labai džiaugiuosi, kad Nikola Bregovik iš Zagrebo universiteto gavo Didžiosios Britanijos karališkosios chemijos draugijos 1000 svarų premiją po to, kai naudojo gerą įrangą atkuriamose sąlygose, jis pats numatė fiziškai paaiškinamus rezultatus be jokių anomalijų ir suabejojo \u200b\u200bjais kaip nerangiais matavimais. berniukas Mpemba ir jo šalininkai bei adekvatumas tų, kurie bandė įnešti „teorinį pagrindą“ į šiuos gremėzdiškus eksperimentus.

Kodėl vanduo užšąla? Vanduo yra nuostabus gamtos stebuklas. Tai būtina visam gyvenimui žemėje. Mokslininkų teigimu, vandenyje gimė gyvenimas. Nuostabu, kad vanduo gali būti trijų būsenų: skystas, kietas ir dujinis. Tuo pačiu metu jis gali pereiti iš vienos valstybės į kitą. Didžioji dauguma planetos vandens yra skystos būsenos. Kieta vandens būsena yra ledas.

Kodėl šaltyje užšąla vanduo

Vandens savybėms pereiti į įvairias būsenas įtakoja jo sudėtis. Vandens molekulės yra silpnai susijusios viena su kita; jie visada juda ir grupuojasi, tačiau tuo pačiu metu negali suformuoti apibrėžtos struktūros. Vanduo yra indo, kuriame jis yra, pavidalas, tačiau jis pats savaime negali laikyti jokio konkretaus modelio. Pavyzdžiui, pilame vandenį į puodą, ir skystis įgis savo formą, tačiau jis negalės jo laikyti už indų.

Kaitinant vandens molekulės pradeda judėti viena kitos atžvilgiu dar greičiau ir chaotiškiau, labiau praradusios tarpusavio ryšį. Tokiu atveju vanduo tampa garu.

Vandeniui veikiant žemai temperatūrai, slopinamas molekulių judėjimas, sustiprėja ryšys tarp jų ir tada jie gali sukurti struktūrą - šešiakampius kristalus. Drėgmės virsmo į ledą būsena vadinama kristalizacija, sukietėjimu.

Tokioje stiprioje valstybėje ji gali išlaikyti įvairias formas, kurias ji įgijo ilgą laiką. Vanduo pradeda užšalti 0 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Taigi vandens perėjimą iš skysčio į kietą būvį, į ledą lemia fizinės vandens savybės, jo sudėtis.

Kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas vanduo

Kalbant apie vandens „virsmą“ ledu pastebimi įdomūs reiškiniai. Karštas užšąla greičiau nei šaltas, kad ir kokia mažai tikėtina ši realybė atrodytų. Šis faktas buvo žinomas ilgą laiką, tačiau ilgą laiką nebuvo įmanoma atskleisti paslaptingų vandens savybių paslapties. Tik XX amžiuje mokslininkai visame pasaulyje bandė paaiškinti greitesnio karšto vandens užšalimo, palyginti su šaltu, priežastį.

1963 m. Berniukas, vardu Mpemba iš Tanzanijos, gamindamas ledus pastebėjo, kad skanus skanumynas greičiau sukietėja, kai gaminamas su šiltu, o ne su šaltu pienu. Jie pradėjo iš jo tyčiotis, kai jis pasidalijo pastebėjimais su savo mokytoju ir draugais. Į šį faktą dėmesį atkreipė tik vienas asmuo - profesorius Dennisas Osborne'as, kurį Mpemba sutiko suaugęs.

Buvo pateikta daug hipotezių apie greitą, o ne šalto vandens užšalimą, tačiau visos jos liko spekuliacijos. „Keistas“ vandens elgesys vadinamas „Mpemba efektu“. Tyrimai vis dar vykdomi. Daugelio šalių mokslininkai bando įrodyti „Mpemba efektą“, tačiau kol kas nesėkmingai.

Daugelis tyrinėtojų mano, kad šis faktas nėra vertas dėmesio, nes ledai turi skirtingas savybes, priešingai nei kietas vanduo. 2013 m. Singapūro fizikai teoriškai įrodė Mpembos efekto paslaptį, ir vis dar nėra patvirtinimo apie nesuprantamo reiškinio laboratorinius tyrimus.

Vanduo užšąla iš viršaus, o ne žemiau

Beveik visi žino, kad esant žemai temperatūrai, ant vandens telkinių pirmiausia susidaro plona ledo pluta, kuri didėjant šalnoms tampa storesnė ir stipresnė. Ir jei ne ši nuostabi vandens savybė, mažai tikėtina, kad kas nors galėtų čiuožti, nes ledas tiesiog nugrimztų į rezervuaro dugną.

Vanduo, kaip ir dauguma panašių medžiagų, atvėsęs susitraukia ir sumažėja jo tūris, tačiau iki mažiausiai 3 laipsnių šilumos. Žemesnėje temperatūroje vanduo, priešingai, plečiasi, jo tankis didėja. Ledas yra lengvesnis už vandenį ir tai išlaiko jį ant viršaus.

Kodėl distiliuotas vanduo neužšąla

Distiliuotas vanduo vadinamas grynu, jis „išlaisvinamas“ nuo bet kokių priemaišų, deguonies. Priemaišos yra fragmentai, prie kurių yra prijungtos vandens molekulės. Pereinant iš skystos būsenos į ledą, vandenyje esančios priemaišos suspaudžiamos, Distiliuotas vanduo išsiplečia dėl kitų medžiagų nebuvimo, padidėja atstumas tarp molekulių.

Susidaręs ledas plūduriuos paviršiuje, nes yra lengvesnis už vandenį. Vis dėlto distiliuotas vanduo gali užšalti, tačiau jo užšalimo temperatūra yra daug žemesnė nei įprasto vandens. Kartu pastebėta, kad verta atsitrenkti, pavyzdžiui, į distiliuoto vandens butelį arba jį purtyti, ir vanduo tuoj pradės užšalti. Tai paaiškinama molekulių sukibimu smūgio metu.

Mineralinio vandens užšalimo temperatūra

Mineralinis vanduo yra prisotintas druskų, žmonėms naudingų chemikalų. Mineralinio vandens užšalimo temperatūra yra žemesnė nei įprasto vandens. Jei paspausite indą vandeniu arba suplaksite, užšalimo procesas paspartės taip pat, kaip ir distiliuoto vandens atveju. Vandens molekulės sukibs viena su kita ir atitinkamai susiformuos į kristalus, vanduo užšals.

Ar užšąla sūrus vanduo

Yra žmonių, manančių, kad tai neužšąla. Šis teiginys nėra visiškai teisingas. Druskingas vanduo taip pat linkęs užšalti, tačiau jo užšalimo temperatūra yra gerokai žemesnė nei nulis. To paaiškinimas slypi vandens molekulinėje sudėtyje.

Druska, tiksliau sakant, jos maži kristalai neleidžia susijungti vandens molekulėms. Druskingo vandens užšalimas priklauso nuo jame esančios druskos koncentracijos. Kuo daugiau druskos yra vandenyje, tuo žemesnė užšalimo temperatūra. Kodėl Antarkties ledas ir ledkalniai yra gėlo vandens atsargos? Pasak mokslininkų, tai yra prieš milijonus metų nutrūkusio žemyno fragmentai. Jų išsilavinimą palengvino netinkama vieta, kur jie yra.

Jūros vanduo užšąla ir esant labai žemai temperatūrai. Vandens paviršiuje susidarę ledo kristalai išstumia druskos kristalus, todėl kuo giliau sūrymas tampa sodresnis. Jei paimsite ledą iš jūros vandens paviršiaus ir ištirpsite, ištirpęs vanduo bus beveik šviežias.

Ar užšąla Epiphany vanduo

Epifanijos vanduo vadinamas „šventu“. Yra nuomonė, kad Epiphany naktį ir per kitas tris dienas visų rezervuarų vanduo tampa „šventas“, pasižymintis stebuklingomis gydomosiomis savybėmis. Jį tikrai galima laikyti ilgai, nekeičiant skonio, tačiau jis sustingsta. Tuo įsitikinti gali kiekvienas. Į šerkšną įdėkite 2 butelius, pripildytus paprasto vandens ir surinktus Epiphany naktį. Abiejuose buteliuose vanduo užšals vienodai.

Ar vanduo užšąla šulinyje

Žmonės mieliau geria vandenį iš šulinio, manydami, kad jis naudingesnis ir tinkamesnis kūnui. Ar žiemą šulinyje vanduo užšąla? Atsakymas į šį klausimą yra akivaizdus. Jei šulinys yra pakankamai gilus, vandens lygis nepakyla virš žemės užšalimo taško, todėl vanduo šulinyje neužšąla. Jei šulinys negilus, viršutinį vandens sluoksnį galima padengti ledo pluta arba dideliu ledo sluoksniu.

Vanduo yra nuostabi medžiaga, kuri dėl savo cheminės sudėties gali pereiti iš vienos būsenos į kitą. Skiriasi vandens užšalimo temperatūra. Vanduo yra bene vienintelė medžiaga, kuri gali išsiplėsti esant žemai temperatūrai.

Užšaldytas vanduo

Visi žino apie vandens prasmę ir naudą gyvenimui. Pasirodo, kad po užšalimo atšildytas vanduo turi gydomųjų savybių žmogaus organizmui. Po užšalimo ir atšildymo procesų jis keičia savo struktūrą. Daugelis žmonių alpinistų ilgaamžiškumą sieja su tuo, kad jie naudojo lydomą vandenį iš šaltinių, tekančių kalnuose.

„Paprasčiausias stabilus vandenilio ir deguonies junginys“ - tokį vandens apibrėžimą pateikia glausta chemijos enciklopedija. Bet, jei pažvelgsite, šis skystis nėra toks paprastas. Jis turi daug nepaprastų, nuostabių ir labai ypatingų savybių. Ukrainos vandens tyrinėtojas pasakojo apie unikalius vandens sugebėjimus Stanislavas Suprunenko.

Didelis šilumos pajėgumas

Vanduo kaista penkis kartus lėčiau nei smėlis ir dešimt kartų lėčiau nei geležis. Norėdami šildyti litrą vandens vienu laipsniu, reikės 3300 kartų daugiau šilumos, nei pašildyti litrą oro. Sugerdama didžiulį šilumos kiekį, pati medžiaga žymiai neįkaista. Bet kai atvės, jis atiduoda tiek šilumos, kiek užtruko kaitinant. Šis gebėjimas kaupti ir išskirti šilumą leidžia išlyginti aštrius žemės paviršiaus temperatūros svyravimus. Bet tai dar ne viskas! Vandens šiluminė talpa mažėja, kai temperatūra pakyla nuo 0 iki 370C, tai yra, šiame rėmelyje jį lengva šildyti, nereikia daug šilumos ir laiko. Tačiau po 37 ° C temperatūros ribos jo šiluminė talpa padidėja, o tai reiškia, kad reikės daugiau stengtis jį pašildyti. Nustatyta, kad vanduo turi minimalią šiluminę galią esant 36, 790C temperatūrai, ir tai yra normali žmogaus kūno temperatūra! Taigi būtent ši vandens kokybė užtikrina žmogaus kūno temperatūros stabilumą.

Didelis vandens paviršiaus įtempimas

Paviršiaus įtempimas yra traukos jėga, sukibimas tarp molekulių. Vizualiai tai galima pastebėti arbatos pripildytame puodelyje. Jei lėtai įpilsite į jo vandenį, jis neužpildys iš karto. Pažvelkite atidžiau: virš skysčio paviršiaus matyti plona plėvelė - ji neleidžia skysčiui išpilti. Pripildo, kai papildai, ir vis tiek tai nutiks tik su „paskutiniu lašu“.
Visi skysčiai turi paviršiaus įtempimą, tačiau jie visi yra skirtingi. Vandens paviršiaus įtampa yra viena didžiausių. Daugiau - tik gyvsidabris, todėl išpylęs jis iškart virsta kamuoliukais: medžiagos molekulės yra tvirtai „pririštos“ viena prie kitos. Bet alkoholio, eterio ir acto rūgšties paviršiaus įtempimas yra daug mažesnis. Jų molekulės mažiau traukia viena kitą, todėl jos greičiau garuoja ir skleidžia kvapą.

Didelė latentinė garavimo šiluma

„Photo Shutterstock“

Vandeniui išvirti reikia penkis su puse karto daugiau šilumos, nei užvirus. Jei ne ši vandens savybė - pamažu garuoti - karštą vasarą daugelis ežerų ir upių tiesiog išdžiūtų.
Pasaulyje kiekvieną minutę iš hidrosferos išgaruoja milijonas tonų vandens. Todėl į atmosferą patenka milžiniškas šilumos kiekis, prilygstantis 40 tūkstančių 1 milijardo kW galios elektrinių darbui.

Išsiplėtimas

Kai temperatūra nukrinta, visos medžiagos yra suspaustos. Viskas, bet ne vanduo. Kol temperatūra nenukrinta žemiau 40C, vanduo elgiasi labai įprastu būdu - šiek tiek sustorėja, sumažina jo tūrį. Bet po 3, 980C, jis pradeda plėsti savo elgesį, tiksliau, nepaisant temperatūros sumažėjimo! Procesas vyksta sklandžiai iki 00C temperatūros, kol vanduo užšąla. Kai tik susidaro ledas, jau kieto vandens kiekis smarkiai padidėja 10%.

Mpembos efektas (Mpemba paradoksas) yra paradoksas, teigiantis, kad karštas vanduo tam tikromis sąlygomis užšąla greičiau nei šaltas, nors užšaldymo metu jis turi peržengti šalto vandens temperatūrą. Šis paradoksas yra eksperimentinis faktas, prieštaraujantis įprastoms koncepcijoms, pagal kurias tomis pačiomis sąlygomis labiau įšilusiam kūnui atvėsti iki tam tikros temperatūros reikia daugiau laiko, nei mažiau įkaitusiam kūnui, kad atvėstų iki tos pačios temperatūros.

Šį reiškinį tuo metu pastebėjo Aristotelis, Francisas Baconas ir Rene'as Descartesas, tačiau tik 1963 m. Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba nustatė, kad karštas ledų mišinys užšąla greičiau nei šaltas.

Būdamas mokinys Magambos vidurinėje mokykloje Tanzanijoje, Erasto Mpemba dirbo praktinį maisto gaminimo darbą. Jam reikėjo pasigaminti naminių ledų - užvirinti pieną, jame ištirpinti cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros ir tada įdėti į šaldytuvą, kad sustingtų. Matyt, Mpemba nebuvo ypač kruopštus studentas ir atidėjo pirmąją užduoties dalį. Baimindamasis, kad pasibaigus pamokai jis nebus laiku, jis įdėjo karštą pieną į šaldytuvą. Jo nuostabai, jis sustingo dar anksčiau nei jo bendražygių pienas, paruoštas pagal tam tikrą technologiją.

Po to Mpemba eksperimentavo ne tik su pienu, bet ir su paprastu vandeniu. Bet kokiu atveju, jau būdamas Mkvavskajos vidurinės mokyklos moksleiviu, jis paprašė profesoriaus Denniso Osborne'o iš Dar es Salamo universiteto koledžo (direktoriaus pakviestas skaityti studentams fizikos paskaitą) būtent apie vandenį: „Jei imtume du vienodus indus su vienodu vandens kiekiu. kad viename iš jų vandens temperatūra būtų 35 ° C, o kitame - 100 ° C, ir padėkite juos į šaldiklį, tada antrame vanduo greičiau užšals. Kodėl? " Osborne'as susidomėjo šiuo klausimu ir netrukus 1969 m. Jis ir Mpemba paskelbė savo eksperimentų rezultatus žurnale "Physics Education". Nuo tada vadinamas jų atrastas poveikis mpembos efektas.

Iki šiol niekas tiksliai nežino, kaip paaiškinti šį keistą efektą. Mokslininkai neturi vienos versijos, nors jų yra daug. Viskas susiję su karšto ir šalto vandens savybių skirtumais, tačiau dar nėra aišku, kurios savybės šiuo atveju vaidina svarbų vaidmenį: peršaldymo, išgarinimo, ledo susidarymo, konvekcijos skirtumas ar suskystintų dujų poveikis vandeniui esant skirtingai temperatūrai.

Mpemba efekto paradoksas yra tas, kad laikas, per kurį kūnas atvėsta iki aplinkos temperatūros, turi būti proporcingas temperatūros skirtumui tarp šio kūno ir aplinkos. Šį įstatymą nustatė Niutonas ir nuo to laiko jis buvo daug kartų patvirtintas praktikoje. Tokiu būdu vanduo, kurio temperatūra yra 100 ° C, greičiau atvės iki 0 ° C temperatūros nei tas pats vandens kiekis, kurio temperatūra yra 35 ° C.

Tačiau tai dar nereiškia paradokso, nes Mpemba efektą galima paaiškinti gerai žinomos fizikos rėmuose. Čia yra keletas Mpemba efekto paaiškinimų:

Garinimas

Karštas vanduo iš konteinerio išgaruoja greičiau, tuo sumažindamas jo tūrį, o mažesnis vandens kiekis su ta pačia temperatūra greičiau užšąla. Iki 100 C įkaitęs vanduo atvėsęs iki 0 C praranda 16% savo masės.

Garavimo efektas - dvigubas efektas. Pirma, sumažinamas aušinimui reikalingo vandens kiekis. Antra, temperatūra mažėja dėl to, kad perėjimo iš vandens fazės į garų fazę garavimo šiluma mažėja.

Temperatūros skirtumas

Dėl to, kad temperatūrų skirtumas tarp karšto vandens ir šalto oro yra didesnis - todėl šilumos mainai šiuo atveju yra intensyvesni, o karštas vanduo greičiau atvėsta.

Hipotermija

Kai vanduo atvėsinamas žemiau 0 C, jis ne visada užšąla. Tam tikromis sąlygomis jis gali patirti hipotermiją ir toliau likti skystas žemesnėje užšalimo temperatūroje. Kai kuriais atvejais vanduo gali likti skystas net esant -20 C temperatūrai.

Šio efekto priežastis yra ta, kad norint pradėti formuotis pirmiesiems ledo kristalams reikalingi kristalų susidarymo centrai. Jei jų nėra skystame vandenyje, hipotermija tęsis tol, kol temperatūra taip nukris, kad kristalai pradės savaime formuotis. Kai jie pradės formuotis per aušintame skystyje, jie pradės augti greičiau, formuodami ledo dumblą, kuris, sustingęs, suformuos ledą.

Karštas vanduo yra jautriausias hipotermijai, nes jį kaitinant pašalinamos ištirpusios dujos ir burbuliukai, kurie savo ruožtu gali tarnauti kaip ledo kristalų susidarymo centrai.

Kodėl dėl hipotermijos karštas vanduo užšąla greičiau? Šalto vandens, kuris nėra per aušinamas, atveju: Tokiu atveju indo paviršiuje susidarys plonas ledo sluoksnis. Šis ledo sluoksnis veiks kaip izoliatorius tarp vandens ir šalto oro ir užkirs kelią tolesniam garavimui. Ledo kristalų susidarymo greitis šiuo atveju bus mažesnis. Jei karštas vanduo yra per aušinamas, per aušinamas vanduo neturi apsauginio ledo sluoksnio. Todėl per atvirą viršų šilumą praranda daug greičiau.

Kai hipotermijos procesas baigiasi ir vanduo užšąla, prarandama daug daugiau šilumos, todėl susidaro daugiau ledo.

Daugelis šio efekto tyrinėtojų hipotermiją laiko pagrindiniu Mpemba efekto veiksniu.

Konvekcija

Šaltas vanduo pradeda užšaldyti iš viršaus, taip pablogindamas šilumos spinduliuotės ir konvekcijos procesus, taigi ir šilumos praradimą, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios.

Šis poveikis paaiškinamas vandens tankio anomalija. Didžiausias vandens tankis yra 4 ° C. Jei vandenį atvėsinsite iki 4 ° C ir pakelsite žemesnėje temperatūroje, paviršinis vandens sluoksnis greičiau užšals. Kadangi šis vanduo yra mažiau tankus nei vanduo esant 4 ° C temperatūrai, jis liks ant paviršiaus, formuodamas ploną, šaltą sluoksnį. Esant tokioms sąlygoms, vandens paviršiuje trumpam susidarys plonas ledo sluoksnis, tačiau šis ledo sluoksnis tarnaus kaip apatinius vandens sluoksnius apsaugantis izoliatorius, kuris išliks 4 C temperatūroje. Todėl tolesnis aušinimo procesas bus lėtesnis.

Karšto vandens atveju situacija yra visiškai kitokia. Dėl garavimo ir didesnio temperatūrų skirtumo paviršinis vandens sluoksnis greičiau atvės. Be to, šalto vandens sluoksniai yra tankesni nei karšto vandens sluoksniai, todėl šalto vandens sluoksnis nuskęs žemyn, iškeldamas šilto vandens sluoksnį į paviršių. Ši vandens cirkuliacija užtikrina greitą temperatūros kritimą.

Bet kodėl šis procesas nepasiekia pusiausvyros taško? Norint paaiškinti Mpemba efektą šiuo konvekcijos požiūriu, reikėtų manyti, kad šalti ir karšti vandens sluoksniai yra atskirti, o pats konvekcijos procesas tęsiasi po to, kai vidutinė vandens temperatūra nukrenta žemiau 4 C.

Tačiau nėra jokių eksperimentinių duomenų, kurie patvirtintų šią hipotezę, kad šaltas ir karštas vandens sluoksniai yra atskirti konvekcijos būdu.

Vandenyje ištirpusios dujos

Vandenyje visada yra ištirpusių dujų - deguonies ir anglies dioksido. Šios dujos gali sumažinti vandens užšalimo tašką. Kaitinant vandenį šios dujos išsiskiria iš vandens, nes jų tirpumas vandenyje esant aukštai temperatūrai yra mažesnis. Todėl aušinant karštą vandenį jame ištirpusių dujų visada būna mažiau nei nešildomame šaltame vandenyje. Todėl pašildyto vandens užšalimo temperatūra yra aukštesnė ir jis greičiau užšąla. Šis faktorius kartais laikomas pagrindiniu paaiškinant Mpemba efektą, nors eksperimentinių duomenų, patvirtinančių šį faktą, nėra.

Šilumos laidumas

Šis mechanizmas gali atlikti svarbų vaidmenį, kai vanduo dedamas į šaldiklį šaldytuvo skyriuje mažose talpyklose. Šiomis sąlygomis pastebėta, kad indas su karštu vandeniu ištirpdo po juo esančio šaldiklio ledą, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su šaldiklio sienele ir šilumos laidumą. Todėl šiluma iš indo su karštu vandeniu pašalinama greičiau nei iš šalto vandens. Savo ruožtu konteineris su šaltu vandeniu sniego po juo netirpdo.

Visos šios (kaip ir kitos) sąlygos buvo ištirtos daugelio eksperimentų metu, tačiau vienareikšmiško atsakymo į klausimą - kuris iš jų suteikia šimtaprocentinį Mpemba efekto atkūrimą - nebuvo gautas.

Pavyzdžiui, 1995 m. Vokiečių fizikas Davidas Auerbachas ištyrė vandens peršaldymo poveikį šiam poveikiui. Jis nustatė, kad karštas vanduo, pasiekęs pervėsintą būseną, užšąla aukštesnėje temperatūroje nei šaltas vanduo, o tai reiškia greičiau nei pastarasis. Tačiau šaltas vanduo peršaldytą būklę pasiekia greičiau nei karštas vanduo, taip kompensuodamas ankstesnį atsilikimą.

Be to, Auerbacho rezultatai prieštaravo anksčiau gautiems duomenims, kad karštas vanduo dėl mažesnio kristalizacijos centrų gali pasiekti didesnį aušinimą. Kaitinant vandenį, iš jo pašalinamos jame ištirpusios dujos, o užvirus nusėda kai kurios jame ištirpusios druskos.

Kol kas galima teigti tik viena - šio efekto atkūrimas iš esmės priklauso nuo sąlygų, kuriomis atliekamas eksperimentas. Būtent todėl, kad jis ne visada atkuriamas.

O. V. Mosinas

Literatūrinisšaltiniai:

"Karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas vanduo. Kodėl jis tai daro?", Jearlas Walkeris iš „Mėgėjų mėgėjų“, „Scientific American“, t. 237, Nr. 3, p. 246-257; 1977 m. Rugsėjis.

„Karšto ir šalto vandens užšalimas“, G.S. Kellas „American Journal of Physics“, t. 37, Nr. 5, p. 564–565; 1969 m. Gegužė.

„Supercooling and Mpemba effect“, Davidas Auerbachas, American Journal of Physics, t. 63, Nr. 10, p. 882-885; 1995 spalio mėn.

„Mpemba efektas: karšto ir šalto vandens užšalimo laikas“, Charlesas A. Knightas, American Journal of Physics, t. 64, Nr. 5, p. 524; 1996 m. Gegužė.