Prečo loony nezmrznú v studenej vode. Čo robiť, ak je vo vodovodnom kohútiku zlý tlak vody? Prečo horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená voda

Mnoho vody ovplyvňuje to, ktorá voda mrzne rýchlejšie, teplá alebo studená, ale otázka sa zdá byť trochu zvláštna. Je naznačené a z fyziky je známe, že horúca voda stále potrebuje čas na ochladenie na teplotu porovnateľnej studenej vody, aby sa zmenila na ľad. táto fáza sa dá vynechať a podľa toho časom vyhráva.

Ale odpoveď na otázku, ktorá voda rýchlejšie mrzne - studená alebo horúca - vonku v mraze, pozná každý obyvateľ severných šírok. V skutočnosti sa vedeckým spôsobom ukazuje, že v každom prípade musí studená voda jednoducho rýchlejšie zamrznúť.

Rovnakým spôsobom uvažoval aj učiteľ fyziky, ktorého v roku 1963 oslovil školák Erasto Mpemba so žiadosťou o vysvetlenie, prečo studená zmes budúcej zmrzliny mrzne dlhšie ako rovnaká, ale horúca.

„Toto nie je svetová fyzika, ale nejaký druh fyziky Mpemba“

V tom čase sa učiteľ iba zasmial, ale Deniss Osborne, profesor fyziky, ktorý svojho času išiel do tej istej školy, kde študoval Erasto, experimentálne potvrdil existenciu takéhoto účinku, hoci vtedy na to neexistovalo vysvetlenie. V roku 1969 uverejnil populárny vedecký časopis spoločný článok týchto dvoch ľudí, ktorí opísali tento zvláštny efekt.

Od tej doby, mimochodom, otázka, ktorá voda mrzne rýchlejšie - teplá alebo studená - má svoj vlastný názov - účinok alebo paradox Mpemba.

Otázka vyvstávala dlho

Prirodzene, k takémuto javu došlo už predtým a spomínali ho práce iných vedcov. Nielen školák sa zaujímal o túto problematiku, ale svojho času o tom uvažovali aj Rene Descartes a dokonca aj Aristoteles.

Tu sú len prístupy k riešeniu tohto paradoxu, ktoré sa začali hľadať až na konci dvadsiateho storočia.

Podmienky pre vznik paradoxu

Rovnako ako v prípade zmrzliny, nejde len o obyčajnú vodu, ktorá počas experimentu zamrzne. Musia byť splnené určité podmienky, aby sa začalo hádať, ktorá voda zmrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Čo ovplyvňuje priebeh tohto procesu?

Teraz v 21. storočí bolo predložených niekoľko možností, ktoré môžu vysvetliť tento paradox. Ktorá voda zmrzne rýchlejšie, horúca alebo studená, môže závisieť od skutočnosti, že má rýchlejšiu rýchlosť odparovania ako studená voda. Jeho objem sa teda zmenšuje a so zmenšovaním objemu sa doba zmrazenia skracuje, ako keď si vezmeme podobný počiatočný objem studenej vody.

Mrazničku dlho rozmrazujte

Ktorá voda zamrzne rýchlejšie a prečo sa to stane, môže byť ovplyvnené snehovou výstelkou, ktorú nájdete v mrazničke chladničky použitej na experiment. Ak vezmete dve nádoby, ktoré majú rovnaký objem, ale jedna z nich obsahuje horúcu vodu a druhá studenú vodu, nádoba s horúcou vodou pod nimi roztopí sneh, čím zlepší kontakt tepelnej hladiny so stenou chladnička. Nádoba na studenú vodu to nedokáže. Ak v chladiacom priestore nie je taká vrstva snehu, mala by studená voda rýchlejšie zamrznúť.

Hore - dole

Ďalej sa vysvetľuje fenomén, pri ktorom voda rýchlejšie zamrzne - teplá alebo studená. Podľa určitých zákonov začne z horných vrstiev zmrznúť studená voda, keď to horúca robí naopak - začne mrznúť zdola nahor. Ukazuje sa, že studená voda, ktorá má na vrchu studenú vrstvu a na niektorých miestach sa už vytvoril ľad, zhoršuje procesy konvekcie a tepelného žiarenia, čím vysvetľuje, ktorá voda mrzne rýchlejšie - studená alebo horúca. Fotografia z amatérskych experimentov je priložená a tu je zreteľne viditeľná.

Teplo zhasína smerom nahor a tam sa stretáva s veľmi ochladenou vrstvou. Pre tepelné žiarenie neexistuje žiadna voľná cesta, takže chladiaci proces je sťažený. Horúca voda na svojej ceste také prekážky nemá. Ktorý z nich zamrzne rýchlejšie - studený alebo horúci, od ktorého závisí pravdepodobný výsledok, môžete rozšíriť odpoveď o skutočnosť, že v akejkoľvek vode sú rozpustené určité látky.

Nečistoty vo vode ako faktor ovplyvňujúci výsledok

Ak nepodvádzate a nepoužívate vodu s rovnakým zložením, kde sú koncentrácie určitých látok identické, potom by mala studená voda rýchlejšie zamrznúť. Ak ale nastane situácia, keď sú rozpustené chemické prvky k dispozícii iba v horúcej vode a studená voda ich nevlastní, existuje možnosť, že horúca voda zamrzne skôr. Vysvetľuje to skutočnosť, že rozpustené látky vo vode vytvárajú kryštalizačné centrá a pri malom počte týchto centier je transformácia vody do pevného stavu zložitá. Je dokonca možné prechladenie vody v tom zmysle, že pri mínusových teplotách bude v tekutom stave.

Všetky tieto verzie ale zjavne vedcom úplne nevyhovovali a na tejto otázke pokračovali ďalej. V roku 2013 tím vedcov v Singapure uviedol, že vyriešili odvekú záhadu.

Skupina čínskych vedcov tvrdí, že tajomstvo tohto efektu spočíva v množstve energie, ktorá je uložená medzi molekulami vody v jej väzbách, ktoré sa nazývajú vodíkové väzby.

Odpoveď čínskych vedcov

Potom nasledujú informácie, pre pochopenie ktorých je potrebné mať určité znalosti z chémie, aby ste zistili, ktorá voda mrzne rýchlejšie - teplá alebo studená. Ako viete, skladá sa z dvoch atómov H (vodík) a jedného atómu O (kyslík), ktoré sú spolu spojené kovalentnými väzbami.

Ale aj atómy vodíka jednej molekuly sú priťahované k susedným molekulám, k ich kyslíkovej zložke. Práve týmto väzbám sa hovorí vodíkové väzby.

Stojí za to pamätať, že súčasne sú molekuly vody navzájom odporné. Vedci poznamenali, že keď sa voda ohrieva, vzdialenosť medzi jej molekulami sa zväčšuje, čo uľahčujú iba odpudivé sily. Ukázalo sa, že zaberajú jednu vzdialenosť medzi molekulami v studenom stave, dalo by sa povedať, že sa tiahnu a majú väčšiu zásobu energie. Práve táto zásoba energie sa uvoľňuje, keď sa molekuly vody začnú navzájom približovať, to znamená, že dôjde k ochladeniu. Ukazuje sa, že k väčšiemu prísunu energie v horúcej vode a jej väčšiemu uvoľňovaniu pri ochladení na mínusové teploty dochádza rýchlejšie ako v studenej vode, ktorá má menej tejto energie. Ktorá voda teda zmrzne rýchlejšie - studená alebo horúca? Na ulici a v laboratóriu by mal nastať paradox Mpemba a horúca voda by sa mala rýchlejšie zmeniť na ľad.

Otázka je však stále otvorená

Existuje iba teoretické potvrdenie tejto indície - všetko je napísané krásnymi vzorcami a zdá sa byť vierohodné. Ale keď sa dajú experimentálne údaje, ktoré rýchlejšie zamrznú - teplá alebo studená, uviesť v praktickom zmysle a predložia sa ich výsledky, potom možno považovať otázku paradoxu Mpemba za uzavretú.

To je pravda, aj keď to znie neuveriteľne, pretože v procese zmrazovania musí predhriatá voda prekonať teplotu studenej vody. Medzitým je tento efekt široko používaný. Napríklad valčeky a kĺzačky sú v zime zaliate skôr horúcou ako studenou vodou. Odborníci odporúčajú motoristom, aby v zime plnili nádržku na ostrekovače studenou, nie horúcou vodou. Paradox je na celom svete známy ako „Mpemba Effect“.

O tomto fenoméne sa svojho času zmienili Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale až v roku 1963 si ho profesori fyziky všimli a pokúsili sa ho preskúmať. Všetko sa to začalo, keď si študent tanzánijskej strednej školy Erasto Mpemba všimol, že sladené mlieko, ktoré používal na výrobu zmrzliny, pri predhriatí rýchlejšie tuhlo, a naznačil, že horúca voda zmrzne rýchlejšie ako studená voda. Na objasnenie sa obrátil na učiteľa fyziky, ktorý sa však študentovi iba zasmial a povedal nasledovné: „Toto nie je svetová fyzika, ale fyzika Mpemba.“

Našťastie jedného dňa školu navštívil Dennis Osborne, profesor fyziky na univerzite v Dar es Salaam. A Mpemba sa na neho obrátil s rovnakou otázkou. Profesor bol menej skeptický, uviedol, že nevie posúdiť to, čo nikdy nevidel, a po návrate domov požiadal personál, aby vykonal príslušné experimenty. Zdá sa, že potvrdili chlapcove slová. V roku 1969 Osborne hovoril o spolupráci s Mpembou v časopise „Eng. FyzikaVzdelávanie„. V tom istom roku publikoval George Kell z Kanadskej rady pre národný výskum článok popisujúci tento jav v angl. AmerickýVestníkzFyzika».

Tento paradox je možné vysvetliť niekoľkými spôsobmi:

• Horúca voda sa odparuje rýchlejšie, čím sa zmenšuje jej objem, a menšie množstvo vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zmrzne. Studená voda by mala v uzavretých nádobách rýchlejšie zamrznúť.
• Prítomnosť snehového obloženia. Nádoba na horúcu vodu topí sneh zospodu, čím zlepšuje tepelný kontakt s chladiacim povrchom. Studená voda zospodu neroztopí sneh. Ak nie je snehový obklad, nádoba so studenou vodou by mala rýchlejšie zamrznúť.
• Studená voda začne zmrznúť zhora, čím sa zhoršia procesy tepelného žiarenia a konvekcie, a tým aj strata tepla, zatiaľ čo horúca voda začne zmrznúť zdola. Pri ďalšom mechanickom miešaní vody v nádobách by mala studená voda rýchlejšie zamrznúť.
• Prítomnosť centier kryštalizácie v ochladenej vode - látky v nej rozpustené. Pri malom počte takýchto centier v studenej vode je transformácia vody na ľad obtiažna a je dokonca možná jej hypotermia, keď zostáva v kvapalnom stave s teplotou pod bodom mrazu.

Nedávno bolo zverejnené ďalšie vysvetlenie. Dr. Jonathan Katz z Washingtonskej univerzity tento jav skúmal a dospel k záveru, že dôležitú úlohu v ňom majú látky rozpustené vo vode, ktoré sa pri zahriatí vyzrážajú.
Rozpustenými látkami sa doktor Katz odvoláva na hydrogenuhličitany vápenaté a horečnaté, ktoré sa nachádzajú v tvrdej vode. Pri zahrievaní vody sa tieto látky ukladajú, voda sa stáva „mäkkou“. Voda, ktorá sa nikdy nehriala, obsahuje tieto nečistoty, je „tvrdá“. Keď zamrzne a vytvoria sa ľadové kryštály, koncentrácia nečistôt vo vode sa zvýši 50-krát. Tým sa zníži bod tuhnutia vody.

Toto vysvetlenie sa mi však nezdá presvedčivé nesmieme zabudnúť, že účinok sa zistil pri pokusoch so zmrzlinou, a nie s tvrdou vodou. Príčiny javu sú s najväčšou pravdepodobnosťou termofyzikálne, nie chemické.

Doteraz nebolo poskytnuté jednoznačné vysvetlenie paradoxu Mpemba. Musím povedať, že niektorí vedci tento paradox nepovažujú za hodný pozornosti. Je však veľmi zaujímavé, že jednoduchý školák dosiahol uznanie fyzického efektu a získal si obľubu vďaka svojej zvedavosti a vytrvalosti.

Pridané vo februári 2014

Poznámka bola napísaná v roku 2011. Odvtedy sa objavili nové štúdie o účinku Mpemba a nové pokusy o jeho vysvetlenie. Takže v roku 2012 Kráľovská spoločnosť pre chémiu vo Veľkej Británii vyhlásila medzinárodnú súťaž na riešenie vedeckej záhady „Mpemba Effect“ s cenovým fondom 1 000 libier. Termín bol stanovený na 30. júla 2012. Víťazom sa stal Nikola Bregovik z laboratória Záhrebskej univerzity. Publikoval svoju prácu, v ktorej analyzoval predchádzajúce pokusy o vysvetlenie tohto javu a dospel k záveru, že nie sú presvedčivé. Model, ktorý navrhol, je založený na základných vlastnostiach vody. Záujemcovia si môžu nájsť prácu na odkaze http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Výskum sa tým neskončil. V roku 2013 teoretici zo Singapuru teoreticky dokázali príčinu účinku Mepemba. Prácu nájdete na stránke http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Súvisiace články na webe:

Ostatné články v sekciách

Komentáre:

Alexej Mišnev. , 06.10.2012 04:14

Prečo sa horúca voda odparuje rýchlejšie? Vedci prakticky dokázali, že pohár horúcej vody zamrzne rýchlejšie ako studená voda. Vedci nemôžu tento jav vysvetliť z toho dôvodu, že nechápu podstatu javov: teplo a chlad! Teplo a chlad je fyzický vnem, ktorý spôsobuje interakciu častíc hmoty vo forme protismernej kompresie magnetických vĺn, ktoré sa pohybujú zo strany vesmíru a zo stredu Zeme. Preto čím väčší je potenciálny rozdiel tohto magnetického napätia, tým rýchlejšia je výmena energie uskutočňovaná metódou proti prenikania niektorých vĺn do iných. Teda difúznou metódou! V reakcii na môj článok píše jeden oponent: 1) „.. Horúca voda sa odparuje RÝCHLEJŠIE, následkom čoho je jej menej, takže rýchlejšie zamrzne“ Otázka! Aká energia spôsobuje, že sa voda odparuje rýchlejšie? 2) V mojom článku hovoríme o pohári, a nie o drevenom koryte, ktoré oponent uvádza ako protiargument. Čo je zle! Odpovedám na otázku: "PREČO SA V PRÍRODE VODY PARUJE?" Magnetické vlny, ktoré sa vždy pohybujú zo stredu Zeme do vesmíru, prekonávajú protitlak magnetických kompresných vĺn (ktoré sa vždy pohybujú z vesmíru do stredu Zeme), súčasne rozprašujú častice vody, pretože sa pohybujú do priestoru, zväčšujú objem. To znamená, že sa rozširujú! V prípade prekonania magnetických kompresných vĺn sú tieto vodné pary stlačené (kondenzované) a vplyvom týchto magnetických kompresných síl sa voda vo forme zrážok vracia späť na zem! S Pozdravom! Alexej Mišnev. 6. októbra 2012.

Alexej Mišnev. , 06.10.2012 04:19

Čo je to teplota. Teplota je stupeň elektromagnetického namáhania magnetických vĺn kompresnou a expanznou energiou. V prípade rovnovážneho stavu týchto energií je teplota tela alebo látky v stabilnom stave. Ak dôjde k narušeniu rovnovážneho stavu týchto energií, smerom k expanznej energii sa telo alebo látka zväčšia v objeme priestoru. Ak dôjde k prekročeniu energie magnetických vĺn v smere stlačenia, telo alebo látka sa zmenší v objeme priestoru. Stupeň elektromagnetického napätia je určený stupňom expanzie alebo kontrakcie referenčného telesa. Alexej Mišnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, hovoríš o článku, ktorý uvádza tvoj názor na koncepciu teploty. Ale nikto to nečítal. Dajte mi prosím odkaz. Všeobecne sú vaše názory na fyziku veľmi zvláštne. Nikdy som nepočul o „elektromagnetickej expanzii referenčného telesa“.

Jurij Kuznecov, 4. 12. 2012 12:32

Navrhuje sa hypotéza, že ide o intermolekulárnu rezonanciu a ňou vyvolanú ponderomotorickú príťažlivosť medzi molekulami. V studenej vode sa molekuly pohybujú a vibrujú chaoticky, s rôznymi frekvenciami. Keď sa voda ohrieva, so zvyšovaním frekvencie vibrácií sa ich rozsah zužuje (rozdiel vo frekvenciách od kvapalnej horúcej vody po bod odparovania sa zmenšuje), frekvencie vibrácií molekúl sa navzájom približujú, v dôsledku čoho vzniká rezonancia dochádza medzi molekulami. Pri ochladení sa táto rezonancia čiastočne zachová, ale nezanikne okamžite. Skúste stlačiť jednu z dvoch rezonančných strún gitary. Teraz to pustite - struna začne opäť vibrovať, rezonancia obnoví svoje vibrácie. Rovnako tak sa v chladenej vode snažia vonkajšie ochladené molekuly stratiť amplitúdu a frekvenciu kmitov, ale „teplé“ molekuly vo vnútri nádoby „sťahujú“ kmity späť, pôsobia ako vibrátory a vonkajšie - ako rezonátory. Ponderomotívna príťažlivosť * vzniká medzi vibrátormi a rezonátormi. Keď sa ponderomotorická sila stane väčšou ako sila spôsobená kinetickou energiou molekúl (ktorá nielen vibruje, ale sa tiež pohybuje lineárne), dôjde k urýchlenej kryštalizácii - „Mpembaov efekt“. Ponderomotívne pripojenie je veľmi krehké, efekt Mpemba silne závisí od všetkých sprievodných faktorov: objem zamrznutej vody, charakter jej ohrevu, podmienky mrazu, teplota, konvekcia, podmienky výmeny tepla, nasýtenie plynom, vibrácie chladiacej jednotky, vetranie, nečistoty, odparovanie atď., dokonca aj z osvetlenia ... Účinok má preto veľa vysvetlení a niekedy je ťažké ho reprodukovať. Z rovnakého „rezonančného“ dôvodu varená voda vrie rýchlejšie ako voda nevarená - po určitú dobu po varení si rezonancia zachováva intenzitu vibrácií molekúl vody (strata energie pri ochladzovaní padá hlavne na stratu kinetickej energie lineárneho pohybu molekúl) ). Pri intenzívnom zahriatí menia molekuly vibrátora úlohy s molekulami rezonátora v porovnaní so zmrazením - frekvencia vibrátorov je menšia ako frekvencia rezonátorov, čo znamená, že medzi molekulami nedochádza k príťažlivosti, ale k odpudzovaniu, čo urýchľuje prechod do iného stavu agregácie. (pár).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Zlomil mi mozog ...

Anton, 2. 4. 2013 02:02

1. Je táto ponderomotívna príťažlivosť taká veľká, že ovplyvňuje proces prenosu tepla? 2. Znamená to, že keď sa všetky telesá zahrejú na určitú teplotu, ich štruktúrne častice rezonujú? 3. v dôsledku čoho zmizne pri ochladzovaní táto rezonancia? 4. Je to váš odhad? Ak existuje zdroj, uveďte. 5. Podľa tejto teórie bude tvar nádoby hrať dôležitú úlohu, a ak je tenká a plochá, potom nebude rozdiel v čase tuhnutia veľký, t.j. môžete to skontrolovať.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

Studená voda už obsahuje atómy dusíka a vzdialenosť medzi molekulami vody je menšia ako v horúcej vode. To znamená záver: Horúca voda absorbuje atómy dusíka rýchlejšie a zároveň rýchlo zmrzne ako studená - to je porovnateľné s kalením železa, pretože horúca voda sa zmení na ľad a horúce železo pri rýchlom ochladení tvrdne!

Vladimír, 13. 3. 2013 06:50

alebo možno takto: hustota horúcej vody a ľadu je menšia ako hustota studenej vody, a preto voda nemusí meniť svoju hustotu, stráca tým čas a zamrzne.

Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50

Predtým, ako sa budeme rozprávať o rezonanciách, atrakciách a vibráciách častíc, je potrebné pochopiť a odpovedať na otázku: Aké sily spôsobujú vibrácie častíc? Pretože bez kinetickej energie nemôže dôjsť k stlačeniu. Bez kompresie nemôže dôjsť k rozšíreniu. Bez expanzie nemôže existovať kinetická energia! Keď začnete hovoriť o rezonancii strún, najskôr ste sa usilovali o to, aby jedna z týchto strún vibrovala! Keď hovoríme o príťažlivosti, mali by ste predovšetkým označiť silu, ktorá núti tieto telá priťahovať! Tvrdím, že všetky telesá sú stlačené elektromagnetickou energiou atmosféry a ktorá stláča všetky telesá, látky a elementárne častice silou 1,33 kg. nie na cm2, ale na elementárne častice. Pretože tlak atmosféry nemôže byť selektívny! Nezamieňajte ho s veľkosťou sily!

Dodik, 31.05.2013 02:59

Zdá sa mi, že ste zabudli na jednu pravdu - „Veda začína tam, kde začínajú merania“. Aká je teplota „horúcej“ vody? Aká je teplota „studenej“ vody? Článok o tom nehovorí ani slovo. Z toho môžeme vyvodiť záver - celý článok je kravina!

Gregory, 4. 4. 2013 12:17

Dodik, skôr ako článok nazveš nezmyslom, musíš aspoň trochu myslieť na učenie. A nielen merať.

Dmitrij, 12.24.2013 10:57

Molekuly horúcej vody sa pohybujú rýchlejšie ako v chladnom počasí, pretože preto dochádza k bližšiemu kontaktu s prostredím. Zdá sa, že absorbujú všetok chlad a rýchlo sa spomaľujú.

Ivan, 1. 10. 2014 05:53

Je prekvapivé, že sa na tejto stránke objavuje takýto anonymný článok. Článok je úplne nevedecký. Autor aj komentátori sa navzájom bijú v hľadaní vysvetlenia javu, bez toho, aby sa obťažovali zistiť, či je daný jav vôbec pozorovaný, a ak ho pozoruje, za akých podmienok. Navyše neexistuje ani dohoda o tom, čo vlastne dodržiavame! Autor teda trvá na potrebe vysvetliť vplyv rýchleho zmrazenia horúcej zmrzliny, hoci z celého textu (a zo slov „efekt bol zistený pri pokusoch so zmrzlinou“) vyplýva, že on sám také inscenovanie nemal experimenty. Z variantov „vysvetlenia“ javu uvedených v článku je zrejmé, že sú opísané úplne odlišné experimenty uskutočňované za rôznych podmienok s rôznymi vodnými roztokmi. Podstata vysvetlení aj subjektívna nálada v nich naznačujú, že sa nevykonala ani elementárna kontrola vyjadrených myšlienok. Niekto náhodne počul vtipnú príhodu a nenútene vyjadril svoj špekulatívny záver. Prepáčte, ale nejde o fyzikálne vedecké štúdie, ale o rozhovor v fajčiarskej miestnosti.

Ivan, 1. 10. 2014 06:10

Pokiaľ ide o poznámky v článku o plnení valcov horúcou vodou a nádržiach na ostrekovanie skla studenou vodou. Všetko je z pohľadu elementárnej fyziky jednoduché. Klzisko je naplnené horúcou vodou len preto, že pomalšie zamŕza. Valček musí byť vyrovnaný a hladký. Skúste ju naplniť studenou vodou - vzniknú vám hrčky a „uzlíky“, tk. voda _ rýchlo _ zamrzne bez toho, aby ste mali čas sa rozprestrieť v rovnomernej vrstve. A horúca bude mať čas sa rozprestrieť v rovnomernej vrstve a existujúce hrbole ľadu a snehu sa roztopia. S práčkou to tiež nie je ťažké: do mrazu nemá zmysel nalievať čistú vodu - na skle zamrzne (aj horúca); a horúca nemrznúca kvapalina môže viesť k popraskaniu studeného skla a navyše bude mať zvýšený bod tuhnutia na skle v dôsledku zrýchleného odparovania alkoholov na ceste k pohári (všetci sú oboznámení s princípom fungovania sklenenej nádoby). stále mesiac? - alkohol sa odparí, voda zostane).

Ivan, 1. 10. 2014 06:34

A je vlastne hlúpe sa pýtať, prečo dva rôzne experimenty za iných podmienok prebiehajú odlišne. Ak je experiment nastavený čisto, musíte si vziať teplú a studenú vodu rovnakého chemického zloženia - z tej istej kanvice odoberáme predchladenú vriacu vodu. Nalejte do identických nádob (napríklad tenkostenných pohárov). Nenasadzujeme sneh, ale na rovnaký rovný suchý podklad, napríklad drevený stôl. A nie v mikromrazničke, ale v dostatočne objemnom termostate - experiment som uskutočnil pred pár rokmi na dači, keď bolo stabilné mrazivé počasie mimo asi -25 ° C. Voda po uvoľnení kryštalizačného tepla kryštalizuje pri určitej teplote. Hypotéza sa scvrkáva na tvrdenie, že horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie (je to tak, podľa klasickej fyziky je rýchlosť výmeny tepla úmerná teplotnému rozdielu), ale zachováva si zvýšenú rýchlosť chladenia, aj keď sa jej teplota rovná teplote studenej vody. Otázka znie, aký je rozdiel medzi vodou ochladenou na + 20 ° C vonku a úplne rovnakou vodou, ktorá sa ochladila na + 20 ° C hodinu predtým, ale v miestnosti? Klasická fyzika (mimochodom, nie na základe klábosenia v fajčiarskej miestnosti, ale na státisícoch a miliónoch experimentov) hovorí: áno, nič, ďalšia dynamika ochladzovania bude rovnaká (iba bod +20 vriacej vody dosiahne neskôr). A experiment ukazuje to isté: keď už v pohári pôvodne studenej vody je silná kôrka ľadu, horúcej vode ani nenapadlo zamrznúť. P.S. K pripomienkam Jurija Kuznecova. Prítomnosť určitého účinku možno považovať za preukázanú, keď sú opísané podmienky jeho výskytu a stabilne sa reprodukuje. A keď máme, nie je jasné, aké experimenty s neznámymi podmienkami je predčasné budovať teórie ich vysvetlenia a z vedeckého hľadiska to nič nedáva. P.P.S. Je nemožné čítať komentáre Alexeja Mišneva bez sĺz dojatia - človek žije v akomsi fiktívnom svete, ktorý nemá nič spoločné s fyzikou a skutočnými experimentmi.

Grigorij, 13. 1. 2014 10:58

Ivan, chápem, že vyvraciaš Mpembov efekt? Neexistuje, ako ukazujú vaše experimenty? Prečo je vo fyzike taký slávny a mnohí sa ho snažia vysvetliť?

Ivan, 14.02.2014 01:51

Dobré popoludnie, Grigorij! Účinok fingovaného experimentu existuje. Ale ako si dokážete predstaviť, nejde o dôvod hľadať nové zákony vo fyzike, ale o dôvod na zlepšenie schopností experimentátora. Ako som už poznamenal v komentároch, pri všetkých vyššie spomenutých pokusoch vysvetliť „Mpemba efekt“ nemôžu vedci ani jasne formulovať, čo presne a za akých podmienok merajú. A chcete povedať, že ide o experimentálnych fyzikov? Nerozosmievaj ma. Tento efekt nie je známy vo fyzike, ale v pseudovedeckých diskusiách na rôznych fórach a blogoch, ktorých je dnes more. Ľudia, ktorí majú ďaleko od fyziky, to vnímajú ako skutočný fyzikálny efekt (v zmysle dôsledku niektorých nových fyzikálnych zákonov, a nie ako dôsledok nesprávnej interpretácie alebo iba mýtu). Nie je teda dôvod hovoriť o výsledkoch rôznych experimentov uskutočňovaných za úplne iných podmienok ako o jednom fyzikálnom efekte.

Pavel, 18. 2. 2014 09:59

hmm, chlapci ... článok k "Speed \u200b\u200bInfo" ... bez urážky ...;) Ivan má vo všetkom pravdu ...

Grigorij, 19. 2. 2014 12:50

Ivan, súhlasím s tým, že v súčasnosti existuje veľa pseudovedeckých webov, ktoré zverejňujú neoverený senzačný materiál.? Koniec koncov, efekt Mpemba sa stále skúma. A vedci z univerzít skúmajú. Napríklad v roku 2013 tento efekt skúmala skupina z University of Technology v Singapure. Pozrite sa na odkaz http://arxiv.org/abs/1310.6514. Veria, že našli vysvetlenie tohto účinku. Nebudem podrobne písať o podstate objavu, ale podľa ich názoru je efekt spojený s rozdielom v energiách uložených vo vodíkových väzbách.

Moiseeva N.P. 02.19.2014 03:04

Pre všetkých záujemcov o štúdium Mpembovho efektu som mierne doplnil materiál k článku a poskytol odkazy, kde sa môžete oboznámiť s najnovšími výsledkami (pozri text). Ďakujem za komentáre.

Ildar, 02.24.2014 04:12 | nemá zmysel všetko vypisovať

Ak skutočne dôjde k tomuto Mpembovmu javu, myslím, že treba hľadať vysvetlenie v molekulárnej štruktúre vody. Voda (ako som sa dozvedel z populárno-vedeckej literatúry) neexistuje ako jednotlivé molekuly H2O, ale ako zhluky niekoľkých molekúl (aj desiatok). Keď teplota vody stúpa, zvyšuje sa rýchlosť molekulárneho pohybu, zhluky sa rozpadajú a valenčné väzby molekúl nemajú čas na zostavenie veľkých zhlukov. Tvorba zhlukov trvá o niečo dlhšie, než zníženie rýchlosti molekulárneho pohybu. A keďže sú zhluky menšie, tvorba kryštálovej mriežky je rýchlejšia. V studenej vode zjavne dostatočne veľké stabilné zhluky bránia vytvoreniu mriežky; ich zničenie trvá istý čas. Sám som videl v televízii kuriózny efekt, keď studená voda, pokojne stojaca v nádobe, zostala tekutá niekoľko hodín v chlade. Len čo sa však nádoba zobrala, to znamená, že sa z jej miesta mierne pohli, voda v nádobe okamžite vykryštalizovala, stala sa nepriehľadná a nádoba praskla. Kňaz, ktorý prejavil tento účinok, to vysvetlil skutočnosťou, že voda bola posvätená. Mimochodom, ukazuje sa, že voda výrazne mení svoju viskozitu v závislosti od teploty. My, ako veľké tvory, sme neviditeľní a na úrovni malých (mm a menej) kôrovcov, a ešte viac baktérií, je viskozita vody veľmi významným faktorom. Myslím si, že túto viskozitu určuje aj veľkosť klastrov vody.

ŠEDÁ, 15. 3. 2014 05:30

všetko, čo vidíme okolo, sú povrchové charakteristiky (vlastnosti), takže berieme za energiu iba to, čo môžeme zmerať alebo akýmkoľvek spôsobom dokázať existenciu, inak slepá ulička. tento jav, efekt Mpemba možno vysvetliť iba jednoduchou volumetrickou teóriou, ktorá spojí všetky fyzikálne modely do jednej interakčnej štruktúry. v skutočnosti je všetko jednoduché

nikita, 06.06.2014 04:27 | auto

ale ako dosiahnuť, aby voda zostala studená, ale nie teplá, keď idete v aute!

alexey, 10.03.2014 01:09

A je tu ďalší „objav“ na cestách. Voda v plastovej fľaši pri otvorenom uzávere zmrzne oveľa rýchlejšie. Pre zábavu som experiment pripravil mnohokrát v silnom mraze. Účinok je zrejmý. Ahojte teoretici!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Princíp odparovacieho chladiča. Vezmeme dve hermeticky uzavreté fľaše so studenou a horúcou vodou. Odložíme do chladu. Studená voda rýchlejšie zamrzne. Teraz vezmeme tie isté fľaše so studenou a horúcou vodou, otvoríme ich a dáme do chladu. Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Ak vezmeme dve umývadlá so studenou a horúcou vodou, potom horúca voda zamrzne oveľa rýchlejšie. Je to spôsobené tým, že zvyšujeme kontakt s atmosférou. Čím intenzívnejšie je odparovanie, tým rýchlejšie teplota klesá. Tu je potrebné spomenúť faktor vlhkosti. Čím nižšia je vlhkosť, tým silnejšie sa odparuje a silnejšie sa ochladzuje.

sivý TOMSK, 01.01.2015 10:55

ŠEDÁ, 15. 3. 2014 05:30 - pokračovanie To, čo viete o teplote, nie je všetko. Je toho viac. Ak správne zostavíte fyzikálny model teploty, stane sa kľúčom k popisu energetických procesov od difúzie, topenia a kryštalizácie až po také stupnice, ako je zvýšenie teploty so zvýšením tlaku, zvýšenie tlaku so zvýšením teploty. Z uvedeného bude zrejmý dokonca aj fyzikálny model energie Slnka. Som v zime. ... skoro na jar roku 20013 po preskúmaní teplotných modelov zostavil všeobecný teplotný model. O pár mesiacov neskôr som si spomenul na teplotný paradox a potom som si uvedomil ... že môj teplotný model popisuje aj paradox Mpemba. Bolo to v máji - júni 2013. O rok neskôr, ale to je to najlepšie. Môj fyzický model je freeze frame a je možné ho posúvať dopredu aj dozadu. Má pohyblivosť aktivity, aktivitu, pri ktorej sa všetko pohybuje. Mám 8 ročníkov školy a 2 roky VŠ s opakovaním témy. Uplynulo 20 rokov. Nemôžem teda pripísať žiadny druh fyzikálnych modelov slávnych vedcov, ani vzorce. Tak ľúto.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Všeobecne mám predstavu o tom, prečo horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená. A podľa mojich vysvetlení je všetko veľmi jednoduché, ak máte záujem, napíšte mi e-mailom: [chránené e-mailom]

Andrey, 11. 8. 2015 08:58

Prepáčte, dal som nesprávnu poštovú schránku, tu je správny e-mail: [chránené e-mailom]

Victor, 23. 12. 2015 10:37

Zdá sa mi, že všetko je jednoduchšie, máme sneh, je to odparený plyn, ochladený, takže sa môže rýchlejšie ochladiť v mraze, pretože sa odparí a okamžite kryštalizuje bez toho, aby stúpal ďaleko, a voda v plynnom stave sa ochladzuje rýchlejšie ako v kvapaline)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

Aj keby niekto odhalil tieto zákony sveta, ktoré sú spojené s týmito účinkami, nenapísal by sem. Z môjho pohľadu by nebolo logické odhaliť jeho tajomstvá pre používateľov internetu, keď ich môže publikovať v slávnych vedeckých časopisoch a osobne sa osvedčiť. pred ľuďmi. Takže, čo sa tu napíše o tomto efekte, to všetko nie je pre väčšinu logické.)))

Alex, 22.02.2016 12:48

ahoj Experimentátori Máte pravdu, keď hovoríte, že veda začína tam, kde ... nie merania, ale výpočty. „Experiment" je večný a nepostrádateľný argument pre ľudí zbavených fantázie a lineárneho myslenia. Urazil všetkých, teraz v prípade E \u003d mc2 - všetci si pamätajú? Rýchlosť molekúl unikajúcich zo studenej vody do atmosféry určuje množstvo energie, ktoré si odnášajú z vody (chladenie predstavuje stratu energie) Rýchlosť molekúl z horúcej vody je oveľa vyššia a unášaná energia sa zvyšuje na druhú (rýchlosť ochladenia zostávajúcej masy vody) To je všetko, ak odídete z experimentovanie “a pamätajte na Základné základy vedy

Vladimír, 25. 4. 2016 10:53 | Meteo

V tých časoch, keď bola nemrznúca zmes zriedkavosťou, sa voda z chladiaceho systému automobilov v nevykurovanej garáži autoservisu vypúšťala po pracovnom dni, aby sa nerozmrazil blok valcov alebo chladič - niekedy oboje. Ráno sa naliala horúca voda. Za silného mrazu motor naštartoval bez problémov. Nejako pri nedostatku horúcej vody nalievali vodu z vodovodu. Voda okamžite zamrzla. Experiment bol drahý - presne toľko, koľko stojí nákup a výmena bloku valcov a chladiča automobilu ZIL-131. Kto neverí, nech skontroluje. a Mpemba experimentoval so zmrzlinou. Kryštalizácia prebieha v zmrzline inak ako vo vode. Skúste zubami odhryznúť kúsok zmrzliny a kúsok ľadu. S najväčšou pravdepodobnosťou nezmrzlo, ale následkom ochladenia zhustlo. A sladká voda, či už teplá alebo studená, zamrzne pri 0 * C. Studená voda je rýchla, ale horúca potrebuje čas na ochladenie.

Tulák, 06.06.2016 12:54 | Alexovi

"c" - rýchlosť svetla vo vákuu E \u003d mc ^ 2 - vzorec vyjadrujúci ekvivalenciu hmotnosti a energie

Albert, 27.7.2016 08:22

Po prvé, analógia s pevnými látkami (neexistuje proces odparovania). Nedávno som spájkoval medené vodovodné potrubie. Proces prebieha zahrievaním plynového horáka na teplotu topenia spájky. Doba zahriatia jedného kĺbu s objímkou \u200b\u200bje približne jedna minúta. Jeden spoj som spájkoval rukávom a po pár minútach som si uvedomil, že som ho spájkoval nesprávne. Trošku trvalo rolovanie rúrky v rukáve. Začal som ohrev spoja s horákom a prekvapivo trvalo zahrievanie spoja na teplotu topenia 3-4 minúty. Ako to!? Nakoniec, potrubie je stále horúce a zdá sa, že na jeho zohriatie na teplotu topenia je potrebných oveľa menej energie, všetko sa však ukázalo byť opačným smerom. Všetko je to o tepelnej vodivosti, ktorá je podstatne vyššia pre už ohriate potrubie a hranica medzi ohrievaným a studeným potrubím sa dokázala za dve minúty vzdialiť od križovatky. Teraz o vode. Použijeme koncepty horúcej a poloohriatej nádoby. V horúcej nádobe sa vytvára úzke teplotné rozhranie medzi horúcimi, vysoko mobilnými časticami a neaktívnymi, studenými, ktoré sa pohybuje pomerne rýchlo z periférie do stredu, pretože na tejto hranici sa rýchle častice rýchlo vzdajú svojej energie (sú ochladené) časticami na druhej strane hranice. Pretože objem vonkajších studených častíc je väčší, rýchle častice, vydávajúce svoju tepelnú energiu, nemôžu výrazne zahriať vonkajšie studené častice. Preto chladiaci proces horúcej vody nastáva pomerne rýchlo. Poloohriata voda má oveľa nižšiu tepelnú vodivosť a šírka hranice medzi polohriatymi a studenými časticami je oveľa širšia. K posunu smerom k stredu tak širokej hranice dochádza oveľa pomalšie ako v prípade horúcej nádoby. Vďaka tomu sa horúca nádoba ochladí rýchlejšie ako teplá. Myslím si, že musíme sledovať dynamiku procesu chladenia vody s rozdielnou teplotou umiestnením niekoľkých teplotných senzorov od stredu k okraju nádoby.

Max, 19.11.2016 05:07

Bolo to skontrolované: v mraze na Jamale zamrzne potrubie s gryachálnou vodou a musí sa zohriať, ale studená voda nie!

Artem, 9. 9. 2016 01:25

Je to ťažké, ale myslím si, že studená voda je hustejšia ako horúca voda je ešte lepšia ako voda prevarená a tu dochádza k zrýchleniu chladenia atď. horúca voda dosiahne studenú teplotu a predbehne ju, a ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že horúca voda zamŕza zdola a nie zhora, ako je uvedené vyššie, veľmi to urýchľuje postup!

Alexander Sergejev, 21.08.2017 10:52

Takýto účinok neexistuje. Bohužiaľ. V roku 2016 bol v Nature publikovaný podrobný článok k tejto téme: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Z neho je zrejmé, že pri starostlivých pokusoch (ak sú vzorky teplej a studenej vody vo všetkom okrem teploty rovnaké) nie je účinok pozorovaný ...

Zavlab, 22.08.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"To naozaj je." - ak škola nechápala, čo je to tepelná kapacita a zákon zachovania energie. Je to ľahké skontrolovať - \u200b\u200bna to potrebujete: túžbu, hlavu, ruky, vodu, chladničku a budík. A klziská, ako hovoria odborníci, zmrazia (naplnia) studenou vodou a teplou vodou vyrovnajú narezaný ľad. A v zime musíte do nádržky na ostrekovanie naliať nemrznúcu kvapalinu, nie vodu. Voda v každom prípade zamrzne a studená voda zamrzne rýchlejšie.

Irina, 01.23.2018 10:58

vedci z celého sveta bojujú proti tomuto paradoxu od čias Aristotela a Victor, Zavlab a Sergeev sa ukázali ako najchytrejší.

Denis, 02.01.2018 08:51

V článku je všetko napísané správne. Dôvod je však trochu iný. Pri procese varu sa vzduch rozpustený v nej odparuje z vody; preto bude pri ochladení vriacej vody jeho hustota menšia ako hustota surovej vody s rovnakou teplotou. Neexistujú žiadne iné dôvody pre odlišnú tepelnú vodivosť, okrem rozdielnej hustoty.

Zablab, 01.01.2018 08:58 | Zavlab

Irina :), „vedci celého sveta“ nebojujú o tento „paradox“, pre skutočných vedcov tento „paradox“ jednoducho neexistuje - je ľahko overiteľný v dobre reprodukovateľných podmienkach. „Paradox“ sa objavil vďaka nenahraditeľným experimentom afrického chlapca Mpembu a bol nafúknutý takými „vedcami“ :)

miroland, 23.03.2019 07:20

tanzánsky chlapec žijúci v srdci Afriky, ktorý s najväčšou pravdepodobnosťou nikdy nevidel sneh v očiach ... ;-D nič si nemýlim ???)))

Sergey, 14.04.2019 02:02

Vezmeme dve gumičky, obe natiahneme, jednu viac ako druhú (analogicky s vnútornou energiou studenej a teplej vody), súčasne uvoľníme jeden koniec gumičiek. Ktorá guma sa zmenší rýchlejšie?

Artanis, 5. 8. 2019 03:34

Tento experiment som práve urobil sám. Do mrazničky som dal dva rovnaké poháre teplej a studenej vody. Studená zamrzla oveľa rýchlejšie. Horúca bola ešte mierne teplá. Čo je zlé na mojich skúsenostiach?

Zavlab, 09.05.2019 06:21 |

Artanis, Podľa vašich skúseností „všetko je tak“ :) - „Mpemba efekt“ neexistuje pri správne vykonanom experimente, ktorý zaisťuje rovnaké chladiace podmienky pre rovnaké objemy vody iba pri rôznych počiatočných teplotách. Blahoželám vám - prešli ste na svetovú stranu, rozum a triumf základných fyzikálnych zákonov a začali ste sa vzďaľovať od „sekty Mpemba“, a fanúšikovia videí Yu-tube v štýle „o čom nám klamali na hodinách fyziky“ ... :)

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

Máte pravdu, veľa závisí od podmienok experimentu. Ak by sa však účinok nepozoroval vôbec, potom by vo vážnych časopisoch neexistoval žiadny výskum a publikácie. Dočítali ste tento príspevok? O videách Yu-Tubov sa tu nehovorí.

Zavlab, 06.08.2019 05:26 | SlavNeftGaz-YuzhSeverZapVostok-Synthesis Čo je vhodné

Natalya Petrovna, žijeme vo ére „krízy reprodukovateľnosti“ vo vede, keď s cieľom zvýšiť citačný index pod sloganom „zverejniť alebo zahynúť“ „budúci vedci“ radšej súťažia vo vymýšľaní bláznivých teórií, aby ospravedlnili očividne pochybné experimentálne údaje, namiesto toho, aby strávili trochu času a zdroje na kontrolu týchto údajov, skôr ako si sadnete k čisto teoretickému článku. Príkladom takýchto „nešťastných vedcov“ sú iba „fyzici zo Singapuru“, ktorých ste spomenuli v článku - ich publikácia neobsahuje ich vlastné experimentálne údaje, ale iba holé teoretické úvahy o možnom vplyve abstinentného javu „O: HO Bond Anomalous Relaxation“ na proces anomálie zamrznutie vody, ktoré pozorovali Francis Bacon a Rene Descartes a dokonca Aristoteles už 350 rokov pred naším letopočtom. ... A osobne som veľmi rád, že Nikola Bregovik z univerzity v Záhrebe získal cenu 1000 libier od Kráľovskej chemickej spoločnosti vo Veľkej Británii po použití dobrého vybavenia v reprodukovateľných podmienkach, ktoré sám zamýšľal, bez akýchkoľvek anomálií, celkom fyzicky vysvetliteľných výsledkov a spochybnil ich ako nemotorné merania. chlapec Mpemba a jeho prívrženci a primeranosť tých, ktorí sa pokúsili priniesť „teoretický základ“ v rámci týchto nemotorných experimentov.

Prečo voda zamŕza? Voda je úžasný zázrak prírody. Je to nevyhnutné pre všetok život na zemi. Práve vo vode sa podľa vedcov zrodil život. Je úžasné, že voda môže byť v troch skupenstvách: kvapalnom, pevnom a plynnom. Zároveň sa môže pohybovať z jedného štátu do druhého. Prevažná väčšina vody na planéte je v tekutom stave. Pevným skupenstvom vody je ľad.

Prečo voda mrzne v chlade

Na vlastnosť vody prechádzať do rôznych stavov má vplyv jej zloženie. Molekuly vody sú navzájom slabo viazané; vždy sa pohybujú a zoskupujú, ale zároveň nemôžu vytvárať určitú štruktúru. Voda má formu nádoby, v ktorej je umiestnená, ale sama o sebe nedokáže pojať žiadny konkrétny model. Napríklad nalejeme vodu do hrnca a tekutina nadobudne tvar, ale nebude ju môcť držať mimo riadu.

Pri zahrievaní sa molekuly vody začnú navzájom pohybovať ešte rýchlejšie a chaotickejšie a vo väčšej miere stratia vzájomnú komunikáciu. V takom prípade sa z vody stane para.

Keď je voda vystavená nízkym teplotám, je pohyb molekúl potlačený, väzba medzi nimi je posilnená a potom môžu vytvárať štruktúru - šesťuholníkové kryštály. Stav premeny vlhkosti na ľad sa nazýva kryštalizácia, tuhnutie.

V takom silnom stave si dokáže dlho udržiavať rôzne formy, ktoré nadobudlo. Voda začína mrznúť pri teplote 0 stupňov Celzia. Prechod vody z kvapalného do tuhého stavu na ľad je teda dôsledkom fyzikálnych vlastností vody, jej zloženia.

Prečo horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená voda

Keď už hovoríme o „premene“ vody na ľad, pozorujú sa zaujímavé javy. Horúce mrznú rýchlejšie ako chladné, bez ohľadu na to, ako nepravdepodobne táto realita vyzerá. Táto skutočnosť bola známa už dlho, ale dlho nebolo možné odhaliť tajomstvo záhadných vlastností vody. Až v dvadsiatom storočí sa vedci z celého sveta pokúsili vysvetliť dôvod rýchlejšieho zamŕzania horúcej vody v porovnaní so studenou vodou.

V roku 1963 si chlapec menom Mpemba z Tanzánie všimol pri príprave zmrzliny, že lahodná pochúťka rýchlejšie stuhla, keď sa pripravila z teplého a nie studeného mlieka. Začali sa mu vysmievať, keď sa podelil o svoje postrehy so svojím učiteľom a priateľmi. Na túto skutočnosť upozornil iba jeden človek - profesor Dennis Osborne, ktorého Mpemba stretol ako dospelého.

Bolo predložených veľa hypotéz o rýchlom zmrazení horúcej a nie studenej vody, všetky však zostali len špekuláciami. „Podivné“ správanie vody sa nazýva „efekt Mpemba“. Výskum sa stále vykonáva. Vedci z mnohých krajín sa snažia dokázať „Mpemba Effect“, ale zatiaľ sú k ničomu.

Mnoho vedcov nepovažuje túto skutočnosť za hodnú pozornosti, pretože zmrzlina má na rozdiel od tvrdej vody odlišné vlastnosti. Fyzici zo Singapuru v roku 2013 teoreticky dokázali záhadu Mpembovho efektu a stále neexistujú potvrdenia laboratórnych štúdií o nepochopiteľnom jave.

Voda zamŕza zhora, nie zdola

Takmer každý vie, že pri nízkych teplotách sa na vodných plochách najskôr vytvorí tenká ľadová kôra, ktorá s pribúdajúcim mrazom silnie a silnie. A nebyť tejto úžasnej vlastnosti vody, je nepravdepodobné, že by niekto dokázal korčuľovať, pretože ľad by jednoducho klesol na dno nádrže.

Voda, podobne ako väčšina podobných látok, sa po ochladení zmenšuje a zmenšuje objem, najmenej však na teplotu najmenej 3 stupne Celzia. Pri nižších teplotách voda naopak expanduje, zvyšuje sa jej hustota. Ľad je ľahší ako voda a to ho drží na vrchu.

Prečo destilovaná voda nezamŕza

Destilovaná voda sa nazýva čistá, je „zbavená“ akýchkoľvek nečistôt, kyslíka. Nečistoty sú fragmenty, ku ktorým sú pripojené molekuly vody. Pri prechode z kvapalného stavu na ľad sa nečistoty prítomné vo vode stláčajú, destilovaná voda sa rozširuje v dôsledku neprítomnosti ďalších látok, vzdialenosť medzi molekulami sa zväčšuje.

Výsledný ľad bude plávať na povrchu, pretože je ľahší ako voda. Destilovaná voda napriek tomu môže zamrznúť, ale jej bod tuhnutia je oveľa nižší ako teplota bežnej vody. Zároveň sa zistilo, že stojí za to udrieť napríklad do fľaše destilovanej vody alebo ju pretrepať a voda začne okamžite zamŕzať. To sa vysvetľuje adhéziou molekúl pri náraze.

Bod mrazu minerálnej vody

Minerálna voda je nasýtená soľami, chemikáliami prospešnými pre človeka. Bod tuhnutia minerálnej vody je nižší ako bod bežnej vody. Ak do nádoby narazíte vodou alebo ňou zatrasiete, proces zmrazovania sa zrýchli rovnako ako v prípade destilovanej vody. Molekuly vody sa navzájom priľnú a vytvoria z nich kryštály. Voda zamrzne.

Zmrazuje slaná voda

Existujú ľudia, ktorí veria, že nezmrzne. Toto tvrdenie nie je úplne pravdivé. Slaná voda tiež zvykne mrznúť, ale jej bod mrazu je hlboko pod nulou. Vysvetlenie spočíva v molekulárnom zložení vody.

Soľ, alebo skôr jej malé kryštály, neumožňujú zlúčenie molekúl vody. Zmrazenie slanej vody závisí od koncentrácie soli, ktorú obsahuje. Čím viac soli je vo vode, tým nižší je bod mrazu. Prečo sú antarktický ľad a ľadovce zásobami sladkej vody? Podľa vedcov ide o fragmenty kontinentu, ktorý sa odlomil pred miliónmi rokov. Ich vzdelaniu nepomohlo miesto, kde sú.

Morská voda zamŕza aj pri veľmi nízkych teplotách. Ľadové kryštály vytvorené na povrchu vody vytláčajú soľné kryštály, takže čím hlbšie je soľanka bohatšia. Ak vezmete ľad z vodnej hladiny mora a roztopíte ho, potom bude roztopená voda takmer svieža.

Zamrzí voda Zjavenia Pána

Voda Zjavenia Pána sa nazýva „svätá“. Existuje názor, že v noci Zjavenia Pána a v nasledujúcich troch dňoch sa voda vo všetkých nádržiach stane „svätou“ s magickými liečivými vlastnosťami. Naozaj sa dá dlho skladovať bez zmeny chuti, ale zamrzne. O tom sa dá presvedčiť ktokoľvek. Vložte do mrazu 2 fľaše naplnené čistou vodou a naplnené v noci Zjavenia Pána. Voda zamrzne rovnako v oboch fľašiach.

Zamrzne voda v studni

Ľudia dávajú prednosť pitiu vody zo studne, pretože ju považujú za užitočnejšiu a vhodnejšiu pre telo. Zamŕza v zime v studni voda? Odpoveď na túto otázku je zrejmá. Ak je studňa dostatočne hlboká, hladina vody nestúpa nad bod mrazu zeme, aby voda v studni nezamrzla. Ak je studňa plytká, môže byť horná vrstva vody pokrytá ľadovou kôrou alebo výraznou vrstvou ľadu.

Voda je úžasná látka, ktorá vďaka svojmu chemickému zloženiu môže prechádzať z jedného stavu do druhého. Bod mrazu vody je iný. Voda je pravdepodobne jedinou látkou, ktorá môže expandovať pri nízkych teplotách.

Zmrazená voda

Každý vie o význame a výhodách vody pre život. Ukazuje sa, že voda rozmrazená po zmrazení má liečivé vlastnosti na ľudský organizmus. Po zmrazení a rozmrazení zmení svoju štruktúru. Mnoho ľudí pripisuje dlhovekosti horalov, že používali roztopenú vodu z prameňov tečúcich v horách.

„Najjednoduchšia stabilná zlúčenina vodíka s kyslíkom“ - túto definíciu vody uvádza Stručná encyklopédia chémie. Ale ak sa pozriete, táto tekutina nie je taká jednoduchá. Má veľa mimoriadnych, úžasných a veľmi zvláštnych vlastností. Ukrajinský výskumník v oblasti aqua nám povedal o jedinečných schopnostiach vody Stanislav Suprunenko.

Vysoká tepelná kapacita

Voda sa ohrieva päťkrát pomalšie ako piesok a desaťkrát pomalšie ako železo. Na ohriatie litra vody o jeden stupeň bude trvať 3 300-krát viac tepla ako na ohriatie litra vzduchu. Absorpciou obrovského množstva tepla sa samotná látka výrazne nezohrieva. Ale keď sa ochladí, vydáva toľko tepla, koľko bolo potrebné pri zahrievaní. Táto schopnosť akumulovať a uvoľňovať teplo vám umožňuje vyhladiť prudké teplotné výkyvy na zemskom povrchu. Ale to nie je všetko! Tepelná kapacita vody klesá, keď teplota stúpne z 0 na 370 ° C, to znamená, že v tomto rámci je ľahké ju ohriať, nie je potrebné veľa tepla a času. Ale po teplotnom limite 37 ° C sa jeho tepelná kapacita zvyšuje, čo znamená, že na jeho ohriatie bude potrebné vyvinúť väčšie úsilie. Zistilo sa, že voda má minimálnu tepelnú kapacitu pri teplote 36, 790 ° C, čo je normálna teplota ľudského tela! Takže práve táto kvalita vody zaisťuje stabilitu teploty ľudského tela.

Vysoké povrchové napätie vody

Povrchové napätie je sila príťažlivosti, adhézie medzi molekulami. Vizuálne to možno pozorovať v šálke naplnenej čajom. Ak budete pomaly pridávať do jeho vody, nebude okamžite pretekať. Pozrime sa bližšie: nad povrchom kvapaliny je vidieť tenký film - neumožňuje vyliatie kvapaliny. Pri dolievaní napučiava a stále sa to stane iba s „poslednou kvapkou“.
Všetky kvapaliny majú povrchové napätie, ale všetky sú odlišné. Voda má jedno z najvyšších povrchových napätí. Viac - iba ortuť, a preto sa pri rozliatí okamžite zmení na guľôčky: molekuly látky sú navzájom pevne „spojené“. Ale v alkohole, éteri a kyseline octovej je povrchové napätie oveľa nižšie. Ich molekuly sa navzájom menej priťahujú, a preto sa rýchlejšie odparujú a šíria svoj zápach.

Vysoké latentné odparovacie teplo

Foto Shutterstock

Na prevarenie vody je potrebné päť a polkrát viac tepla ako jej varenie. Keby nebolo tejto vlastnosti vody - pomaly sa odparovať -, mnoho jazier a riek by v horúcom lete jednoducho vyschlo.
Globálne sa z hydrosféry odparí milión ton vody každú minútu. Vďaka tomu sa do atmosféry dostáva kolosálne množstvo tepla, čo zodpovedá prevádzke 40 tisíc elektrární s kapacitou každá 1 miliarda kW.

Expanzia

Pri poklese teploty sa všetky látky stlačia. Všetko, iba nie voda. Kým teplota neklesne pod 40 ° C, voda sa správa veľmi obvyklým spôsobom - trochu zhustne, zmenší svoj objem. Ale po 3, 980 ° C, začína rozširovať svoje správanie, presnejšie, napriek poklesu teploty! Proces prebieha bez problémov až do teploty 00 ° C, kým voda nezamrzne. Len čo sa vytvorí ľad, objem už tuhej vody prudko stúpne o 10%.

Mpemba efekt (Mpemba paradox) je paradox, ktorý uvádza, že horúca voda za určitých podmienok zmrzne rýchlejšie ako studená voda, aj keď musí počas procesu mrazenia prekonať teplotu studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý je v rozpore s obvyklými konceptmi, podľa ktorých za rovnakých podmienok ochladenie zohriateho tela na určitú teplotu trvá dlhšie ako menej zahrievanému telesu.

Tento jav si v tom čase všimli Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale až v roku 1963 tanzanský školák Erasto Mpemba zistil, že horúca zmrzlinová zmes zmrzne rýchlejšie ako studená.

Ako študent strednej školy Magamba v Tanzánii Erasto Mpemba vykonával praktické kuchárske práce. Potreboval pripraviť domácu zmrzlinu - varte mlieko, rozpustite v ňom cukor, ochlaďte ho na izbovú teplotu a potom vložte do chladničky, aby zamrzol. Mpemba zjavne nebol nijako zvlášť usilovný študent a s dokončením prvej časti úlohy sa oneskoril. V obave, že do konca hodiny nestihne prísť, dal horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho druhov, pripravené podľa danej technológie.

Potom spoločnosť Mpemba experimentovala nielen s mliekom, ale aj s obyčajnou vodou. V každom prípade, už keď bol študentom strednej školy v Mkvave, požiadal profesora Dennisa Osborna z University College v Dar es Salaam (vyzvaného riaditeľom, aby študentom predniesol prednášku z fyziky), konkrétne o vode: „Ak vezmeme dva rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody takže v jednom z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhom - 100 ° C a dá ich do mrazničky, potom v druhom voda zamrzne rýchlejšie. Prečo? “ Osborne sa začal zaujímať o túto problematiku a čoskoro v roku 1969 on a Mpemba publikovali výsledky svojich experimentov v časopise „Physics Education“. Odvtedy sa volá efekt, ktorý objavili mpemba efekt.

Doteraz nikto nevie, ako presne si tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú k dispozícii ani jednu verziu, aj keď ich je veľa. Všetko je to o rozdiele vo vlastnostiach horúcej a studenej vody, zatiaľ však nie je jasné, ktoré vlastnosti v tomto prípade zohrávajú úlohu: rozdiel v podchladení, odparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo v účinku skvapalnených plynov na vodu pri rôznych teplotách.

Paradoxom Mpembovho efektu je, že doba, počas ktorej sa telo ochladí na teplotu okolia, by mala byť úmerná rozdielu teplôt medzi týmto telom a prostredím. Tento zákon ustanovil Newton a odvtedy sa v praxi mnohokrát potvrdil. V tomto zmysle sa voda s teplotou 100 ° C ochladí na teplotu 0 ° C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35 ° C.

To však ešte nenaznačuje paradox, pretože efekt Mpemba možno vysvetliť v rámci dobre známej fyziky. Tu je niekoľko vysvetlení efektu Mpemba:

Odparovanie

Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zamŕza. Voda ohriata na 100 ° C stratí 16% svojej hmotnosti ochladením na 0 ° C.

Efekt odparovania - dvojitý účinok. Najskôr sa zníži množstvo vody potrebnej na chladenie. A po druhé, teplota klesá v dôsledku skutočnosti, že klesá odparovacie teplo prechodu z vodnej fázy do parnej fázy.

Teplotný rozdiel

Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi horúcou vodou a studeným vzduchom je väčší - preto je v tomto prípade výmena tepla intenzívnejšia a horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie.

Podchladenie

Keď sa voda ochladí na menej ako 0 ° C, nemusí vždy zmrznúť. Za určitých podmienok môže prejsť podchladením a pri teplotách pod bodom mrazu naďalej zostáva tekutý. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri teplote -20 ° C.

Dôvodom tohto efektu je, že aby sa mohli začať formovať prvé ľadové kryštály, sú potrebné centrá formovania kryštálov. Ak nie sú prítomné v tekutej vode, potom bude hypotermia pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, že sa začnú spontánne vytvárať kryštály. Keď sa začnú formovať v podchladenej tekutine, začnú rásť rýchlejšie a vytvoria ľadovú kašu, ktorá zmrazením vytvorí ľad.

Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievaním sa odstránia rozpustené plyny a bubliny, ktoré môžu slúžiť ako centrá pre tvorbu ľadových kryštálov.

Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, dôjde k nasledujúcemu. V takom prípade sa na povrchu nádoby vytvorí tenká vrstva ľadu. Táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolátor medzi vodou a studeným vzduchom a zabráni ďalšiemu odparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade nižšia. V prípade podchladenia horúcej vody nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Otvoreným vrchom preto oveľa rýchlejšie stráca teplo.

Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu.

Mnoho vedcov zaoberajúcich sa týmto účinkom považuje hypotermiu za hlavný faktor v prípade účinku Mpemba.

Konvekcia

Studená voda začne zmrznúť zhora, čím sa zhoršia procesy tepelného žiarenia a konvekcie, a tým aj strata tepla, zatiaľ čo horúca voda začne zmrznúť zdola.

Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou hustoty vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4 ° C. Ak ochladíte vodu na 4 ° C a nastavíte ju na nižšiu teplotu, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože táto voda je pri 4 ° C menej hustá ako voda, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody krátkodobo vytvorí tenká vrstva ľadu, ktorá však bude slúžiť ako izolátor chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4 C. Preto bude ďalší proces ochladzovania pomalší.

V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku odparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Okrem toho sú vrstvy studenej vody hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne nadol a zvýši vrstvu teplej vody na povrch. Táto cirkulácia vody zaisťuje rýchly pokles teploty.

Prečo ale tento proces nedosahuje rovnovážny bod? Na vysvetlenie efektu Mpemba z tohto hľadiska konvekcie je potrebné vychádzať z toho, že sú oddelené studené a horúce vrstvy vody a samotný proces konvekcie pokračuje potom, čo priemerná teplota vody klesne pod 4 ° C.

Neexistujú však experimentálne údaje, ktoré by podporovali túto hypotézu, že studená a horúca vrstva vody sú oddelené konvekciou.

Plyny rozpustené vo vode

Voda vždy obsahuje v nej rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri zahrievaní vody sa tieto plyny z vody uvoľňujú, pretože ich rozpustnosť vo vode pri vysokých teplotách je nižšia. Preto je pri ochladení horúcej vody v nej vždy menej rozpustených plynov ako v nevykurovanej studenej vode. Preto je bod mrazu ohriatej vody vyšší a rýchlejšie mrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní účinku Mpemba, hoci neexistujú experimentálne údaje, ktoré by túto skutočnosť potvrdzovali.

Tepelná vodivosť

Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, ak je voda umiestnená v mrazničke v chladiacom priestore v malých nádobách. Za týchto podmienok sa pozorovalo, že nádoba s horúcou vodou topí pod ňou ľad mrazničky, čím sa zlepšuje tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby s horúcou vodou odvádza rýchlejšie ako zo studenej vody. Nádoba so studenou vodou zase pod ňou neroztopí sneh.

Všetky tieto (ale aj ďalšie) podmienky boli študované v mnohých experimentoch, avšak jednoznačná odpoveď na otázku - ktoré z nich poskytujú stopercentnú reprodukciu Mpembovho efektu - sa nepodarilo získať.

Napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach študoval vplyv podchladenia vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosahuje podchladený stav, zamŕza pri vyššej teplote ako studená voda, čo znamená rýchlejšie ako druhá. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím vyrovná predchádzajúce oneskorenie.

Auerbachove výsledky navyše odporovali skôr získaným údajom, že horúca voda môže vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier dosiahnuť väčšie podchladenie. Pri zahriatí vody sa z nej odstránia plyny rozpustené a pri varení sa vyzráža časť solí rozpustených v nej.

Doteraz možno tvrdiť iba jednu vec - reprodukcia tohto efektu v podstate závisí od podmienok, v ktorých sa experiment vykonáva. Práve preto, že sa nie vždy reprodukuje.

O. V. Mosin

Literárnezdroje:

„Teplá voda zmrzne rýchlejšie ako studená voda. Prečo to robí?“, Jearl Walker v časopise The Amateur Scientist, Scientific American, roč. 237, č. 3, str. 246-257; September 1977.

„Zmrazovanie teplej a studenej vody“, G.S. Kell v American Journal of Physics, zv. 37, č. 5, str. 564-565; Máj 1969.

„Superchladenie a efekt Mpemba“, David Auerbach, v American Journal of Physics, roč. 63, č. 10, str. 882-885; Októbra 1995.

„Efekt Mpemba: Časy mrazu teplej a studenej vody“, Charles A. Knight, v American Journal of Physics, roč. 64, č. 5, s. 524; Máj 1996.