Vand er en af ​​de mest fantastiske væsker i verden, som har usædvanlige egenskaber. For eksempel har is - en fast tilstand af væske, en vægtfylde, der er lavere end vandet selv, hvilket på mange måder muliggjorde fremkomsten og udviklingen af ​​liv på Jorden. Derudover er der i den nærmest videnskabelige, og faktisk den videnskabelige verden, diskussioner om, hvilket vand der fryser hurtigere - varmt eller koldt. Den, der beviser hurtigere frysning af en varm væske under visse betingelser og videnskabeligt underbygger sin beslutning, vil modtage en pris på £1.000 fra British Royal Society of Chemists.

Baggrund

Det faktum, at varmt vand under en række forhold er forud for koldt vand med hensyn til frysehastighed, blev bemærket tilbage i middelalderen. Francis Bacon og René Descartes har lagt mange kræfter i at forklare dette fænomen. Men fra klassisk varmetekniks synspunkt kan dette paradoks ikke forklares, og de forsøgte at blunde tysslen op. Drivkraften til at fortsætte striden var en noget mærkelig historie, der skete med den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) i 1963. Engang, under en dessertlavningslektion på en kogeskole, havde en dreng, distraheret af andre ting, ikke tid til at afkøle isblandingen i tide og lægge en opløsning af sukker i varm mælk i fryseren. Til hans overraskelse afkølede produktet noget hurtigere end hans medpraktiserende læger, der observerede temperaturregimet for fremstilling af is.

I et forsøg på at forstå essensen af ​​fænomenet henvendte drengen sig til en fysiklærer, som uden at gå i detaljer latterliggjorde sine kulinariske eksperimenter. Erasto var imidlertid kendetegnet ved misundelsesværdig udholdenhed og fortsatte sine eksperimenter ikke længere på mælk, men på vand. Han sørgede for, at varmt vand i nogle tilfælde fryser hurtigere end koldt vand.

Erasto Mpembe kom ind på universitetet i Dar es Salaam og deltog i et foredrag af professor Dennis G. Osborne. Efter eksamen forundrede den studerende videnskabsmanden med problemet med hastigheden af ​​frysning af vand afhængigt af dets temperatur. D.G. Osborne latterliggjorde selve spørgsmålet og udtalte med aplomb, at enhver taber ved, at koldt vand vil fryse hurtigere. Den unge mands naturlige ihærdighed gjorde sig dog gældende. Han lavede et væddemål med professoren og tilbød at udføre en eksperimentel test her i laboratoriet. Erasto anbragte to beholdere med vand i fryseren, en ved 95°F (35°C) og den anden ved 212°F (100°C). Hvad var professorens og de omkringliggende "fans" overraskelse, da vandet i den anden beholder frøs hurtigere. Siden da er dette fænomen blevet kaldt "Mpemba-paradokset".

Men til dato er der ingen sammenhængende teoretisk hypotese, der forklarer "Mpemba-paradokset". Det er ikke klart, hvilke eksterne faktorer, den kemiske sammensætning af vand, tilstedeværelsen af ​​opløste gasser og mineraler i det, der påvirker hastigheden af ​​frysning af væsker ved forskellige temperaturer. Paradokset ved "Mpemba-effekten" er, at den er i modstrid med en af ​​lovene opdaget af I. Newton, som siger, at afkølingstiden for vand er direkte proportional med temperaturforskellen mellem væsken og miljøet. Og hvis alle andre væsker er fuldstændig underlagt denne lov, så er vand i nogle tilfælde en undtagelse.

Hvorfor fryser varmt vand hurtigere?T

Der er flere versioner af, hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. De vigtigste er:

• varmt vand fordamper hurtigere, mens dets volumen falder, og et mindre volumen væske afkøles hurtigere - når vandet afkøles fra + 100 ° C til 0 ° C, når volumentab ved atmosfærisk tryk 15%;
• intensiteten af ​​varmeudveksling mellem væsken og miljøet er jo højere, jo større temperaturforskellen er, så varmetabet af kogende vand passerer hurtigere;
• når varmt vand afkøles, dannes en isskorpe på dens overflade, som forhindrer væsken i at fryse og fordampe fuldstændigt;
• ved en høj temperatur af vand forekommer dets konvektionsblanding, hvilket reducerer frysetiden;
• gasser opløst i vand sænker frysepunktet og tager energi til krystaldannelse - der er ingen opløste gasser i varmt vand.

Alle disse betingelser er blevet udsat for gentagen eksperimentel verifikation. Især den tyske videnskabsmand David Auerbach opdagede, at krystallisationstemperaturen for varmt vand er lidt højere end for koldt vand, hvilket gør det muligt at fryse førstnævnte hurtigere. Men senere blev hans eksperimenter kritiseret, og mange videnskabsmænd er overbevist om, at "Mpemba-effekten", som vand fryser hurtigere - varmt eller koldt, kun kan reproduceres under visse forhold, som ingen har ledt efter og konkretiseret hidtil.

Hej, kære elskere af interessante fakta. I dag vil vi tale om. Men jeg synes, at spørgsmålet i titlen kan virke ganske absurd - men er det altid nødvendigt at stole fuldstændigt på den notoriske "sunde fornuft", og ikke strengt fastsatte testerfaringer. Lad os prøve at finde ud af, hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand?

Historik reference

At i spørgsmålet om frysning af koldt og varmt vand "ikke alt er rent" blev nævnt i Aristoteles' værker, så blev lignende noter lavet af F. Bacon, R. Descartes og J. Black. I nyere historie er navnet "Mpemba-paradoks" blevet knyttet til denne effekt - efter navnet på en skoledreng fra Tanganyika, Erasto Mpemba, som stillede det samme spørgsmål til en gæsteprofessor i fysik.

Drengens spørgsmål opstod ikke fra bunden, men fra rent personlige observationer af processen med afkøling af isblandinger i køkkenet. De klassekammerater, der var tilstede der, sammen med skolelæreren, grinede selvfølgelig af Mpemba - dog efter et eksperimentelt tjek af professor D. Osborne personligt "fordampede" lysten til at gøre grin med Erasto fra dem. Desuden offentliggjorde Mpemba sammen med professoren en detaljeret beskrivelse af denne effekt i 1969 i Physics Education - og siden da er ovenstående navn blevet fastlagt i den videnskabelige litteratur.

Hvad er essensen af ​​fænomenet?

Eksperimentets opsætning er ret simpel: alt andet lige testes identiske tyndvæggede kar, hvori der er strengt taget lige store mængder vand, kun afvigende i temperatur. Karrene læsses i køleskabet, hvorefter tiden registreres før dannelsen af ​​is i hver af dem. Det paradoksale er, at i et kar med en i starten varmere væske, sker dette hurtigere.

Hvordan forklarer moderne fysik dette?

Paradokset har ingen universel forklaring, da flere parallelle processer forløber sammen, hvis bidrag kan afvige fra specifikke startbetingelser - men med et ensartet resultat:

• en væskes evne til at superkøle - i starten er koldt vand mere udsat for hypotermi, dvs. forbliver flydende, når dens temperatur allerede er under frysepunktet
• accelereret afkøling - damp fra varmt vand omdannes til ismikrokrystaller, som, når de falder tilbage, accelererer processen og fungerer som en ekstra "ekstern varmeveksler"
• isolationseffekt - i modsætning til varmt vand fryser koldt vand ovenfra, hvilket fører til et fald i varmeoverførsel ved konvektion og stråling

Der er en række andre forklaringer (sidste gang konkurrencen om den bedste hypotese blev afholdt af British Royal Society of Chemistry for nylig, i 2012) - men der er stadig ingen entydig teori for alle tilfælde af kombinationer af inputbetingelser ...

Dette er sandt, selvom det lyder utroligt, for i frysningsprocessen skal forvarmet vand passere koldt vands temperatur. I mellemtiden er denne effekt meget brugt, for eksempel er skøjtebaner og rutsjebaner fyldt med varmt vand i stedet for koldt vand om vinteren. Eksperter råder bilister til at hælde koldt i stedet for varmt vand i vaskereservoiret om vinteren. Paradokset er kendt verden over som "Mpemba-effekten".

Dette fænomen blev nævnt på et tidspunkt af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes, men først i 1963 var fysikprofessorer opmærksomme på det og forsøgte at undersøge det. Det hele startede, da den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba bemærkede, at den sødede mælk, han brugte til at lave is, størknede hurtigere, hvis den blev forvarmet, og foreslog, at varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Han henvendte sig til fysiklæreren for at få afklaring, men han lo kun af eleven og sagde følgende: "Dette er ikke verdensfysik, men Mpembas fysik."

Heldigvis besøgte Dennis Osborn, professor i fysik fra University of Dar es Salaam, skolen en dag. Og Mpemba henvendte sig til ham med det samme spørgsmål. Professoren var mindre skeptisk, sagde, at han ikke kunne bedømme, hvad han aldrig havde set, og da han vendte hjem bad personalet om at udføre passende eksperimenter. Det ser ud til, at de bekræftede drengens ord. Under alle omstændigheder talte Osborne i 1969 om arbejdet med Mpemba i magasinet "Eng. FysikUddannelse". Samme år publicerede George Kell fra Canadian National Research Council en artikel, der beskrev fænomenet på engelsk. amerikanskTidsskriftafFysik».

Der er flere mulige forklaringer på dette paradoks:

• Varmt vand fordamper hurtigere og reducerer derved dets volumen, og en mindre mængde vand med samme temperatur fryser hurtigere. I lufttætte beholdere skal koldt vand fryse hurtigere.
• Tilstedeværelsen af ​​sneforing. Varmtvandsbeholderen smelter sneen nedenunder og forbedrer derved den termiske kontakt med køleoverfladen. Koldt vand smelter ikke sne under det. Uden sneforing burde koldtvandsbeholderen fryse hurtigere.
• Koldt vand begynder at fryse fra oven og forværrer derved processerne med varmestråling og konvektion og dermed varmetabet, mens varmt vand begynder at fryse nedefra. Med yderligere mekanisk omrøring af vandet i beholderne skulle det kolde vand fryse hurtigere.
• Tilstedeværelsen af ​​krystallisationscentre i det afkølede vand - stoffer opløst i det. Med et lille antal af sådanne centre i koldt vand er omdannelsen af ​​vand til is vanskelig, og selv dets superafkøling er mulig, når det forbliver i en flydende tilstand med en temperatur under nul.

En anden forklaring er for nylig blevet offentliggjort. Dr. Jonathan Katz fra University of Washington undersøgte dette fænomen og konkluderede, at stoffer opløst i vand spiller en vigtig rolle og udfældes, når de opvarmes.
Med opløste stoffer mener Dr. Katz de calcium- og magnesiumbicarbonater, der findes i hårdt vand. Når vandet varmes op, udfældes disse stoffer, vandet bliver "blødt". Vand, der aldrig er blevet opvarmet, indeholder disse urenheder og er "hårdt". Når det fryser, og der dannes iskrystaller, stiger koncentrationen af ​​urenheder i vand 50 gange. Dette sænker frysepunktet for vand.

Denne forklaring virker ikke overbevisende for mig, fordi. vi må ikke glemme, at effekten blev fundet i forsøg med is, og ikke med hårdt vand. Mest sandsynligt er årsagerne til fænomenet termofysiske og ikke kemiske.

Indtil videre er der ikke modtaget nogen entydig forklaring på Mpemba-paradokset. Jeg må sige, at nogle videnskabsmænd ikke anser dette paradoks for at være opmærksomhed. Det er dog meget interessant, at en simpel skoledreng har opnået anerkendelse af den fysiske effekt og vundet popularitet på grund af sin nysgerrighed og udholdenhed.

Tilføjet februar 2014

Notatet er skrevet i 2011. Siden er der dukket nye undersøgelser af Mpemba-effekten og nye forsøg på at forklare den op. Så i 2012 annoncerede Royal Society of Chemistry of Great Britain en international konkurrence for at opklare det videnskabelige mysterium "The Mpemba Effect" med en præmiefond på 1000 pund. Fristen blev fastsat til den 30. juli 2012. Vinderen blev Nikola Bregovik fra laboratoriet ved Zagrebs universitet. Han udgav sit arbejde, hvori han analyserede tidligere forsøg på at forklare dette fænomen og kom til den konklusion, at de ikke var overbevisende. Den model, han foreslog, er baseret på vands grundlæggende egenskaber. Interesserede kan finde et job på http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Forskningen sluttede ikke der. I 2013 beviste fysikere fra Singapore teoretisk årsagen til Mepemba-effekten. Værket kan findes på http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Relaterede artikler på webstedet:

Andre artikler i sektionen

Kommentarer:

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Hvorfor fordamper varmt vand hurtigere? Forskere har praktisk talt bevist, at et glas varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Forskere kan ikke forklare dette fænomen af ​​den grund, at de ikke forstår essensen af ​​fænomener: varme og kulde! Varme og kulde er fysiske fornemmelser forårsaget af samspillet mellem partikler af stof i form af modkomprimering af magnetiske bølger, der bevæger sig fra siden af ​​rummet og fra jordens centrum. Derfor, jo større potentialeforskellen af ​​denne magnetiske spænding er, jo hurtigere udføres energiudvekslingen ved metoden med mod-penetrering af en bølge ind i en anden. Altså ved diffusion! Som svar på min artikel skriver en modstander: 1) “..Varmt vand fordamper HURTIGERE, som følge af hvilket der er mindre af det, så det fryser hurtigere” Spørgsmål! Hvilken energi får vand til at fordampe hurtigere? 2) I min artikel taler vi om et glas, og ikke om et trætrug, som modstanderen anfører som et modargument. Hvad er ikke korrekt! Jeg besvarer spørgsmålet: "AF HVILKEN GRUND FORdamper VAND I NATUREN?" Magnetiske bølger, som altid bevæger sig fra jordens centrum ud i rummet og overvinder modtrykket fra magnetiske kompressionsbølger (som altid bevæger sig fra rummet til jordens centrum), sprøjter på samme tid vandpartikler, siden de bevæger sig ud i rummet , øges de i volumen. Det vil sige udvid! I tilfælde af at de magnetiske kompressionsbølger overvindes, bliver disse vanddampe komprimeret (kondenseret), og under påvirkning af disse magnetiske kompressionskræfter vender vandet tilbage til jorden i form af nedbør! Med venlig hilsen! Alexey Mishnev. 6. oktober 2012.

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Hvad er temperatur. Temperatur er graden af ​​elektromagnetisk stress af magnetiske bølger med energien fra kompression og ekspansion. I tilfælde af en ligevægtstilstand for disse energier er temperaturen af ​​kroppen eller stoffet i en stabil tilstand. Hvis ligevægtstilstanden af ​​disse energier forstyrres, mod ekspansionsenergien, øges kroppen eller stoffet i rummets rumfang. I tilfælde af at energien af ​​magnetiske bølger overskrides i kompressionsretningen, falder kroppen eller stoffet i rummets rumfang. Graden af ​​elektromagnetisk stress bestemmes af graden af ​​ekspansion eller sammentrækning af referencelegemet. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, du taler om en artikel, der beskriver dine tanker om begrebet temperatur. Men ingen læste det. Giv mig venligst et link. Generelt er dine syn på fysik meget ejendommelige. Jeg har aldrig hørt om "elektromagnetisk udvidelse af referencelegemet".

Yuri Kuznetsov , 04.12.2012 12:32

Der foreslås en hypotese om, at dette er arbejdet med intermolekylær resonans og den ponderomotive tiltrækning mellem molekyler genereret af det. I koldt vand bevæger molekyler sig og vibrerer tilfældigt med forskellige frekvenser. Når vand opvarmes, med en stigning i oscillationsfrekvensen, indsnævres deres rækkevidde (frekvensforskellen fra flydende varmt vand til fordampningspunktet falder), molekylernes oscillationsfrekvenser nærmer sig hinanden, som et resultat af, at der opstår en resonans mellem molekylerne. Ved afkøling er denne resonans delvist bevaret, den dør ikke ud med det samme. Prøv at trykke på en af ​​de to guitarstrenge, der er i resonans. Slip nu - strengen vil begynde at vibrere igen, resonansen vil genoprette sine vibrationer. Så i frosset vand forsøger de ydre afkølede molekyler at miste amplituden og frekvensen af ​​vibrationer, men de "varme" molekyler inde i karret "trækker" vibrationerne tilbage, fungerer som vibratorer, og de ydre fungerer som resonatorer. Det er mellem vibratorerne og resonatorerne, at den ponderomotive tiltrækning* opstår. Når den ponderomotive kraft bliver større end kraften forårsaget af molekylernes kinetiske energi (som ikke kun vibrerer, men også bevæger sig lineært), sker der en accelereret krystallisation - "Mpemba-effekten". Den ponderomotive forbindelse er meget ustabil, Mpemba-effekten afhænger stærkt af alle medfølgende faktorer: mængden af ​​vand, der skal fryses, arten af ​​dets opvarmning, fryseforhold, temperatur, konvektion, varmevekslingsforhold, gasmætning, vibration af køleenheden , ventilation, urenheder, fordampning osv. Måske endda fra belysning... Derfor har effekten mange forklaringer og er nogle gange svær at gengive. Af samme "resonans" grund koger kogt vand hurtigere end ukogt vand - resonans i nogen tid efter kogning bevarer intensiteten af ​​vibrationer af vandmolekyler (energitab under afkøling skyldes hovedsageligt tabet af kinetisk energi af molekylernes lineære bevægelser ). Ved intens opvarmning skifter vibratormolekyler roller med resonatormolekyler i sammenligning med frysning - vibratorernes frekvens er mindre end resonatorernes frekvens, hvilket betyder, at der ikke er tiltrækning mellem molekylerne, men frastødning, som accelererer overgangen til en anden. aggregeringstilstand (par).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Brækkede min hjerne...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Er denne tankevækkende attraktion virkelig så stor, at den påvirker varmeoverførselsprocessen? 2. Betyder det, at når alle legemer opvarmes til en bestemt temperatur, kommer deres strukturelle partikler i resonans? 3. Hvorfor forsvinder denne resonans ved afkøling? 4. Er dette dit gæt? Hvis der er en kilde, så angiv venligst. 5. Ifølge denne teori vil karrets form spille en vigtig rolle, og hvis det er tyndt og fladt, så vil forskellen i frysetiden ikke være stor, dvs. du kan tjekke det.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Koldt vand har allerede nitrogenatomer, og afstandene mellem vandmolekyler er tættere end i varmt vand. Det vil sige konklusionen: Varmt vand optager nitrogenatomer hurtigere og samtidig fryser det hurtigt end koldt vand - det kan sammenlignes med hærdning af jern, da varmt vand bliver til is og varmt jern hærder ved hurtig afkøling!

Vladimir , 13/03/2013 06:50

eller måske dette: tætheden af ​​varmt vand og is er mindre end tætheden af ​​koldt vand, og derfor behøver vand ikke at ændre dens massefylde, taber noget tid på dette, og det fryser.

Alexey Mishnev, 21/03/2013 11:50

Før man taler om partiklers resonans, tiltrækning og vibrationer, er det nødvendigt at forstå og besvare spørgsmålet: Hvilke kræfter får partikler til at vibrere? Da der uden kinetisk energi ikke kan være nogen kompression. Uden komprimering kan der ikke være nogen ekspansion. Uden ekspansion kan der ikke være nogen kinetisk energi! Når du begynder at tale om resonansen af ​​strenge, gjorde du først en indsats for at få en af ​​disse strenge til at begynde at vibrere! Når man taler om tiltrækning, skal man først og fremmest angive den kraft, der får disse kroppe til at tiltrække! Jeg bekræfter, at alle legemer komprimeres af atmosfærens elektromagnetiske energi, og som komprimerer alle legemer, stoffer og elementarpartikler med en kraft på 1,33 kg. ikke pr. cm2, men pr. elementarpartikel. Da atmosfærens tryk ikke kan være selektivt! Forveksle det ikke med mængden af ​​kraft!

Dodik, 31/05/2013 02:59

Det forekommer mig, at du har glemt én sandhed - "Videnskaben begynder, hvor målinger begynder." Hvad er temperaturen på det "varme" vand? Hvad er temperaturen på "koldt" vand? Artiklen siger ikke et ord om det. Ud fra dette kan vi konkludere - hele artiklen er bullshit!

Grigory, 06/04/2013 12:17

Dodik, før man kalder en artikel for nonsens, skal man tænke sig om for at lære, i hvert fald lidt. Og ikke kun måle.

Dmitry, 24/12/2013 10:57

Varmtvandsmolekyler bevæger sig hurtigere end i koldt vand, på grund af dette er der en tættere kontakt med miljøet, de ser ud til at absorbere alt det kolde, hvilket hurtigt bremser.

Ivan, 10.01.2014 05:53

Det er overraskende, at en så anonym artikel dukkede op på dette websted. Artiklen er fuldstændig uvidenskabelig. Både forfatteren og kommentatorerne, der kappes med hinanden, tager af sted på jagt efter en forklaring på fænomenet, uden at de bryder sig om at finde ud af, om fænomenet overhovedet er observeret og i givet fald under hvilke forhold. Desuden er der ikke engang enighed om, hvad vi faktisk observerer! Så forfatteren insisterer på behovet for at forklare virkningen af ​​hurtig nedfrysning af varm is, selvom det af hele teksten (og ordene "effekten blev opdaget i eksperimenter med is") følger, at han ikke selv har opstillet sådanne eksperimenter. Af de varianter af "forklaring" af fænomenet, der er anført i artiklen, kan det ses, at der beskrives helt forskellige forsøg, sat op under forskellige forhold med forskellige vandige opløsninger. Både essensen af ​​forklaringerne og den konjunktive stemning i dem tyder på, at selv en elementær verifikation af de udtrykte ideer ikke blev udført. Nogen hørte ved et uheld en nysgerrig historie og udtrykte tilfældigt sin spekulative konklusion. Undskyld, men dette er ikke en fysisk videnskabelig undersøgelse, men en samtale i et rygerum.

Ivan , 01/10/2014 06:10

Med hensyn til kommentarerne i artiklen om fyldning af rullerne med varmt vand og kolde vaskebeholdere. Alt er simpelt set fra elementær fysiks synspunkt. Skøjtebanen er fyldt med varmt vand, bare fordi den fryser langsommere. Skøjtebanen skal være plan og glat. Prøv at fylde den med koldt vand - du vil få stød og "tilstrømninger", pga. vand vil _hurtigt_ fryse uden at nå at sprede sig i et ensartet lag. Og den varme får tid til at sprede sig i et jævnt lag, og den vil smelte de eksisterende is- og snebuler. Med en vaskemaskine er det heller ikke svært: det nytter ikke at hælde rent vand i frost - det fryser på glas (selv varmt); og varm ikke-frysende væske kan føre til revner af koldt glas, plus det vil have et øget frysepunkt på glasset på grund af den accelererede fordampning af alkoholer på vej til glasset (kender alle stadig princippet om måneskin? - alkohol fordamper, vand bliver tilbage).

Ivan, 01/10/2014 06:34

Men faktisk fænomenet er det dumt at spørge, hvorfor to forskellige eksperimenter under forskellige forhold forløber forskelligt. Hvis eksperimentet er sat rent op, skal du tage varmt og koldt vand af samme kemiske sammensætning - vi tager forkølet kogende vand fra den samme kedel. Hæld i identiske beholdere (f.eks. tyndvæggede glas). Vi lægger ikke på sneen, men på den samme jævne, tørre base, for eksempel et træbord. Og ikke i en mikrofryser, men i en tilstrækkeligt voluminøs termostat - jeg udførte et eksperiment for et par år siden i landet, da der var stabilt frostvejr udenfor, omkring -25C. Vand krystalliserer ved en bestemt temperatur efter frigivelsen af ​​krystallisationsvarmen. Hypotesen koger ned til udsagnet om, at varmt vand afkøles hurtigere (dette er sandt, i overensstemmelse med klassisk fysik er varmeoverførselshastigheden proportional med temperaturforskellen), men opretholder en øget afkølingshastighed, selv når dets temperatur er lig med temperaturen af koldt vand. Spørgsmålet er, hvordan adskiller vand, der er afkølet til en temperatur på +20C udenfor, sig fra præcis det samme vand, der er afkølet til en temperatur på +20C en time før, men i et rum? Klassisk fysik (i øvrigt ikke baseret på snak i et rygerum, men på hundredtusinder og millioner af eksperimenter) siger: ja, intet, yderligere afkølingsdynamik vil være den samme (kun kogende vand vil nå +20-punktet senere ). Og eksperimentet viser det samme: Når der allerede er en fast isskorpe i et glas oprindeligt koldt vand, tænkte varmt vand ikke engang på at fryse. P.S. Til kommentarer fra Yuri Kuznetsov. Tilstedeværelsen af ​​en vis effekt kan anses for etableret, når betingelserne for dens forekomst er beskrevet, og den er stabilt reproduceret. Og når vi har uforståelige eksperimenter med ukendte forhold, er det for tidligt at opbygge teorier om deres forklaring, og det giver ikke noget ud fra et videnskabeligt synspunkt. P.P.S. Nå, det er umuligt at læse Alexei Mishnevs kommentarer uden tårer af følelser - en person lever i en slags fiktiv verden, der ikke har noget at gøre med fysik og rigtige eksperimenter.

Grigory, 13/01/2014 10:58

Ivan, jeg forstår, at du modbeviser Mpemba-effekten? Det eksisterer ikke, som dine eksperimenter viser? Hvorfor er det så berømt i fysik, og hvorfor forsøger mange at forklare det?

Ivan, 14/02/2014 01:51

God eftermiddag, Gregory! Effekten af ​​et urent iscenesat eksperiment eksisterer. Men som du forstår, er dette ikke en grund til at lede efter nye mønstre i fysik, men en grund til at forbedre eksperimentatorens færdigheder. Som jeg allerede har bemærket i kommentarerne, kan forskere i alle de nævnte forsøg på at forklare "Mpemba-effekten" ikke engang klart formulere, hvad og under hvilke forhold de måler. Og du vil sige, at det er eksperimentelle fysikere? Få mig ikke til at grine. Effekten er ikke kendt i fysikken, men i pseudo-videnskabelige diskussioner på forskellige fora og blogs, som havet nu er. Som en reel fysisk effekt (i betydningen som en konsekvens af nogle nye fysiske love, og ikke som en konsekvens af en forkert fortolkning eller blot en myte), opfatter folk, der er langt fra fysikken, det. Så der er ingen grund til at tale som en enkelt fysisk effekt om resultaterne af forskellige eksperimenter sat op under helt forskellige forhold.

Pavel, 18/02/2014 09:59

hmm, gutter... artikel til "Speed ​​​​Info"... No offense... ;) Ivan har ret i alt...

Gregory, 19/02/2014 12:50

Ivan, jeg er enig i, at der er en masse pseudo-videnskabelige websteder, der udgiver ubekræftet sensationelt materiale nu. Effekten af ​​Mpemba bliver jo stadig undersøgt. Desuden forsker forskere fra universiteter. For eksempel blev denne effekt i 2013 undersøgt af en gruppe fra University of Technology i Singapore. Se linket http://arxiv.org/abs/1310.6514. De mener at have fundet en forklaring på denne effekt. Jeg vil ikke skrive i detaljer om essensen af ​​opdagelsen, men efter deres mening er effekten forbundet med forskellen i energier lagret i brintbindinger.

Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04

Til alle interesserede i forskning om Mpemba-effekten har jeg suppleret lidt artiklens materiale og givet links, hvor du kan stifte bekendtskab med de seneste resultater (se tekst). Tak for kommentarerne.

Ildar, 24/02/2014 04:12 | det giver ingen mening at liste alt

Hvis denne Mpemba-effekt virkelig finder sted, så skal forklaringen søges, tror jeg, i vands molekylære struktur. Vand (som jeg lærte fra den populærvidenskabelige litteratur) eksisterer ikke som individuelle H2O-molekyler, men som klynger af flere molekyler (selv dusinvis). Med en stigning i vandtemperaturen øges molekylernes bevægelseshastighed, klyngerne bryder op mod hinanden og molekylernes valensbindinger når ikke at samle store klynger. Det tager lidt mere tid at danne klynger end at bremse molekylernes hastighed. Og da klyngerne er mindre, er dannelsen af ​​krystalgitteret hurtigere. I koldt vand forhindrer store, ret stabile klynger tilsyneladende dannelsen af ​​et gitter; det tager lidt tid at ødelægge dem. Jeg så selv på tv en mærkelig effekt, når koldt vand, der stod stille i en krukke, forblev flydende i flere timer i kulden. Men så snart krukken blev samlet op, det vil sige lidt flyttet fra sin plads, krystalliserede vandet i krukken straks, blev uigennemsigtig, og krukken sprængtes. Nå, præsten, der viste denne virkning, forklarede det med, at vandet var indviet. Forresten viser det sig, at vand i høj grad ændrer sin viskositet afhængigt af temperaturen. Vi, som store væsner, bemærker ikke dette, men på niveauet med små (mm og mindre) krebsdyr, og endnu mere bakterier, er vandets viskositet en meget væsentlig faktor. Denne viskositet, tror jeg, også er givet af størrelsen af ​​vandklyngerne.

GRÅ , 15/03/2014 05:30

alt omkring, hvad vi ser, er overfladiske karakteristika (egenskaber), så vi tager kun for energi, hvad vi kan måle eller bevise eksistens på nogen måde, ellers er det en blindgyde. Dette fænomen, Mpemba-effekten, kan kun forklares med en simpel volumetrisk teori, der vil forene alle fysiske modeller i en enkelt struktur af interaktion. faktisk er det enkelt

Nikita, 06/06/2014 04:27 | bil

men hvordan man får vandet til at forblive koldt og ikke være varmt, når man går i bilen!

alexey, 03.10.2014 01:09

Og her er endnu en "opdagelse", på farten. Vand i en plastikflaske fryser meget hurtigere med en åben prop. For sjovs skyld eksperimenterede jeg mange gange i hård frost. Effekten er åbenlys. Hej teoretikere!

Eugene, 27/12/2014 08:40

Princippet om en fordampningskøler. Vi tager to hermetisk lukkede flasker med koldt og varmt vand. Vi lægger den i kulden. Koldt vand fryser hurtigere. Nu tager vi de samme flasker med koldt og varmt vand, åbner det og sætter det i koldt. Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Hvis vi tager to bassiner med koldt og varmt vand, fryser varmt vand meget hurtigere. Det skyldes, at vi øger kontakten til atmosfæren. Jo mere intens fordampningen er, jo hurtigere falder temperaturen. Her er det nødvendigt at nævne fugtighedsfaktoren. Jo lavere luftfugtighed, jo stærkere fordampning og jo stærkere afkøling.

grå TOMSK, 03/01/2015 10:55

GRÅ, 15.03.2014 05:30 - fortsat Det du ved om temperatur er ikke alt. Der er noget andet. Hvis du korrekt komponerer en fysisk model af temperatur, vil det blive nøglen til at beskrive energiprocesser fra diffusion, smeltning og krystallisation til sådanne skalaer som en temperaturstigning med en stigning i tryk, en stigning i tryk med en stigning i temperatur. Selv den fysiske model af Solens energi vil blive tydelig ud fra ovenstående. Jeg er om vinteren. . i det tidlige forår 20013, efter at have set på temperaturmodellerne, kompilerede jeg en generel temperaturmodel. Efter et par måneder huskede jeg temperaturparadokset, og så indså jeg ... at min temperaturmodel også beskriver Mpemba-paradokset. Dette var i maj - juni 2013. Et år forsinket, men det er det bedste. Min fysiske model er en fryseramme, og den kan rulles både frem og tilbage, og den har aktivitetens motoriske færdigheder, selve den aktivitet, hvor alting bevæger sig. Jeg har 8 klasser i skolen og 2 år på college med en gentagelse af emnet. 20 år er gået. Så jeg kan ikke tilskrive nogen form for fysiske modeller af berømte videnskabsmænd, såvel som formler. Så ked af det.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Generelt har jeg en idé om, hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Og i mine forklaringer er alt meget enkelt, hvis du er interesseret, så skriv en e-mail til mig: [e-mailbeskyttet]

Andrey , 08.11.2015 08:58

Jeg beklager, jeg har givet den forkerte postkasse her er den korrekte e-mail: [e-mailbeskyttet]

Victor, 23/12/2015 10:37

Det forekommer mig, at alt er enklere, sne falder med os, det er fordampet gas, afkølet, så måske i frost afkøles det hurtigere varmt, fordi det fordamper og straks krystalliserer langt fra at stige, og vand i gasform afkøles hurtigere end i væske )

Bekzhan, 28/01/2016 09:18

Selv hvis nogen afslørede disse verdens love, der er forbundet med denne effekt, ville han ikke skrive her. Fra mit synspunkt ville det ikke være logisk at afsløre hans hemmeligheder til internetbrugere, når han kan publicere det i berømte videnskabelige tidsskrifter og bevis det selv foran folket. Så hvad der vil blive skrevet om denne effekt her, alt dette flertal er ikke logisk.)))

Alex, 22/02/2016 12:48

Hej Eksperimenter Du har ret i at sige, at Videnskaben begynder hvor ... ikke Målinger, men Beregninger. "Eksperiment" - et evigt og uundværligt argument for dem, der er berøvet fantasi og lineær tænkning Fornærmede alle, nu i tilfældet E \u003d mc2 - husker alle? Hastigheden af ​​molekyler, der flyver ud af koldt vand ind i atmosfæren, bestemmer mængden af ​​energi, de transporterer væk fra vandet (afkøling - energitab) Molekylernes hastighed fra varmt vand er meget højere, og den bortførte energi er i anden kvadrat (afkølingshastigheden på den resterende masse af vand) Det er alt, hvis du forlader "eksperimenter" og husker det grundlæggende i videnskaben

Vladimir , 25/04/2016 10:53 | Meteo

I de dage, hvor frostvæske var en sjældenhed, blev vandet fra bilernes kølesystem i en uopvarmet garage af en bilflåde drænet efter en arbejdsdag for ikke at afrime cylinderblokken eller radiatoren - nogle gange begge sammen. Varmt vand blev hældt om morgenen. I hård frost startede motorerne uden problemer. På en eller anden måde blev der hældt vand fra hanen på grund af manglen på varmt vand. Vandet frøs straks. Eksperimentet var dyrt – præcis lige så meget som det koster at købe og udskifte cylinderblok og køler på en ZIL-131 bil. Hvem tror ikke, lad ham tjekke. og Mpemba eksperimenterede med is. I is forløber krystallisation anderledes end i vand. Prøv at bide et stykke is og et stykke is af med tænderne. Mest sandsynligt frøs det ikke, men blev tykkere som følge af afkøling. Og ferskvand, uanset om det er varmt eller koldt, fryser ved 0*C. Koldt vand er hurtigt, men varmt vand har brug for tid til at køle af.

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | til Alex

"c" - lysets hastighed i vakuum E=mc^2 - formel, der udtrykker ækvivalensen mellem masse og energi

Albert, 27/07/2016 08:22

For det første en analogi med faste stoffer (der er ingen fordampningsproces). Nyligt loddede kobbervandrør. Processen foregår ved at opvarme gasbrænderen til loddemets smeltetemperatur. Opvarmningstiden for et led med koblingen er cirka et minut. Jeg loddede den ene samling med koblingen, og efter et par minutter indså jeg, at jeg loddede den forkert. Det tog lidt at rulle røret i koblingen. Jeg begyndte at opvarme fugen igen med en brænder, og overraskende nok tog det 3-4 minutter at opvarme fugen til smeltepunktet. Hvordan det!? Når alt kommer til alt, er røret stadig varmt, og det ser ud til, at der skal meget mindre energi til for at opvarme det til smeltepunktet, men alt viste sig at være det modsatte. Det handler om den termiske ledningsevne, som er meget højere for et allerede opvarmet rør, og grænsen mellem de opvarmede og kolde rør formåede at flytte sig langt fra krydset på to minutter. Nu om vand. Vi vil operere med begreberne varmt og halvopvarmet fartøj. I et varmt kar dannes der en smal temperaturgrænse mellem varme, meget mobile partikler og langsomt bevægende, kolde, som bevæger sig relativt hurtigt fra periferien til centrum, fordi hurtige partikler ved denne grænse hurtigt afgiver deres energi (køligt). ) af partikler på den anden side af grænsen. Da volumenet af de ydre kolde partikler er større, kan de hurtige partikler, der afgiver deres termiske energi, ikke opvarme de ydre kolde partikler væsentligt. Derfor sker processen med afkøling af varmt vand relativt hurtigt. Halvopvarmet vand har på den anden side en meget lavere varmeledningsevne, og bredden af ​​grænsen mellem halvopvarmede og kolde partikler er meget bredere. Forskydningen til midten af ​​en så bred grænse sker meget langsommere end i tilfælde af en varm beholder. Som følge heraf afkøles en varm beholder hurtigere end en varm. Jeg tror, ​​det er nødvendigt at følge dynamikken i køleprocessen af ​​vand af forskellige temperaturer ved at placere flere temperatursensorer fra midten til kanten af ​​fartøjet.

Max , 19/11/2016 05:07

Det er blevet bekræftet: I Yamal fryser et rør med varmt vand i frost, og det skal varmes op, men ikke koldt!

Artem, 09.12.2016 01:25

Det er svært, men jeg synes, at koldt vand er tættere end varmt vand, endda bedre end kogt vand, og så er der en acceleration i afkølingen, dvs. varmt vand når den kolde temperatur og overhaler den, og givet at varmt vand fryser fra bunden og ikke fra toppen som skrevet ovenfor, fremskynder dette processen meget!

Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52

Der er ingen sådan effekt. Ak. I 2016 blev en detaljeret artikel om emnet publiceret i Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Deraf er det klart, at hvis eksperimenterne udføres omhyggeligt (hvis prøverne af varmt og koldt vand er det samme i alt undtagen temperatur), effekten observeres ikke .

Headlab, 22/08/2017 05:31

Victor, 27/10/2017 03:52

"Det er det virkelig." - hvis skolen ikke forstod, hvad varmekapacitet og loven om energibevarelse er. Det er nemt at tjekke - til dette har du brug for: et ønske, et hoved, visere, vand, et køleskab og et vækkeur. Og skøjtebanerne, som eksperter skriver, er frosset (fyldt) med koldt vand, og med varmt vand jævner de den skårne is. Og om vinteren skal du hælde frostvæske i vaskebeholderen, ikke vand. Vand fryser alligevel, og koldt vand fryser hurtigere.

Irina, 23/01/2018 10:58

Forskere over hele verden har kæmpet med dette paradoks siden Aristoteles' tid, og Viktor, Zavlab og Sergeev viste sig at være de klogeste.

Denis, 02/01/2018 08:51

Alt er rigtigt i artiklen. Men årsagen er noget anderledes. Under kogningsprocessen fordampes luften, der er opløst i det, fra vandet, derfor vil dets densitet, når det kogende vand afkøles, være mindre end for råvand med samme temperatur. Der er ingen andre grunde til forskellig varmeledningsevne bortset fra forskellig tæthed.

Headlab, 03/01/2018 08:58 | hovedlab

Irina :), "forskere i hele verden" bekæmper ikke dette "paradoks", for rigtige forskere eksisterer dette "paradoks" simpelthen ikke - dette er let verificeret under godt reproducerbare forhold. "Paradokset" dukkede op på grund af de irreproducerbare eksperimenter fra den afrikanske dreng Mpemba og blev oppustet af lignende "videnskabsmænd" :)

I denne artikel vil vi se på, hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand.

Opvarmet vand fryser meget hurtigere end koldt vand! Denne fantastiske egenskab ved vand, den nøjagtige forklaring, som forskerne stadig ikke kan finde, har været kendt siden oldtiden. For eksempel er der selv i Aristoteles en beskrivelse af vinterfiskeri: Fiskerne stak fiskestænger ind i huller i isen, og for at de hurtigere skulle fryse, hældte de varmt vand på isen. Navnet på dette fænomen blev opkaldt efter Erasto Mpemba i 60'erne af det XX århundrede. Mnemba bemærkede den mærkelige effekt, mens han lavede is og henvendte sig til sin fysiklærer, Dr. Denis Osborn, for at få en forklaring. Mpemba og Dr. Osborne eksperimenterede med vand ved forskellige temperaturer og konkluderede, at næsten kogende vand begynder at fryse meget hurtigere end vand ved stuetemperatur. Andre forskere har udført deres egne eksperimenter, og hver gang har de opnået lignende resultater.

Forklaring af et fysisk fænomen

Der er ingen almindeligt accepteret forklaring på, hvorfor dette sker. Mange forskere antyder, at det hele handler om underafkøling af en væske, som opstår, når dens temperatur falder til under frysepunktet. Med andre ord, hvis vand fryser ved en temperatur under 0°C, så kan superafkølet vand have en temperatur på for eksempel -2°C og stadig forblive flydende uden at blive til is. Når vi forsøger at fryse koldt vand, er der en chance for, at det først bliver superafkølet, og først hærder efter nogen tid. I opvarmet vand foregår andre processer. Dens hurtigere omdannelse til is er forbundet med konvektion.

Konvektion- Det er et fysisk fænomen, hvor de varme nederste lag af væsken stiger, og de øverste, afkølede, falder.

21.11.2017 11.10.2018 Alexander Firtsev

« Hvilket vand fryser hurtigere koldt eller varmt?”- prøv at stille dine venner et spørgsmål, højst sandsynligt vil de fleste af dem svare, at koldt vand fryser hurtigere - og lave en fejl.

Faktisk, hvis du samtidig sætter to beholdere af samme form og volumen i fryseren, hvoraf den ene vil indeholde koldt vand og den anden varm, så fryser varmt vand hurtigere.

En sådan udtalelse kan virke absurd og urimelig. Logisk set skal varmt vand først køle ned til kold temperatur, og koldt vand burde allerede blive til is på dette tidspunkt.

Så hvorfor overhaler varmt vand koldt vand på vej til at fryse? Lad os prøve at finde ud af det.

Observations- og forskningshistorie

Folk har observeret den paradoksale effekt siden oldtiden, men ingen lagde stor vægt på det. Så uoverensstemmelser i hastigheden af ​​frysning af koldt og varmt vand blev noteret i deres noter af Arestotel, såvel som af Rene Descartes og Francis Bacon. Et usædvanligt fænomen manifesterede sig ofte i hverdagen.

I lang tid blev fænomenet ikke undersøgt på nogen måde og vakte ikke megen interesse blandt videnskabsmænd.

Undersøgelsen af ​​den usædvanlige effekt begyndte i 1963, da en nysgerrig studerende fra Tanzania, Erasto Mpemba, bemærkede, at varm mælk til is fryser hurtigere end kold mælk. I håb om at få en forklaring på årsagerne til den usædvanlige effekt, spurgte den unge mand sin fysiklærer på skolen. Læreren lo dog kun af ham.

Senere gentog Mpemba eksperimentet, men i sit forsøg brugte han ikke længere mælk, men vand, og den paradoksale effekt blev gentaget igen.

Seks år senere, i 1969, stillede Mpemba dette spørgsmål til fysikprofessor Dennis Osborne, som kom til hans skole. Professoren var interesseret i observationen af ​​den unge mand, som et resultat blev der udført et eksperiment, der bekræftede tilstedeværelsen af ​​effekten, men årsagerne til dette fænomen blev ikke etableret.

Siden er fænomenet blevet kaldt Mpemba effekt.

Gennem videnskabelige observationers historie er der fremsat mange hypoteser om årsagerne til fænomenet.

Så i 2012 ville British Royal Society of Chemistry annoncere en konkurrence af hypoteser for at forklare Mpemba-effekten. Forskere fra hele verden deltog i konkurrencen, i alt var 22.000 videnskabelige artikler tilmeldt. På trods af et så imponerende antal artikler, afklarede ingen af ​​dem Mpemba-paradokset.

Den mest almindelige var versionen, ifølge hvilken varmt vand fryser hurtigere, da det simpelthen fordamper hurtigere, dets volumen bliver mindre, og når volumenet falder, stiger dets afkølingshastighed. Den mest almindelige version blev til sidst tilbagevist, da der blev udført et eksperiment, hvor fordampning var udelukket, men effekten blev ikke desto mindre bekræftet.

Andre forskere mente, at årsagen til Mpemba-effekten er fordampningen af ​​gasser opløst i vand. Efter deres mening fordamper gasser opløst i vand under opvarmningsprocessen, på grund af hvilket det får en højere densitet end koldt vand. Som det er kendt, fører en stigning i densitet til en ændring i vands fysiske egenskaber (en stigning i termisk ledningsevne) og dermed en stigning i afkølingshastigheden.

Derudover er der fremsat en række hypoteser, der beskriver vandets cirkulationshastighed som funktion af temperaturen. I mange undersøgelser har man forsøgt at fastslå sammenhængen mellem materialet i beholderne, hvori væsken befandt sig. Mange teorier virkede meget plausible, men de kunne ikke bekræftes videnskabeligt på grund af mangel på indledende data, modsigelser i andre eksperimenter eller på grund af det faktum, at de identificerede faktorer simpelthen ikke var sammenlignelige med vandafkølingshastigheden. Nogle videnskabsmænd satte i deres værker spørgsmålstegn ved eksistensen af ​​effekten.

I 2013 hævdede forskere ved Nanyang Technological University i Singapore at have løst mysteriet om Mpemba-effekten. Ifølge deres undersøgelse ligger årsagen til fænomenet i, at mængden af ​​energi, der er lagret i brintbindinger mellem koldt- og varmtvandsmolekyler, er markant forskellig.

Computersimuleringsmetoder har vist følgende resultater: Jo højere vandtemperaturen er, jo større er afstanden mellem molekylerne på grund af, at frastødende kræfter øges. Som følge heraf strækkes molekylernes brintbindinger og lagrer mere energi. Når de er afkølet, begynder molekylerne at nærme sig hinanden og frigive energi fra brintbindinger. I dette tilfælde er frigivelsen af ​​energi ledsaget af et fald i temperaturen.

I oktober 2017 fandt spanske fysikere i løbet af en anden undersøgelse ud af, at det er fjernelse af stof fra ligevægt (stærk opvarmning før stærk afkøling), der spiller en stor rolle i dannelsen af ​​effekten. De bestemte betingelserne for, at sandsynligheden for effekten er maksimal. Derudover har videnskabsmænd fra Spanien bekræftet eksistensen af ​​den omvendte Mpemba-effekt. De fandt ud af, at når den opvarmes, kan en koldere prøve nå en høj temperatur hurtigere end en varm.

På trods af udtømmende information og adskillige eksperimenter har videnskabsmænd til hensigt at fortsætte med at studere effekten.

Mpemba-effekt i det virkelige liv

Har du nogensinde undret dig over, hvorfor skøjtebanen om vinteren er fyldt med varmt vand og ikke kold? Som du allerede har forstået, gør de dette, fordi en skøjtebane fyldt med varmt vand vil fryse hurtigere, end hvis den var fyldt med koldt vand. Af samme grund hældes rutsjebaner i vinterisbyer med varmt vand.

Således giver viden om fænomenets eksistens folk mulighed for at spare tid, når de forbereder steder til vintersport.

Derudover bruges Mpemba-effekten nogle gange i industrien - for at reducere frysetiden for produkter, stoffer og materialer, der indeholder vand.