Vesi on yksi maailman upeimmista nesteistä, jolla on epätavallisia ominaisuuksia. Esimerkiksi jäällä - kiinteässä nestemäisessä tilassa - on ominaispaino pienempi kuin itse vedellä, mikä teki elämän syntymisen ja kehittymisen maapallolla monin tavoin mahdolliseksi. Lisäksi lähes tieteellisessä ja todellakin tieteellisessä maailmassa keskustellaan siitä, kumpi vesi jäätyy nopeammin - kuuma vai kylmä. Se, joka todistaa kuuman nesteen nopeamman jäätymisen tietyissä olosuhteissa ja perustelee päätöksensä tieteellisesti, saa 1 000 punnan palkinnon British Royal Society of Chemists -järjestöltä.

Tausta

Se tosiasia, että kuuma vesi on useissa olosuhteissa jäätymisnopeuden suhteen kylmää vettä edellä, havaittiin jo keskiajalla. Francis Bacon ja René Descartes ovat nähneet paljon vaivaa selittääkseen tämän ilmiön. Klassisen lämpötekniikan näkökulmasta tätä paradoksia ei kuitenkaan voida selittää, ja sitä yritettiin röyhkeästi vaimentaa. Sysäyksenä kiistan jatkamiselle oli hieman outo tarina, joka tapahtui tansanialaisen koulupojan Erasto Mpemballe (Erasto Mpemba) vuonna 1963. Kerran keittokoulussa jälkiruokien valmistustunnilla muusta hajamielinen poika ei ehtinyt jäähdyttää jäätelöseosta ajoissa ja laittaa pakastimeen sokeriliuosta kuumassa maidossa. Hänen yllätyksekseen tuote jäähtyi jonkin verran nopeammin kuin hänen jäätelönvalmistuksen lämpötilajärjestelmää noudattaneet harjoittajatoverinsa.

Yrittäessään ymmärtää ilmiön olemusta poika kääntyi fysiikan opettajan puoleen, joka yksityiskohtiin menemättä pilkkasi kulinaarisia kokeitaan. Erasto erottui kuitenkin kadehdittavasta sinnikkyydestään ja jatkoi kokeitaan ei enää maidolla, vaan vedellä. Hän varmisti, että joissakin tapauksissa kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Erasto Mpembe saapui Dar es Salaamin yliopistoon ja osallistui professori Dennis G. Osbornen luennolle. Valmistumisensa jälkeen opiskelija ymmärsi tiedemiehen ongelmasta, joka koskee veden jäätymisnopeutta sen lämpötilasta riippuen. DG Osborne pilkkasi kysymyksen esittämistä ja totesi tylysti, että jokainen häviäjä tietää, että kylmä vesi jäätyy nopeammin. Nuoren miehen luonnollinen sitkeys kuitenkin tuntui. Hän vetosi professorin kanssa ja tarjoutui suorittamaan kokeellisen testin täällä, laboratoriossa. Erasto asetti kaksi vesisäiliötä pakastimeen, toisen 35 °C:seen (95 °F) ja toisen 100 °C:seen. Mikä oli professorin ja ympäröivien "fanien" yllätys, kun vesi toisessa astiassa jäätyi nopeammin. Siitä lähtien tätä ilmiötä on kutsuttu "Mpemba-paradoksiksi".

Toistaiseksi ei kuitenkaan ole olemassa yhtenäistä teoreettista hypoteesia, joka selittäisi "Mpemba-paradoksia". Ei ole selvää, mitkä ulkoiset tekijät, veden kemiallinen koostumus, liuenneiden kaasujen ja mineraalien läsnäolo siinä, vaikuttavat nesteiden jäätymisnopeuteen eri lämpötiloissa. "Mpemba-ilmiön" paradoksi on, että se on ristiriidassa yhden I. Newtonin löytämän lain kanssa, jonka mukaan veden jäähtymisaika on suoraan verrannollinen nesteen ja ympäristön lämpötilaeroon. Ja jos kaikki muut nesteet ovat täysin tämän lain alaisia, vesi on joissain tapauksissa poikkeus.

Miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin?T

On olemassa useita versioita siitä, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Tärkeimmät ovat:

• kuuma vesi haihtuu nopeammin, kun taas sen tilavuus pienenee ja pienempi nestemäärä jäähtyy nopeammin - kun vesi jäähdytetään + 100 ° С:sta 0 ° С: een, tilavuushäviöt ilmakehän paineessa saavuttavat 15%;
• nesteen ja ympäristön välisen lämmönvaihdon intensiteetti on mitä suurempi, sitä suurempi lämpötilaero, joten kiehuvan veden lämpöhäviö kulkee nopeammin;
• kuuman veden jäähtyessä sen pinnalle muodostuu jääkuori, joka estää nesteen täydellisen jäätymisen ja haihtumisen;
• korkeassa veden lämpötilassa sen konvektiosekoittuminen tapahtuu, mikä vähentää jäätymisaikaa;
• veteen liuenneet kaasut alentavat jäätymispistettä ja vievät energiaa kiteen muodostumiseen - kuumassa vedessä ei ole liuenneita kaasuja.

Kaikille näille olosuhteille on tehty toistuva kokeellinen tarkastus. Erityisesti saksalainen tiedemies David Auerbach havaitsi, että kuuman veden kiteytyslämpötila on hieman korkeampi kuin kylmän veden, mikä mahdollistaa entisen jäätymisen nopeammin. Myöhemmin hänen kokeitaan kuitenkin kritisoitiin ja monet tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että "Mpemba-ilmiö", josta vesi jäätyy nopeammin - kuumana tai kylmänä, voidaan toistaa vain tietyissä olosuhteissa, joita kukaan ei ole toistaiseksi etsinyt ja konkretisoinut.

Hei, rakkaat mielenkiintoisten tosiasioiden ystävät. Tänään puhumme aiheesta. Mutta mielestäni otsikossa esitetty kysymys saattaa tuntua yksinkertaisesti absurdilta - mutta pitäisikö aina jakamattomasti luottaa pahamaineiseen "maalaan järkeen", eikä tiukasti asetettuun testauskokemukseen. Yritetään selvittää, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi?

Historiallinen viittaus

Aristoteleen teoksissa mainittiin kylmän ja kuuman veden jäätymisen yhteydessä "kaikki ei ole puhdasta", sitten samanlaisia ​​huomautuksia tekivät F. Bacon, R. Descartes ja J. Black. Lähihistoriassa tähän on liitetty nimi "Mpemba-paradoksi" - tanganyikalaisen koulupojan Erasto Mpemba -nimen mukaan, joka kysyi saman kysymyksen vierailevalle fysiikan professorille.

Pojan kysymys ei syntynyt tyhjästä, vaan puhtaasti henkilökohtaisista havainnoista jäätelöseosten jäähdytysprosessista keittiössä. Tietysti paikalla olleet luokkatoverit yhdessä koulun opettajan kanssa nauroivat Mpemballe - kuitenkin professori D. Osbornen henkilökohtaisesti tekemän kokeellisen tarkastuksen jälkeen halu pilata Erastoa "haihtui" heistä. Lisäksi Mpemba julkaisi yhdessä professorin kanssa yksityiskohtaisen kuvauksen tästä vaikutuksesta vuonna 1969 Physics Educationissa - ja siitä lähtien yllä oleva nimi on pysynyt tieteellisessä kirjallisuudessa.

Mikä on ilmiön ydin?

Kokeen asetelma on varsin yksinkertainen: muiden asioiden ollessa samat, testataan identtisiä ohutseinäisiä astioita, joissa on tiukasti yhtä paljon vettä, jotka eroavat vain lämpötilaltaan. Astiat ladataan jääkaappiin, minkä jälkeen kirjataan aika ennen jään muodostumista jokaiseen niistä. Paradoksi on, että astiassa, jossa on alun perin kuumempi neste, tämä tapahtuu nopeammin.

Miten moderni fysiikka selittää tämän?

Paradoksille ei ole universaalia selitystä, koska useat rinnakkaiset prosessit etenevät yhdessä, joiden panos voi poiketa tietyistä alkuehdoista - mutta yhtenäisellä tuloksella:

• nesteen kyky ylijäähtyä - aluksi kylmä vesi on alttiimpi hypotermialle, ts. pysyy nestemäisenä, kun sen lämpötila on jo jäätymispisteen alapuolella
• nopeutettu jäähdytys - kuuman veden höyry muuttuu jäämikrokiteiksi, jotka putoaessaan takaisin nopeuttavat prosessia toimien ylimääräisenä "ulkoisena lämmönvaihtimena"
• eristysvaikutus - toisin kuin kuuma vesi, kylmä vesi jäätyy ylhäältä, mikä johtaa lämmönsiirron vähenemiseen konvektion ja säteilyn vaikutuksesta

On olemassa useita muita selityksiä (viimeksi kilpailun parhaasta hypoteesista järjesti British Royal Society of Chemistry äskettäin, vuonna 2012) - mutta silti ei ole olemassa yksiselitteistä teoriaa kaikille syöttöehtojen yhdistelmille ...

Tämä on totta, vaikka se kuulostaa uskomattomalta, koska jäätymisprosessissa esilämmitetyn veden on läpäistävä kylmän veden lämpötila. Samanaikaisesti tätä efektiä käytetään laajalti, esimerkiksi jäähallit ja liukumäet täytetään talvella kuumalla vedellä kylmän veden sijaan. Asiantuntijat neuvovat autoilijoita kaatamaan kylmää vettä mieluummin kuin kuumaa vettä pesukoneen säiliöön talvella. Paradoksi tunnetaan maailmanlaajuisesti nimellä "Mpemba Effect".

Tämän ilmiön mainitsivat aikoinaan Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, mutta vasta vuonna 1963 fysiikan professorit kiinnittivät siihen huomiota ja yrittivät tutkia sitä. Kaikki alkoi siitä, kun tansanialainen koulupoika Erasto Mpemba huomasi, että hänen jäätelön valmistukseen käyttämänsä makeutettu maito kiinteytyi nopeammin, jos se esilämmitettiin, ja ehdotti, että kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Hän kääntyi fysiikan opettajan puoleen saadakseen selvennyksen, mutta hän vain nauroi opiskelijalle sanoen seuraavaa: "Tämä ei ole maailmanfysiikkaa, vaan Mpemban fysiikkaa."

Onneksi Dennis Osborn, fysiikan professori Dar es Salaamin yliopistosta, vieraili koulussa eräänä päivänä. Ja Mpemba kääntyi hänen puoleensa samalla kysymyksellä. Professori oli vähemmän skeptinen, sanoi, ettei hän voinut arvioida sitä, mitä hän ei ollut koskaan nähnyt, ja palattuaan kotiin pyysi henkilökuntaa suorittamaan asianmukaiset kokeet. Näyttää siltä, ​​​​että he vahvistivat pojan sanat. Joka tapauksessa vuonna 1969 Osborne puhui työskentelystä Mpemban kanssa lehdessä "Eng. Fysiikkakoulutus". Samana vuonna George Kell Canadian National Research Councilista julkaisi artikkelin, jossa kuvattiin ilmiötä englanniksi. amerikkalainenJournal/Fysiikka».

Tälle paradoksille on useita mahdollisia selityksiä:

• Kuuma vesi haihtuu nopeammin, mikä pienentää sen tilavuutta, ja pienempi määrä samanlämpöistä vettä jäätyy nopeammin. Ilmatiiviissä astiassa kylmän veden tulee jäätyä nopeammin.
• Lumipäällysteen esiintyminen. Kuumavesisäiliö sulattaa alla olevan lumen, mikä parantaa lämpökosketusta jäähdytyspinnan kanssa. Kylmä vesi ei sulata lunta sen alla. Ilman lumipäällystettä kylmävesisäiliön pitäisi jäätyä nopeammin.
• Kylmä vesi alkaa jäätyä ylhäältä, mikä pahentaa lämpösäteilyn ja konvektion prosesseja ja siten lämmön menetystä, kun taas kuuma vesi alkaa jäätyä alhaalta. Säiliöissä olevan veden mekaanisella lisäsekoituksella kylmän veden pitäisi jäätyä nopeammin.
• Jäähdytetyssä vedessä on kiteytyskeskuksia - siihen liuenneita aineita. Pienellä määrällä tällaisia ​​keskuksia kylmässä vedessä veden muuttuminen jääksi on vaikeaa, ja jopa sen alijäähtyminen on mahdollista, kun se pysyy nestemäisessä tilassa, jonka lämpötila on pakkasta.

Toinen selitys on äskettäin julkaistu. Tri Jonathan Katz Washingtonin yliopistosta tutki tätä ilmiötä ja totesi, että veteen liuenneilla aineilla on tärkeä rooli ja ne saostuvat kuumennettaessa.
Liuenneilla aineilla Dr. Katz tarkoittaa kovasta vedestä löytyviä kalsium- ja magnesiumbikarbonaatteja. Kun vettä kuumennetaan, nämä aineet saostuvat, vesi muuttuu "pehmeäksi". Vesi, jota ei ole koskaan lämmitetty, sisältää näitä epäpuhtauksia ja on "kovaa". Kun se jäätyy ja jääkiteitä muodostuu, epäpuhtauksien pitoisuus vedessä kasvaa 50-kertaiseksi. Tämä alentaa veden jäätymispistettä.

Tämä selitys ei vaikuta minusta vakuuttavalta, koska. emme saa unohtaa, että vaikutus havaittiin kokeissa jäätelöllä, ei kovalla vedellä. Todennäköisimmin ilmiön syyt ovat lämpöfysikaalisia, eivät kemiallisia.

Toistaiseksi Mpemba-paradoksille ei ole saatu yksiselitteistä selitystä. Minun on sanottava, että jotkut tutkijat eivät pidä tätä paradoksia huomion arvoisena. On kuitenkin erittäin mielenkiintoista, että yksinkertainen koulupoika on saavuttanut fyysisen vaikutuksen tunnustuksen ja saavuttanut suosion uteliaisuutensa ja sinnikkyytensä ansiosta.

Lisätty helmikuussa 2014

Muistio on kirjoitettu vuonna 2011. Sen jälkeen on ilmestynyt uusia tutkimuksia Mpemba-ilmiöstä ja uusia yrityksiä selittää sitä. Joten vuonna 2012 Ison-Britannian Royal Society of Chemistry julkaisi kansainvälisen kilpailun selvittääkseen tieteellisen mysteerin "The Mpemba Effect" ja jonka palkintorahasto on 1000 puntaa. Määräajaksi asetettiin 30.7.2012. Voittaja oli Nikola Bregovik Zagrebin yliopiston laboratoriosta. Hän julkaisi työnsä, jossa hän analysoi aikaisempia yrityksiä selittää tätä ilmiötä ja tuli siihen tulokseen, että ne eivät olleet vakuuttavia. Hänen ehdottamansa malli perustuu veden perusominaisuuksiin. Kiinnostuneet voivat löytää töitä osoitteesta http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Tutkimus ei päättynyt tähän. Vuonna 2013 singaporelaiset fyysikot osoittivat teoreettisesti Mepemba-ilmiön syyn. Teos löytyy osoitteesta http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Aiheeseen liittyviä artikkeleita sivustolla:

Muut osion artikkelit

Kommentit:

Aleksei Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Miksi kuuma vesi haihtuu nopeammin? Tutkijat ovat käytännössä todistaneet, että lasillinen kuumaa vettä jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Tiedemiehet eivät voi selittää tätä ilmiötä, koska he eivät ymmärrä ilmiöiden olemusta: lämpöä ja kylmää! Lämpö ja kylmä ovat fyysisiä tuntemuksia, jotka aiheutuvat aineen hiukkasten vuorovaikutuksesta avaruuden puolelta ja maan keskustasta liikkuvien magneettiaaltojen vastapuristumisen muodossa. Siksi mitä suurempi tämän magneettisen jännitteen potentiaaliero on, sitä nopeammin energianvaihto suoritetaan menetelmällä, jolla yksi aalto tunkeutuu toiseen. Eli diffuusiolla! Vastauksena artikkeliini eräs vastustaja kirjoittaa: 1) "..Kuuma vesi haihtuu NOPEAMPI, minkä seurauksena sitä on vähemmän, joten se jäätyy nopeammin" Kysymys! Mikä energia saa veden haihtumaan nopeammin? 2) Artikkelissani puhumme lasista, emme puukaukalosta, jonka vastustaja mainitsee vasta-argumenttina. Mikä ei pidä paikkaansa! Vastaan ​​kysymykseen: "MISTÄ SYYTÄ VEDEN HÖYRYTYMINEN LUONNOSSA?" Magneettiset aallot, jotka liikkuvat aina maan keskustasta avaruuteen ylittäen magneettisten puristusaaltojen vastapaineen (jotka liikkuvat aina avaruudesta maan keskipisteeseen), samalla suihkuttavat vesihiukkasia, siirtyessään avaruuteen , niiden määrä kasvaa. Eli laajentaa! Jos puristusmagneettiset aallot voitetaan, nämä vesihöyryt puristuvat (tiivistyvät) ja näiden magneettisten puristusvoimien vaikutuksesta vesi palaa maahan sateen muodossa! Ystävällisin terveisin! Aleksei Mishnev. 6. lokakuuta 2012.

Aleksei Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Mikä on lämpötila. Lämpötila on magneettiaaltojen sähkömagneettisen jännityksen aste puristus- ja laajenemisenergialla. Näiden energioiden tasapainotilassa kehon tai aineen lämpötila on vakaassa tilassa. Jos näiden energioiden tasapainotila häiriintyy, laajenemisenergiaa kohti, kehon tai aineen tilavuus kasvaa. Jos magneettisten aaltojen energia ylittyy puristuksen suunnassa, kehon tai aineen tilavuus pienenee. Sähkömagneettisen jännityksen aste määräytyy vertailukappaleen laajenemis- tai supistumisasteen mukaan. Aleksei Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Aleksei, puhut jostain artikkelista, joka hahmottelee ajatuksesi lämpötilan käsitteestä. Mutta kukaan ei lukenut sitä. Anna minulle linkki. Yleisesti ottaen näkemyksesi fysiikasta ovat hyvin omituisia. En ole koskaan kuullut "vertailukappaleen sähkömagneettisesta laajenemisesta".

Juri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Ehdotetaan hypoteesia, että tämä on molekyylien välisen resonanssin ja sen synnyttämien molekyylien välisen ponderomotorisen vetovoiman työ. Kylmässä vedessä molekyylit liikkuvat ja värähtelevät satunnaisesti eri taajuuksilla. Kun vettä lämmitetään, värähtelytaajuuden kasvaessa niiden alue kapenee (taajuusero nestemäisestä kuumasta vedestä höyrystymispisteeseen pienenee), molekyylien värähtelytaajuudet lähestyvät toisiaan, minkä seurauksena syntyy resonanssi molekyylien välillä. Jäähdytettynä tämä resonanssi säilyy osittain, se ei kuole heti pois. Yritä painaa toista kahdesta resonanssissa olevasta kitaran kielestä. Päästä nyt irti - merkkijono alkaa värähdellä uudelleen, resonanssi palauttaa sen värähtelyt. Joten jäätyneessä vedessä ulommat jäähdytetyt molekyylit yrittävät menettää värähtelyjen amplitudin ja taajuuden, mutta suonen sisällä olevat "lämpimät" molekyylit "vetävät" värähtelyt takaisin, toimivat värähtelijöinä ja ulommat toimivat resonaattoreina. Juuri vibraattoreiden ja resonaattoreiden välissä syntyy ponderomotive* vetovoima. Kun ponderomotorinen voima tulee suuremmaksi kuin molekyylien kineettisen energian aiheuttama voima (jotka eivät vain värähtele, vaan myös liikkuvat lineaarisesti), tapahtuu kiihtynyttä kiteytymistä - "Mpemba-ilmiötä". Ponderomotive-yhteys on erittäin epävakaa, Mpemba-ilmiö riippuu voimakkaasti kaikista mukana olevista tekijöistä: jäädytettävän veden tilavuudesta, sen lämmityksen luonteesta, jäätymisolosuhteista, lämpötilasta, konvektiosta, lämmönvaihto-olosuhteista, kaasukyllästys, jäähdytysyksikön värähtely , ilmanvaihto, epäpuhtaudet, haihtuminen jne. Ehkä jopa valaistuksesta... Siksi vaikutukselle on paljon selityksiä ja sitä on joskus vaikea toistaa. Samasta "resonanssisyistä" keitetty vesi kiehuu nopeammin kuin keittämätön vesi - resonanssi jonkin aikaa keittämisen jälkeen säilyttää vesimolekyylien värähtelyjen voimakkuuden (energiahäviö jäähdytyksen aikana johtuu pääasiassa molekyylien lineaarisen liikkeen kineettisen energian menetyksestä ). Voimakkaalla kuumennuksella vibraattorimolekyylit vaihtavat rooleja resonaattorimolekyylien kanssa jäätymiseen verrattuna - vibraattorien taajuus on pienempi kuin resonaattoreiden taajuus, mikä tarkoittaa, että molekyylien välillä ei ole vetovoimaa, vaan hylkimistä, mikä nopeuttaa siirtymistä toiseen. aggregaatiotila (pari).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Rikkoi aivoni...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Onko tämä ponderomotive todella niin suuri, että se vaikuttaa lämmönsiirtoprosessiin? 2. Tarkoittaako tämä sitä, että kun kaikki kappaleet kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, niiden rakenteelliset hiukkaset joutuvat resonanssiin? 3. Miksi tämä resonanssi häviää jäähtyessään? 4. Onko tämä sinun arvauksesi? Jos on lähde, mainitse. 5. Tämän teorian mukaan astian muodolla on tärkeä rooli, ja jos se on ohut ja litteä, jäätymisajan ero ei ole suuri, ts. voit tarkistaa sen.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Kylmässä vedessä on jo typpiatomeja ja vesimolekyylien väliset etäisyydet ovat pienemmät kuin kuumassa vedessä. Eli johtopäätös: Kuuma vesi imee typpiatomit nopeammin ja samalla se jäätyy nopeasti kuin kylmä vesi - tämä on verrattavissa raudan kovettumiseen, koska kuuma vesi muuttuu jääksi ja kuuma rauta kovettuu nopeasti jäähtyessään!

Vladimir , 13.3.2013 klo 6.50

tai ehkä tämä: kuuman veden ja jään tiheys on pienempi kuin kylmän veden tiheys, ja siksi veden ei tarvitse muuttaa tiheyttään, joten se menettää jonkin aikaa ja jäätyy.

Aleksei Mishnev, 21.3.2013 klo 11.50

Ennen kuin puhutaan hiukkasten resonansseista, vetovoimasta ja värähtelyistä, on välttämätöntä ymmärtää ja vastata kysymykseen: Mitkä voimat saavat hiukkaset värähtelemään? Koska ilman kineettistä energiaa ei voi olla puristusta. Ilman pakkausta ei voi tapahtua laajenemista. Ilman laajenemista ei voi olla liike-energiaa! Kun alat puhua kielten resonanssista, yritit ensin saada yksi näistä kieleistä värähtelemään! Kun puhut vetovoimasta, sinun on ensin osoitettava voima, joka saa nämä kehot vetämään! Vakuutan, että ilmakehän sähkömagneettinen energia puristaa kaikki kappaleet ja joka puristaa kaikki kappaleet, aineet ja alkuainehiukkaset 1,33 kg:n voimalla. ei per cm2, vaan per hiukkanen.Koska ilmakehän paine ei voi olla valikoiva!Älä sekoita sitä voiman määrään!

Dodik, 31.5.2013 02:59

Minusta näyttää siltä, ​​että olet unohtanut yhden totuuden - "Tiede alkaa siitä, missä mittaukset alkavat." Mikä on "kuuman" veden lämpötila? Mikä on "kylmän" veden lämpötila? Artikkelissa ei puhuta siitä sanaakaan. Tästä voimme päätellä - koko artikkeli on paskaa!

Grigory, 6.4.2013 klo 12:17

Dodik, ennen kuin nimittää artikkelia hölynpölyksi, täytyy ajatella oppiakseen ainakin vähän. Eikä vain mittaa.

Dmitry, 24.12.2013 10:57

Kuuman veden molekyylit liikkuvat nopeammin kuin kylmässä vedessä, minkä vuoksi ne ovat tiiviimmin kosketuksissa ympäristöön, ne näyttävät imevän kaiken kylmän ja hidastuen nopeasti.

Ivan, 10.01.2014 05:53

On yllättävää, että tällä sivustolla ilmestyi tällainen anonyymi artikkeli. Artikkeli on täysin epätieteellinen. Sekä kirjoittaja että keskenään kilpailevat kommentaattorit lähtevät etsimään selitystä ilmiölle vaivautumatta selvittämään, havaitaanko ilmiötä ollenkaan ja jos on, niin millä ehdoilla. Lisäksi ei ole olemassa edes yksimielisyyttä siitä, mitä todella tarkkailemme! Joten kirjoittaja vaatii tarvetta selittää kuuman jäätelön nopean jäätymisen vaikutus, vaikka koko tekstistä (ja sanoista "vaikutus havaittiin jäätelökokeissa") seuraa, että hän ei itse perustanut sellaista. kokeiluja. Artikkelissa luetelluista ilmiön "selityksen" varianteista voidaan nähdä, että kuvataan täysin erilaisia ​​kokeita, jotka on asetettu eri olosuhteissa erilaisilla vesiliuoksilla. Sekä selitysten olemus että niiden subjunktiivinen tunnelma viittaavat siihen, että esitettyjen ajatusten edes alkeellista todentamista ei suoritettu. Joku kuuli vahingossa uteliaan tarinan ja ilmaisi vahingossa spekulatiivisen johtopäätöksensä. Anteeksi, mutta tämä ei ole fysikaalinen tieteellinen tutkimus, vaan keskustelu tupakointihuoneessa.

Ivan, 10.1.2014 klo 6.10

Mitä tulee artikkelin kommentteihin telojen täyttämisestä kuumalla vedellä ja kylmällä pesuainesäiliöllä. Kaikki on yksinkertaista alkefysiikan näkökulmasta. Luistinrata täyttyy kuumalla vedellä, koska se jäätyy hitaammin. Jäähallin tulee olla tasainen ja tasainen. Yritä täyttää se kylmällä vedellä - saat kuoppia ja "tulvia", koska. vesi jäätyy _nopeasti_ ilman aikaa levitä tasaiseksi kerrokseksi. Ja kuuma ehtii levitä tasaiseksi kerrokseksi, ja se sulattaa olemassa olevat jää- ja lumikuhot. Pesukoneella se ei myöskään ole vaikeaa: puhdasta vettä ei ole järkevää kaataa pakkasessa - se jäätyy lasiin (jopa kuumana); ja kuuma jäätymätön neste voi johtaa kylmän lasin halkeilemiseen, ja lisäksi sillä on kohonnut jäätymispiste lasissa johtuen alkoholien kiihtyneestä haihtumisesta matkalla lasille (tietävätkö kaikki kuunpaisteen periaatteen edelleen? - alkoholi haihtuu, vettä jää).

Ivan , 10.1.2014 06:34

Mutta itse asiassa ilmiö, on typerää kysyä, miksi kaksi erilaista koetta eri olosuhteissa etenevät eri tavalla. Jos koe on asetettu puhtaasti, sinun on otettava kuuma ja kylmä vesi, jolla on sama kemiallinen koostumus - otamme esijäähdytetyn kiehuvan veden samasta vedenkeittimestä. Kaada identtisiin astioihin (esimerkiksi ohutseinäisiin lasiin). Emme laita lumelle, vaan samalle tasaiselle, kuivalle alustalle, esimerkiksi puupöydälle. Eikä mikropakastimessa, vaan riittävän tilavassa termostaatissa - tein kokeen pari vuotta sitten maassa, kun ulkona oli tasaista pakkasta, noin -25C. Vesi kiteytyy tietyssä lämpötilassa kiteytyslämmön vapautumisen jälkeen. Hypoteesi tiivistyy väitteeseen, että kuuma vesi jäähtyy nopeammin (tämä pitää paikkansa, klassisen fysiikan mukaan lämmönsiirtonopeus on verrannollinen lämpötilaeroon), mutta säilyttää kohonneen jäähdytysnopeuden, vaikka sen lämpötila on sama kuin lämpötila kylmästä vedestä. Kysymys kuuluukin, miten ulkona +20C:een jäähtynyt vesi eroaa täsmälleen samasta vedestä, joka on jäähtynyt tuntia aiemmin +20C lämpötilaan, mutta huoneessa? Klassinen fysiikka (ei muuten perustu tupakkahuoneen puheeseen, vaan satoihin tuhansiin ja miljooniin kokeisiin) sanoo: kyllä, ei mitään, jatkojäähdytysdynamiikka on sama (vain kiehuva vesi saavuttaa +20 pisteen myöhemmin ). Ja koe osoittaa saman asian: kun lasissa aluksi kylmää vettä on jo kiinteä jääkuori, kuuma vesi ei edes ajatellut jäätymistä. P.S. Juri Kuznetsovin kommentteihin. Tietyn vaikutuksen olemassaoloa voidaan pitää todettuna, kun sen esiintymisen olosuhteet kuvataan ja se toistetaan vakaasti. Ja kun meillä on käsittämättömiä kokeita tuntemattomissa olosuhteissa, on ennenaikaista rakentaa teorioita niiden selityksestä, eikä tämä anna mitään tieteellisestä näkökulmasta. P.P.S. No, Aleksei Mishnevin kommentteja on mahdotonta lukea ilman tunteiden kyyneleitä - ihminen elää jonkinlaisessa kuvitteellisessa maailmassa, jolla ei ole mitään tekemistä fysiikan ja todellisten kokeiden kanssa.

Grigory, 13.1.2014 klo 10:58

Ivan, ymmärrän, että kiistät Mpemba-ilmiön? Sitä ei ole olemassa, kuten kokeilusi osoittavat? Miksi se on niin kuuluisa fysiikassa, ja miksi monet yrittävät selittää sitä?

Ivan , 14.2.2014 klo 1.51

Hyvää iltapäivää, Gregory! Epäpuhtaasti lavastetun kokeen vaikutus on olemassa. Mutta kuten ymmärrät, tämä ei ole syy etsiä uusia malleja fysiikasta, vaan syy parantaa kokeilijan taitoa. Kuten kommenteissa jo totesin, kaikissa mainituissa "Mpemba-ilmiön" selittämisyrityksissä tutkijat eivät voi edes selkeästi ilmaista, mitä tarkalleen ja missä olosuhteissa he mittaavat. Ja haluatko sanoa, että nämä ovat kokeellisia fyysikoita? Älä naurata minua. Vaikutus ei tunneta fysiikassa, vaan pseudotieteellisissä keskusteluissa eri foorumeilla ja blogeissa, joista meri on nyt. Fysiikasta kaukana olevat ihmiset näkevät sen todellisena fyysisenä vaikutuksena (joidenkin uusien fysikaalisten lakien seurauksena, ei väärän tulkinnan tai vain myytin seurauksena). Ei siis ole mitään syytä puhua yhtenä fysikaalisena vaikutuksena täysin erilaisissa olosuhteissa tehtyjen erilaisten kokeiden tuloksista.

Pavel, 18.2.2014 09:59

hmm, kaverit... artikkeli "Speed ​​​​Infolle"... Ei pahalla... ;) Ivan on oikeassa kaikessa...

Gregory, 19.2.2014 klo 12:50

Ivan, olen samaa mieltä siitä, että nyt on paljon pseudotieteellisiä sivustoja, jotka julkaisevat vahvistamatonta sensaatiomateriaalia. Loppujen lopuksi Mpemban vaikutusta tutkitaan edelleen. Lisäksi yliopistojen tutkijat tekevät tutkimusta. Esimerkiksi vuonna 2013 tätä vaikutusta tutki Singaporen teknillisen yliopiston ryhmä. Katso linkki http://arxiv.org/abs/1310.6514. He uskovat löytäneensä selityksen tälle vaikutukselle. En kirjoita yksityiskohtaisesti löydön olemuksesta, mutta heidän mielestään vaikutus liittyy vetysidoksiin varastoituneiden energioiden eroihin.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Kaikille Mpemba-ilmiön tutkimuksesta kiinnostuneille olen hieman täydentänyt artikkelin materiaalia ja antanut linkkejä, joista voi tutustua uusimpiin tuloksiin (katso teksti). Kiitos kommenteista.

Ildar , 24.02.2014 04:12 | ei ole mitään järkeä luetella kaikkea

Jos tämä Mpemba-ilmiö todella tapahtuu, niin selitystä täytyy mielestäni etsiä veden molekyylirakenteesta. Vesi (kuten olen oppinut populaaritieteellisestä kirjallisuudesta) ei ole olemassa yksittäisinä H2O-molekyyleina, vaan useiden (jopa kymmenien) molekyylien klustereina. Veden lämpötilan noustessa molekyylien liikkumisnopeus kasvaa, klusterit hajoavat toisiaan vastaan ​​ja molekyylien valenssisidokset eivät ehdi koota suuria klustereita. Klusterien muodostaminen vie hieman enemmän aikaa kuin molekyylien nopeuden hidastaminen. Ja koska klusterit ovat pienempiä, kidehilan muodostuminen on nopeampaa. Kylmässä vedessä ilmeisesti suuret, melko vakaat klusterit estävät hilan muodostumisen, niiden tuhoutuminen kestää jonkin aikaa. Itse näin televisiosta omituisen vaikutuksen, kun kylmä vesi, joka seisoi hiljaa purkissa, pysyi nesteenä useita tunteja kylmässä. Mutta heti kun purkki nostettiin, eli siirrettiin hieman paikaltaan, vesi purkissa välittömästi kiteytyi, muuttui läpinäkymättömäksi ja purkki räjähti. No, pappi, joka osoitti tämän vaikutuksen, selitti sen sillä, että vesi oli pyhitetty. Muuten käy ilmi, että vesi muuttaa viskositeettiaan suuresti lämpötilasta riippuen. Me suurina olentoina emme tätä huomaa, mutta pienten (mm ja vähemmän) äyriäisten ja vielä enemmän bakteerien tasolla veden viskositeetti on erittäin merkittävä tekijä. Tämän viskositeetin mielestäni antaa myös vesiklusterien koko.

HARMAA, 15.3.2014 klo 5.30

kaikki näkemämme ympärillä on pinnallisia ominaisuuksia (ominaisuuksia), joten otamme energiaksi vain sen, minkä voimme mitata tai todistaa olemassaolon millään tavalla, muuten se on umpikuja. Tämä ilmiö, Mpemba-ilmiö, voidaan selittää vain yksinkertaisella volyymiteorialla, joka yhdistää kaikki fyysiset mallit yhdeksi vuorovaikutusrakenteeksi. itse asiassa se on yksinkertaista

Nikita, 6.6.2014 04:27 | auto

mutta kuinka saada vesi pysymään kylmänä eikä lämpimänä, kun menet autoon!

Aleksei, 03.10.2014 01:09

Ja tässä on toinen "löytö", liikkeellä. Muovipullossa oleva vesi jäätyy paljon nopeammin avoimella tulpalla. Hauskuuden vuoksi kokeilin monta kertaa kovassa pakkasessa. Vaikutus on ilmeinen. Hei teoreetikot!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Haihdutusjäähdyttimen periaate. Otamme kaksi hermeettisesti suljettua pulloa kylmällä ja kuumalla vedellä. Laitoimme sen kylmään. Kylmä vesi jäätyy nopeammin. Nyt otetaan samat pullot kylmällä ja kuumalla vedellä, avataan ja laitetaan kylmään. Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Jos otamme kaksi allasta kylmällä ja kuumalla vedellä, kuuma vesi jäätyy paljon nopeammin. Tämä johtuu siitä, että lisäämme yhteyttä ilmakehään. Mitä voimakkaammin haihdutus tapahtuu, sitä nopeammin lämpötila laskee. Tässä on mainittava kosteustekijä. Mitä pienempi kosteus, sitä voimakkaampi haihtuminen ja sitä voimakkaampi jäähdytys.

harmaa TOMSK, 1.3.2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - jatkuu Se, mitä tiedät lämpötilasta, ei ole kaikki kaikessa. On jotain muutakin. Jos teet oikein fyysisen lämpötilamallin, siitä tulee avain kuvaamaan energiaprosesseja diffuusiosta, sulamisesta ja kiteytymisestä sellaisiin asteikoihin kuin lämpötilan nousu paineen noustessa, paineen nousu lämpötilan nousun myötä. Jopa Auringon energian fyysinen malli tulee selväksi yllä olevasta. Olen talvella. . alkukeväällä 20013 lämpötilamallien tarkastelun jälkeen tein yleisen lämpötilamallin. Muutaman kuukauden kuluttua muistin lämpötilaparadoksin, ja sitten tajusin... että lämpötilamallini kuvaa myös Mpemba-paradoksia. Tämä oli touko-kesäkuussa 2013. Vuoden myöhässä, mutta se on parasta. Fyysinen mallini on jäädytetty kehys ja sitä voidaan vierittää sekä eteen- että taaksepäin ja siinä on toiminnan motorisia taitoja, juuri sitä toimintaa, jossa kaikki liikkuu. Minulla on 8 koululuokkaa ja 2 vuotta yliopistoa aiheen toistolla. 20 vuotta on kulunut. Joten en voi antaa minkäänlaisia ​​kuuluisien tiedemiesten fyysisiä malleja enkä kaavoja. Anteeksi.

Andrei, 8.11.2015 08:52

Yleisesti ottaen minulla on käsitys siitä, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Ja selityksissäni kaikki on hyvin yksinkertaista, jos olet kiinnostunut, kirjoita minulle sähköpostia: [sähköposti suojattu]

Andrei, 08.11.2015 08:58

Anteeksi, annoin väärän postilaatikon, tässä on oikea sähköpostiosoite: [sähköposti suojattu]

Victor, 23.12.2015 klo 10:37

Minusta näyttää siltä, ​​​​että kaikki on yksinkertaisempaa, lunta sataa kanssamme, se on haihtunutta kaasua, jäähtynyt, joten ehkä pakkasessa se jäähtyy nopeammin kuumana, koska se haihtuu ja kiteytyy välittömästi kaukana noususta, ja vesi kaasumaisessa tilassa jäähtyy nopeammin kuin nesteessä )

Bekzhan, 28.1.2016 klo 9.18

Vaikka joku paljastaisi nämä tähän vaikutukseen liittyvät maailman lait, hän ei kirjoittaisi tänne. Minun näkökulmastani ei olisi loogista paljastaa salaisuuksiaan Internetin käyttäjille, kun hän voi julkaista sen kuuluisissa tieteellisissä lehdissä ja todista se itse kansan edessä. Joten mitä tästä vaikutuksesta täällä kirjoitetaan, kaikki tämä enemmistö ei ole loogista.)))

Alex, 22.2.2016 12:48 PM

Hei kokeilijat Olet oikeassa sanoessasi, että tiede alkaa siitä, missä... ei mittauksista, vaan laskelmista. "Kokeilu" - ikuinen ja välttämätön argumentti niille, joilla ei ole mielikuvitusta ja lineaarista ajattelua Loukkasi kaikkia, nyt E \u003d mc2:n tapauksessa - muistavatko kaikki? Kylmästä vedestä ilmakehään lentävien molekyylien nopeus määrää niiden vedestä pois kuljettaman energian määrän (jäähdytys - energiahäviö) Kuumasta vedestä lähtevien molekyylien nopeus on paljon suurempi ja poistuva energia neliöityy (jäähdytysnopeus). jäljellä oleva vesimassa) Siinä kaikki, jos poistut "kokeilusta" ja muistat tieteen perusteet

Vladimir , 25.4.2016 10:53 | Meteo

Niinä päivinä, jolloin pakkasneste oli harvinaisuus, autokannan lämmittämättömässä tallissa olevien autojen jäähdytysjärjestelmästä vesi tyhjennettiin työpäivän jälkeen, jotta sylinterilohko tai jäähdytin ei sulaisi - joskus molemmat yhdessä. Aamulla kaadettiin kuumaa vettä. Kovassa pakkasessa moottorit käynnistyivät ongelmitta. Jotenkin kuuman veden puutteen vuoksi vettä kaadettiin hanasta. Vesi jäätyi heti. Kokeilu oli kallis - täsmälleen yhtä paljon kuin ZIL-131-auton sylinterilohkon ja jäähdyttimen ostaminen ja vaihtaminen maksaa. Joka ei usko, tarkistakoon. ja Mpemba kokeili jäätelöä. Jäätelössä kiteytyminen etenee eri tavalla kuin vedessä. Yritä purra hampaillasi pala jäätelöä ja jäätä. Todennäköisesti se ei jäätynyt, vaan paksuuntui jäähtymisen seurauksena. Ja makea vesi, olipa se kuumaa tai kylmää, jäätyy 0*C:ssa. Kylmä vesi on nopeaa, mutta kuuma vesi tarvitsee aikaa jäähtyä.

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | Alexille

"c" - valon nopeus tyhjiössä E=mc^2 - massan ja energian ekvivalenssia ilmaiseva kaava

Albert , 27.7.2016 klo 8.22

Ensinnäkin, analogia kiinteiden aineiden kanssa (haihdutusprosessia ei ole). Hiljattain juotetut kupariset vesiputket. Prosessi tapahtuu kuumentamalla kaasupoltin juotteen sulamislämpötilaan. Yhden liitoksen lämmitysaika kytkimen kanssa on noin minuutti. Juotoin yhden liitoksen kytkimellä ja parin minuutin kuluttua tajusin, että juotin sen väärin. Kesti vähän rullata putkea liittimessä. Aloin lämmittää saumaa uudelleen polttimella ja yllättäen sauman lämpeneminen sulamispisteeseen kesti 3-4 minuuttia. Kuinka niin!? Loppujen lopuksi putki on edelleen kuuma ja näyttää siltä, ​​​​että sen lämmittämiseen sulamispisteeseen tarvitaan paljon vähemmän energiaa, mutta kaikki osoittautui päinvastoin. Kyse on lämmönjohtavuudesta, joka on paljon korkeampi jo lämmitetylle putkelle ja lämmitetyn ja kylmän putken välinen raja onnistui siirtymään kauas risteyksestä kahdessa minuutissa. Nyt vedestä. Toimimme kuuma- ja puolilämmitetyn astian käsitteillä. Kuumassa astiassa kuumien, erittäin liikkuvien hiukkasten ja hitaasti liikkuvien, kylmien hiukkasten välille muodostuu kapea lämpötilaraja, joka liikkuu suhteellisen nopeasti reunalta keskustaan, koska tällä rajalla nopeat hiukkaset luovuttavat nopeasti energiansa (viileä ) rajan toisella puolella olevilla hiukkasilla. Koska ulompien kylmien hiukkasten tilavuus on suurempi, nopeat hiukkaset, jotka luopuvat lämpöenergiastaan, eivät voi merkittävästi lämmittää ulompia kylmiä hiukkasia. Siksi kuuman veden jäähdytysprosessi tapahtuu suhteellisen nopeasti. Puolikuumennetulla vedellä on puolestaan ​​paljon pienempi lämmönjohtavuus, ja puolikuumennetun ja kylmän hiukkasen välisen rajan leveys on paljon leveämpi. Siirtyminen niin leveän rajan keskelle tapahtuu paljon hitaammin kuin kuuman astian tapauksessa. Tämän seurauksena kuuma astia jäähtyy nopeammin kuin lämmin. Mielestäni on välttämätöntä seurata erilämpöisten vesien jäähtymisprosessin dynamiikkaa sijoittamalla useita lämpötila-antureita astian keskeltä reunaan.

Max , 19.11.2016 05:07

Se on todennettu: Jamalissa pakkasessa kuuman veden putki jäätyy ja sitä pitää lämmittää, mutta ei kylmää!

Artem, 09.12.2016 01:25

Se on vaikeaa, mutta mielestäni kylmä vesi on tiheämpää kuin kuuma vesi, jopa parempi kuin keitetty vesi, ja sitten jäähtyminen kiihtyy, ts. kuuma vesi saavuttaa kylmän lämpötilan ja ohittaa sen, ja koska kuuma vesi jäätyy alhaalta eikä ylhäältä kuten yllä kirjoitettu, tämä nopeuttaa prosessia huomattavasti!

Aleksanteri Sergejev, 21.08.2017 10:52

Sellaista vaikutusta ei ole. Valitettavasti. Vuonna 2016 aiheesta julkaistiin yksityiskohtainen artikkeli Naturessa: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Siitä selviää, että jos kokeet tehdään huolellisesti (jos lämpimän ja kylmän veden näytteet ovat sama kaikessa paitsi lämpötilassa), vaikutusta ei havaita .

Headlab, 22.8.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"Se todella on." - jos koulu ei ymmärtänyt mitä lämpökapasiteetti ja energian säilymislaki ovat. Se on helppo tarkistaa - tähän tarvitset: halun, pään, kädet, vettä, jääkaapin ja herätyskellon. Ja luistinradat, kuten asiantuntijat kirjoittavat, jäädytetään (täytetään) kylmällä vedellä, ja lämpimällä vedellä ne tasoittavat leikatun jään. Ja talvella sinun on kaada pesunestesäiliöön pakkasnestettä, ei vettä. Vesi jäätyy joka tapauksessa, ja kylmä vesi jäätyy nopeammin.

Irina, 23.1.2018 10:58

Tiedemiehet kaikkialla maailmassa ovat kamppailleet tämän paradoksin kanssa Aristoteleen ajoista lähtien, ja Viktor, Zavlab ja Sergeev osoittautuivat älykkäimmiksi.

Denis, 1.2.2018 08:51

Kaikki on oikein artikkelissa. Mutta syy on hieman erilainen. Kiehumisprosessissa siihen liuennut ilma haihtuu vedestä, joten kiehuvan veden jäähtyessä sen tiheys on pienempi kuin saman lämpötilan raakaveden tiheys. Erilaiselle lämmönjohtavuudelle ei ole muita syitä kuin erilainen tiheys.

Headlab, 1.3.2018 8:58 | päälaboratorio

Irina :), "koko maailman tutkijat" eivät taistele tätä "paradoksia", todellisille tutkijoille tätä "paradoksia" ei yksinkertaisesti ole olemassa - tämä on helppo tarkistaa hyvin toistettavissa olosuhteissa. "Paradoksi" ilmestyi afrikkalaisen pojan Mpemban toistamattomien kokeiden seurauksena, ja samanlaiset "tieteilijät" paisuivat sitä :)

Tässä artikkelissa tarkastellaan, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Kuumennettu vesi jäätyy paljon nopeammin kuin kylmä vesi! Tämä veden hämmästyttävä ominaisuus, jonka tarkkaa selitystä tiedemiehet eivät vieläkään löydä, on tunnettu muinaisista ajoista lähtien. Esimerkiksi jopa Aristoteleessa on kuvaus talvikalastuksesta: kalastajat työnsivät vavat jäässä oleviin reikiin, ja jotta ne jäätyisivät nopeammin, he kaatoivat lämmintä vettä jäälle. Tämän ilmiön nimi nimettiin Erasto Mpemban mukaan 1900-luvun 60-luvulla. Mnemba huomasi oudon vaikutuksen jäätelöä tehdessään ja kääntyi fysiikan opettajansa tohtori Denis Osbornen puoleen saadakseen selityksen. Mpemba ja tohtori Osborne kokeilivat vettä eri lämpötiloissa ja päättelivät, että melkein kiehuva vesi alkaa jäätyä paljon nopeammin kuin vesi huoneenlämpötilassa. Muut tutkijat ovat tehneet omia kokeitaan ja joka kerta he ovat saaneet samanlaisia ​​tuloksia.

Fysikaalisen ilmiön selitys

Ei ole yleisesti hyväksyttyä selitystä sille, miksi näin tapahtuu. Monet tutkijat ehdottavat, että kyse on nesteen alijäähdytyksestä, joka tapahtuu, kun sen lämpötila laskee jäätymisen alapuolelle. Toisin sanoen, jos vesi jäätyy alle 0 °C:n lämpötilassa, alijäähdytetyn veden lämpötila voi olla esimerkiksi -2 °C ja se voi silti pysyä nesteenä muuttumatta jääksi. Kun yritämme jäädyttää kylmää vettä, on mahdollista, että se alijäähtyy aluksi ja kovettuu vasta jonkin ajan kuluttua. Lämmitetyssä vedessä tapahtuu muita prosesseja. Sen nopeampi muuttuminen jääksi liittyy konvektioon.

Konvektio- Tämä on fysikaalinen ilmiö, jossa nesteen lämpimät alemmat kerrokset nousevat ja ylemmät, jäähtyneet, putoavat.

21.11.2017 11.10.2018 Aleksanteri Firtsev

« Kumpi vesi jäätyy nopeammin kylmänä vai kuumana?”- yritä kysyä ystäviltäsi kysymys, todennäköisesti useimmat vastaavat, että kylmä vesi jäätyy nopeammin - ja tekevät virheen.

Itse asiassa, jos laitat pakastimeen samanaikaisesti kaksi samanmuotoista ja tilavuudeltaan samanlaista astiaa, joista toinen sisältää kylmää vettä ja toinen kuumaa, kuuma vesi jäätyy nopeammin.

Tällainen lausunto voi tuntua absurdilta ja kohtuuttomalta. Loogisesti ajatellen kuuman veden tulee ensin jäähtyä kylmään lämpötilaan, ja kylmän veden pitäisi muuttua jo tässä vaiheessa jääksi.

Joten miksi kuuma vesi ohittaa kylmän veden matkalla jäätymään? Yritetään selvittää se.

Havaintojen ja tutkimuksen historia

Ihmiset ovat havainneet paradoksaalista vaikutusta muinaisista ajoista lähtien, mutta kukaan ei kiinnittänyt sille suurta merkitystä. Joten epäjohdonmukaisuudet kylmän ja kuuman veden jäätymisnopeudessa panivat muistiinpanoihinsa Arestotel, samoin kuin Rene Descartes ja Francis Bacon. Epätavallinen ilmiö ilmeni usein jokapäiväisessä elämässä.

Pitkään aikaan ilmiötä ei tutkittu millään tavalla, eikä se herättänyt suurta kiinnostusta tutkijoiden keskuudessa.

Epätavallisen vaikutuksen tutkiminen alkoi vuonna 1963, kun utelias tansanialainen opiskelija Erasto Mpemba huomasi, että kuuma jäätelömaito jäätyy nopeammin kuin kylmä maito. Toivoen saavansa selityksen epätavallisen vaikutuksen syistä nuori mies kysyi fysiikan opettajaltaan koulussa. Opettaja kuitenkin vain nauroi hänelle.

Mpemba toisti myöhemmin kokeen, mutta kokeessaan hän ei enää käyttänyt maitoa, vaan vettä, ja paradoksaalinen vaikutus toistettiin uudelleen.

Kuusi vuotta myöhemmin, vuonna 1969, Mpemba esitti tämän kysymyksen fysiikan professori Dennis Osbornelle, joka tuli hänen kouluunsa. Professori oli kiinnostunut nuoren miehen havainnosta, minkä seurauksena suoritettiin koe, joka vahvisti vaikutuksen olemassaolon, mutta tämän ilmiön syitä ei voitu vahvistaa.

Siitä lähtien ilmiötä on kutsuttu ns Mpemba vaikutus.

Tieteellisten havaintojen historian aikana ilmiön syistä on esitetty monia hypoteeseja.

Joten vuonna 2012 British Royal Society of Chemistry julistaisi hypoteesikilpailun Mpemba-ilmiön selittämiseksi. Kilpailuun osallistui tutkijoita kaikkialta maailmasta, yhteensä 22 000 tieteellistä artikkelia rekisteröitiin. Huolimatta niin vaikuttavasta määrästä artikkeleita, mikään niistä ei selventänyt Mpemba-paradoksia.

Yleisin oli versio, jonka mukaan kuuma vesi jäätyy nopeammin, koska se yksinkertaisesti haihtuu nopeammin, sen tilavuus pienenee ja tilavuuden pienentyessä sen jäähdytysnopeus kasvaa. Yleisin versio lopulta kumottiin, koska tehtiin koe, jossa haihtuminen suljettiin pois, mutta vaikutus kuitenkin vahvistettiin.

Muut tutkijat uskoivat, että syynä Mpemba-ilmiöön on veteen liuenneiden kaasujen haihtuminen. Heidän mielestään lämmitysprosessin aikana veteen liuenneet kaasut haihtuvat, minkä vuoksi se saavuttaa suuremman tiheyden kuin kylmä vesi. Kuten tiedetään, tiheyden kasvu johtaa veden fysikaalisten ominaisuuksien muutokseen (lämmönjohtavuuden kasvuun) ja siten jäähdytysnopeuden kasvuun.

Lisäksi on esitetty useita hypoteeseja, jotka kuvaavat veden kiertonopeutta lämpötilan funktiona. Monissa tutkimuksissa yritettiin selvittää niiden säiliöiden materiaalien välistä suhdetta, joissa neste oli. Monet teoriat vaikuttivat erittäin uskottavilta, mutta niitä ei voitu vahvistaa tieteellisesti, koska lähtötietojen puute, ristiriidat muissa kokeissa tai johtuen siitä, että tunnistetut tekijät eivät yksinkertaisesti olleet verrattavissa veden jäähtymisnopeuteen. Jotkut tutkijat töissään kyseenalaistivat vaikutuksen olemassaolon.

Vuonna 2013 Singaporen Nanyangin teknillisen yliopiston tutkijat väittivät ratkaisseensa Mpemba-ilmiön mysteerin. Heidän tutkimuksensa mukaan ilmiön syynä on se, että kylmän ja kuuman veden molekyylien välisiin vetysidoksiin varastoidun energian määrä vaihtelee merkittävästi.

Tietokonesimulaatiomenetelmät ovat osoittaneet seuraavat tulokset: mitä korkeampi veden lämpötila on, sitä suurempi on molekyylien välinen etäisyys johtuen siitä, että hylkivät voimat kasvavat. Tämän seurauksena molekyylien vetysidokset venyvät ja varastoivat enemmän energiaa. Jäähtyessään molekyylit alkavat lähestyä toisiaan vapauttaen energiaa vetysidoksista. Tässä tapauksessa energian vapautumiseen liittyy lämpötilan lasku.

Lokakuussa 2017 espanjalaiset fyysikot saivat toisen tutkimuksen aikana selville, että vaikutuksen muodostumisessa on suuri rooli aineen poistamisella tasapainosta (voimakas kuumennus ennen voimakasta jäähdytystä). He määrittelivät olosuhteet, joissa vaikutuksen todennäköisyys on suurin. Lisäksi espanjalaiset tutkijat ovat vahvistaneet käänteisen Mpemba-ilmiön olemassaolon. He havaitsivat, että kuumennettaessa kylmempi näyte voi saavuttaa korkean lämpötilan nopeammin kuin lämmin.

Kattavasta tiedosta ja lukuisista kokeista huolimatta tutkijat aikovat jatkaa vaikutuksen tutkimista.

Mpemba vaikutus tosielämässä

Oletko koskaan miettinyt, miksi talvella luistinrata on täynnä kuumaa vettä eikä kylmää? Kuten jo ymmärsit, he tekevät tämän, koska kuumalla vedellä täytetty luistinrata jäätyy nopeammin kuin jos se olisi täytetty kylmällä vedellä. Samasta syystä talvien jääkaupunkien liukumäet kaadetaan kuumalla vedellä.

Näin ollen tieto ilmiön olemassaolosta säästää aikaa valmistellessaan paikkoja talviurheiluun.

Lisäksi Mpemba-ilmiötä käytetään joskus teollisuudessa - vettä sisältävien tuotteiden, aineiden ja materiaalien jäätymisajan lyhentämiseen.