पानी तुरन्त जम जाता है। गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है

इस लेख में हम इस सवाल पर गौर करेंगे कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।

गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमता है! पानी का यह अद्भुत गुण, जिसके लिए वैज्ञानिक अभी भी सटीक स्पष्टीकरण नहीं खोज पाए हैं, प्राचीन काल से जाना जाता है। उदाहरण के लिए, अरस्तू में भी, शीतकालीन मछली पकड़ने का वर्णन है: मछुआरों ने मछली पकड़ने की छड़ें बर्फ में छेद में डालीं, और, ताकि वे जम सकें, बर्फ पर गर्म पानी डाला। इस घटना का नाम XX सदी के 60 के दशक में एरास्टो मपेम्बा के नाम से दिया गया था। जब वे आइसक्रीम तैयार कर रहे थे, तब मेनेम्बा ने एक अजीब प्रभाव देखा, और स्पष्टीकरण के लिए अपने भौतिकी शिक्षक डॉ डेनिस ओसबोर्न की ओर रुख किया। मपेम्बा और डॉ. ओसबोर्न ने विभिन्न तापमानों के पानी के साथ प्रयोग किया और निष्कर्ष निकाला कि लगभग उबलता पानी कमरे के तापमान पर पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमने लगता है। अन्य वैज्ञानिकों ने अपने स्वयं के प्रयोग चलाए और हर बार समान परिणाम प्राप्त किए।

भौतिक घटना की व्याख्या

ऐसा क्यों हो रहा है, इसकी कोई आम तौर पर स्वीकृत व्याख्या नहीं है। कई शोधकर्ताओं का सुझाव है कि यह सब तरल के हाइपोथर्मिया के बारे में है, जो तब होता है जब इसका तापमान हिमांक से नीचे चला जाता है। दूसरे शब्दों में, यदि पानी 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर जम जाता है, तो सुपरकूल्ड पानी का तापमान हो सकता है, उदाहरण के लिए, -2 डिग्री सेल्सियस और साथ ही बर्फ में बदले बिना तरल रहता है। जब हम ठंडे पानी को फ्रीज करने की कोशिश करते हैं, तो संभावना है कि यह पहले सुपरकूल हो जाएगा और थोड़ी देर बाद ही सख्त हो जाएगा। अन्य प्रक्रियाएं गर्म पानी में होती हैं। बर्फ में इसका तेजी से परिवर्तन संवहन से जुड़ा है।

कंवेक्शन- यह एक भौतिक घटना है जिसमें तरल की गर्म निचली परतें ऊपर उठती हैं, और ऊपरी, ठंडी परतें गिरती हैं।

यह स्पष्ट प्रतीत होता है कि ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से जमता है, क्योंकि समान परिस्थितियों में गर्म पानी को ठंडा होने और बाद में जमने में अधिक समय लगता है। हालांकि, सहस्राब्दी टिप्पणियों के साथ-साथ आधुनिक प्रयोगों से पता चला है कि विपरीत भी सच है: कुछ शर्तों के तहत, गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। साइंसियम इस घटना की व्याख्या करता है:

जैसा कि ऊपर दिए गए वीडियो में बताया गया है, ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के तेजी से जमने की घटना को मपेम्बा प्रभाव के रूप में जाना जाता है, जिसका नाम तंजानिया के एक छात्र एरास्टो मपेम्बा के नाम पर रखा गया है, जिसने 1963 में एक स्कूल प्रोजेक्ट के हिस्से के रूप में आइसक्रीम बनाई थी। छात्रों को क्रीम और चीनी के मिश्रण को उबालना था, इसे ठंडा होने देना था और फिर फ्रीजर में रख देना था।

इसके बजाय, एरास्टो ने अपने मिश्रण को तुरंत, गर्म, ठंडा होने की प्रतीक्षा किए बिना डाल दिया। नतीजतन, 1.5 घंटे के बाद, उसका मिश्रण पहले से ही जम गया था, लेकिन अन्य छात्रों के मिश्रण नहीं थे। घटना से प्रेरित होकर, Mpemba ने भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न के साथ इस मुद्दे का अध्ययन करना शुरू किया, और 1969 में उन्होंने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें कहा गया था कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। यह इस तरह का पहला सहकर्मी-समीक्षा वाला अध्ययन था, लेकिन इस घटना का उल्लेख अरस्तू के पत्रों में किया गया है, जो ईसा पूर्व चौथी शताब्दी का है। इ। फ्रांसिस बेकन और डेसकार्टेस ने भी अपने अध्ययन में इस घटना का उल्लेख किया।

क्या हो रहा है यह समझाने के लिए वीडियो कई विकल्पों को सूचीबद्ध करता है:

फ्रॉस्ट एक ढांकता हुआ है, और इसलिए ठंढा ठंडा पानी गर्म गिलास की तुलना में बेहतर गर्मी का भंडारण करता है, जो इसके संपर्क में बर्फ को पिघला देता है
ठंडे पानी में गर्म पानी की तुलना में अधिक घुली हुई गैसें होती हैं, और शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि यह शीतलन दर में भूमिका निभा सकता है, हालांकि यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि कैसे
गर्म पानी वाष्पीकरण के कारण अधिक पानी के अणुओं को खो देता है, इसलिए जमने के लिए कम बचा है
संवहन धाराओं को बढ़ाकर गर्म पानी को तेजी से ठंडा किया जा सकता है। ये धाराएँ इसलिए उत्पन्न होती हैं, क्योंकि सबसे पहले गिलास में पानी को सतह और किनारों पर ठंडा किया जाता है, जिससे ठंडा पानी डूब जाता है और गर्म ऊपर उठ जाता है। एक गर्म गिलास में, संवहनी धाराएं अधिक सक्रिय होती हैं, जो शीतलन दर को प्रभावित कर सकती हैं।

हालांकि, 2016 में एक सावधानीपूर्वक नियंत्रित अध्ययन आयोजित किया गया था, जिसमें विपरीत दिखाया गया था: गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में बहुत धीमी गति से जम जाता है। उसी समय, वैज्ञानिकों ने देखा कि थर्मोकपल के स्थान को बदलने से - एक उपकरण जो तापमान में गिरावट को निर्धारित करता है - केवल एक सेंटीमीटर से Mpemba प्रभाव की उपस्थिति की ओर जाता है। इसी तरह के अन्य कार्यों के अध्ययन से पता चला है कि सभी मामलों में जब यह प्रभाव देखा गया था, तो एक सेंटीमीटर के भीतर थर्मोकपल का विस्थापन हुआ था।

ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री किसी को भी £ 1,000 का पुरस्कार दे रही है जो वैज्ञानिक रूप से समझा सकता है कि कुछ मामलों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।

"आधुनिक विज्ञान अभी भी इस प्रतीत होने वाले सरल प्रश्न का उत्तर नहीं दे सकता है। आइसक्रीम बनाने वाले और बारटेंडर अपने दिन-प्रतिदिन के काम में इस प्रभाव का उपयोग करते हैं, लेकिन वास्तव में कोई नहीं जानता कि यह क्यों काम करता है। यह समस्या सहस्राब्दियों से जानी जाती है, अरस्तू और डेसकार्टेस जैसे दार्शनिकों ने इसके बारे में सोचा है, ”ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री के अध्यक्ष प्रोफेसर डेविड फिलिप्स ने सोसाइटी से एक प्रेस विज्ञप्ति में उद्धृत किया।

कैसे अफ्रीका के एक रसोइए ने एक ब्रिटिश भौतिकी के प्रोफेसर को हराया

यह कोई अप्रैल फूल का मजाक नहीं है, बल्कि एक कठोर भौतिक वास्तविकता है। वर्तमान विज्ञान, जो आसानी से आकाशगंगाओं और ब्लैक होल के साथ काम करता है, क्वार्क और बोसॉन की खोज के लिए विशाल त्वरक बनाता है, यह नहीं समझा सकता कि प्राथमिक पानी कैसे "काम करता है"। एक स्कूल की पाठ्यपुस्तक में स्पष्ट रूप से कहा गया है कि एक गर्म शरीर को ठंडे शरीर की तुलना में ठंडा होने में अधिक समय लगता है। लेकिन पानी के लिए इस नियम का हमेशा पालन नहीं किया जाता है। ईसा पूर्व चौथी शताब्दी में अरस्तू ने इस विरोधाभास की ओर ध्यान आकर्षित किया। इ। यह वही है जो प्राचीन यूनानी ने Meteorologica I पुस्तक में लिखा था: "तथ्य यह है कि पानी पहले से गरम होता है, यह जम जाता है। इसलिए, बहुत से लोग, जब वे गर्म पानी को जल्दी से ठंडा करना चाहते हैं, तो पहले इसे धूप में रखें ... ”मध्य युग में, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना को समझाने की कोशिश की। काश, न तो महान दार्शनिक, और न ही शास्त्रीय तापीय भौतिकी विकसित करने वाले कई वैज्ञानिक इसमें सफल हुए, और इसलिए यह असुविधाजनक तथ्य लंबे समय तक "भूल गया"।

और केवल 1968 में उन्होंने तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा को "याद" किया, जो किसी भी विज्ञान से दूर था। कला विद्यालय में पढ़ते समय, 1963 में, 13 वर्षीय Mpembe को आइसक्रीम बनाने का काम सौंपा गया था। तकनीक के अनुसार, दूध को उबालना, उसमें चीनी घोलना, कमरे के तापमान पर ठंडा करना और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रखना आवश्यक था। जाहिर है, Mpemba एक मेहनती छात्र नहीं था और झिझकता था। इस डर से कि पाठ के अंत तक वह समय पर नहीं होगा, उसने गर्म दूध को फ्रिज में रख दिया। उनके आश्चर्य के लिए, यह उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया, जो सभी नियमों के अनुसार तैयार किया गया था।

जब मपेम्बा ने अपनी खोज एक भौतिकी शिक्षक के साथ साझा की, तो उसने पूरी कक्षा के सामने उसका मज़ाक उड़ाया। Mpemba ने चोट को याद किया। पांच साल बाद, पहले से ही डार एस सलाम विश्वविद्यालय में एक छात्र, वह प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी डेनिस जी ओसबोर्न के एक व्याख्यान में था। व्याख्यान के बाद, उन्होंने वैज्ञानिक से एक प्रश्न पूछा: "यदि आप समान मात्रा में पानी के साथ दो समान कंटेनर लेते हैं, एक 35 डिग्री सेल्सियस (95 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर और दूसरा 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर, और उन्हें डाल दें फ्रीजर में, फिर एक गर्म कंटेनर में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" आप कल्पना कर सकते हैं कि एक ब्रिटिश प्रोफेसर की ईश्वर-त्याग तंजानिया के एक युवक के सवाल पर क्या प्रतिक्रिया हुई। उन्होंने छात्र का मजाक उड़ाया। हालांकि, Mpemba इस तरह के जवाब के लिए तैयार थी और उसने वैज्ञानिक को एक शर्त के लिए चुनौती दी। उनका विवाद एक प्रायोगिक परीक्षण के साथ समाप्त हुआ जिसने मपेम्बा की शुद्धता और ओसबोर्न की हार की पुष्टि की। तो शिष्य-रसोइया ने विज्ञान के इतिहास में अपना नाम अंकित कर लिया, और अब से इस घटना को "मपेम्बा प्रभाव" कहा जाता है। इसे त्यागने के लिए, यह घोषित करने के लिए कि "अस्तित्वहीन" काम नहीं करता है। घटना मौजूद है, और, जैसा कि कवि ने लिखा है, "दांतों के लिए नहीं।"

क्या धूल के कण और विलेय इसके लिए जिम्मेदार हैं?

वर्षों से, कई लोगों ने ठंडे पानी के रहस्य को जानने की कोशिश की है। इस घटना के लिए स्पष्टीकरण का एक पूरा गुच्छा प्रस्तावित किया गया है: वाष्पीकरण, संवहन, विलेय का प्रभाव - लेकिन इनमें से कोई भी कारक अंतिम नहीं माना जा सकता है। कई वैज्ञानिकों ने अपना पूरा जीवन Mpemba प्रभाव के लिए समर्पित कर दिया है। स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क के विकिरण सुरक्षा विभाग में, जेम्स ब्राउन्रिज एक दशक से अधिक समय से अपने खाली समय में विरोधाभास का अध्ययन कर रहे हैं। सैकड़ों प्रयोग करने के बाद, वैज्ञानिक ने हाइपोथर्मिया के "अपराध" के सबूत होने का दावा किया है। ब्राउनरिज बताते हैं कि 0 डिग्री सेल्सियस पर, पानी केवल सुपरकूल्ड होता है, और जब तापमान नीचे चला जाता है तो जमना शुरू हो जाता है। हिमांक को पानी में अशुद्धियों द्वारा नियंत्रित किया जाता है - वे बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण की दर को बदलते हैं। अशुद्धियाँ, और ये धूल के दाने, बैक्टीरिया और घुले हुए लवण हैं, उनके लिए एक विशिष्ट न्यूक्लिएशन तापमान होता है, जब क्रिस्टलीकरण के केंद्रों के आसपास बर्फ के क्रिस्टल बनते हैं। जब पानी में एक साथ कई तत्व होते हैं, तो हिमांक का निर्धारण उच्चतम न्यूक्लिएशन तापमान वाले द्वारा किया जाता है।

प्रयोग के लिए, ब्राउन्रिज ने एक ही तापमान के दो पानी के नमूने लिए और उन्हें फ्रीजर में रख दिया। उन्होंने पाया कि एक नमूना हमेशा दूसरे के सामने जम जाता है - संभवतः अशुद्धियों के एक अलग संयोजन के कारण।

ब्राउनरिज का दावा है कि पानी और फ्रीजर के बीच अधिक तापमान अंतर के कारण गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है - इससे ठंडे पानी के अपने प्राकृतिक हिमांक तक पहुंचने से पहले इसके हिमांक तक पहुंचने में मदद मिलती है, जो कि कम से कम 5 डिग्री सेल्सियस कम है।

हालाँकि, ब्राउन्रिज का तर्क कई सवाल उठाता है। इसलिए, जो अपने तरीके से Mpemba प्रभाव की व्याख्या कर सकते हैं, उनके पास ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसाइटी से एक हजार पाउंड के लिए प्रतिस्पर्धा करने का मौका है।

पानी असामान्य गुणों के साथ दुनिया के सबसे आश्चर्यजनक तरल पदार्थों में से एक है। उदाहरण के लिए, बर्फ तरल की एक ठोस अवस्था है, इसका विशिष्ट गुरुत्व पानी से कम होता है, जिसने पृथ्वी पर जीवन के उद्भव और विकास को कई मायनों में संभव बनाया है। इसके अलावा, छद्म वैज्ञानिक और यहां तक कि वैज्ञानिक दुनिया में भी चर्चा है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जो कोई भी कुछ शर्तों के तहत गर्म तरल पदार्थों को तेजी से जमने की पुष्टि करता है और वैज्ञानिक रूप से अपने निर्णय की पुष्टि करता है, उसे ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्स से £ 1000 का पुरस्कार मिलेगा।

मुद्दे का इतिहास

तथ्य यह है कि जब कई शर्तें पूरी होती हैं, तो ठंड की दर के मामले में गर्म पानी ठंडे पानी से तेज होता है, मध्य युग में वापस देखा गया था। फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना की व्याख्या करने के लिए बहुत कुछ किया है। हालांकि, शास्त्रीय हीटिंग इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, इस विरोधाभास की व्याख्या नहीं की जा सकती है, और उन्होंने इसके बारे में शरमाने की कोशिश की। विवाद को जारी रखने की प्रेरणा कुछ जिज्ञासु कहानी थी जो 1963 में तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा के साथ हुई थी। एक बार, रसोइयों के एक स्कूल में मिठाइयाँ बनाने के पाठ के दौरान, लड़के के पास बाहरी मामलों से विचलित होकर, आइसक्रीम के मिश्रण को समय पर ठंडा करने का समय नहीं था और दूध में चीनी का एक गर्म घोल फ्रीजर में डाल दिया। उनके आश्चर्य के लिए, आइसक्रीम बनाने के लिए तापमान शासन को देखते हुए, उत्पाद उनके साथी चिकित्सकों की तुलना में थोड़ा तेज ठंडा हुआ।

घटना के सार को समझने की कोशिश करते हुए, लड़के ने अपने भौतिकी शिक्षक की ओर रुख किया, जिसने विवरण में जाने के बिना, उसके पाक प्रयोगों का उपहास किया। हालाँकि, एरास्टो को गहरी दृढ़ता से प्रतिष्ठित किया गया था और अपने प्रयोगों को अब दूध के साथ नहीं, बल्कि पानी के साथ जारी रखा। वह आश्वस्त था कि कुछ मामलों में ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से जमता है।

दार एस सलाम विश्वविद्यालय में प्रवेश करने के बाद, एरास्टो मपेम्बे ने प्रोफेसर डेनिस जी. ओसबोर्न के एक व्याख्यान में भाग लिया। स्नातक स्तर की पढ़ाई के बाद, छात्र ने अपने तापमान के आधार पर पानी के जमने की दर की समस्या से वैज्ञानिक को हैरान कर दिया। डी.जी. ओसबोर्न ने प्रश्न के बहुत ही बयान का उपहास किया, यह कहते हुए कि कोई भी असफल छात्र जानता है कि ठंडा पानी तेजी से जम जाएगा। हालांकि युवक की नैसर्गिक जिद ने खुद को महसूस किया। उन्होंने एक प्रायोगिक परीक्षण करने के लिए, प्रयोगशाला में सुझाव देते हुए प्रोफेसर के साथ एक शर्त लगाई। एरास्टो ने पानी के दो कंटेनर फ्रीजर में रखे, एक को 95 डिग्री फ़ारेनहाइट (35 डिग्री सेल्सियस) और दूसरे को 212 डिग्री फ़ारेनहाइट (100 डिग्री सेल्सियस)। प्रोफेसर और आसपास के "प्रशंसकों" के आश्चर्य की कल्पना करें जब दूसरे कंटेनर में पानी तेजी से जम गया। तब से, इस घटना को "मपेम्बा विरोधाभास" कहा जाता है।

हालांकि, आज तक, "मपेम्बा विरोधाभास" की व्याख्या करने वाली कोई सुसंगत सैद्धांतिक परिकल्पना नहीं है। यह स्पष्ट नहीं है कि कौन से बाहरी कारक, पानी की रासायनिक संरचना, उसमें घुली हुई गैसों और खनिजों की उपस्थिति, विभिन्न तापमानों पर तरल पदार्थों के जमने की दर को प्रभावित करते हैं। "म्पेम्बा प्रभाव" का विरोधाभास यह है कि यह आई न्यूटन द्वारा खोजे गए कानूनों में से एक का खंडन करता है, जिसमें कहा गया है कि पानी का ठंडा समय तरल और पर्यावरण के बीच तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक है। और अगर अन्य सभी तरल पदार्थ पूरी तरह से इस कानून का पालन करते हैं, तो कुछ मामलों में पानी एक अपवाद है।

गर्म पानी तेजी से क्यों जमता हैटी

कई संस्करण हैं कि क्यों गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। मुख्य हैं:

गर्म पानी तेजी से वाष्पित हो जाता है, जबकि इसकी मात्रा कम हो जाती है, और तरल की एक छोटी मात्रा तेजी से ठंडी हो जाती है - जब पानी को + 100 डिग्री सेल्सियस से 0 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो वायुमंडलीय दबाव में वॉल्यूमेट्रिक नुकसान 15% तक पहुंच जाता है;
तरल और पर्यावरण के बीच गर्मी विनिमय की तीव्रता जितनी अधिक होती है, तापमान का अंतर उतना ही अधिक होता है, इसलिए उबलते पानी की गर्मी का नुकसान तेजी से होता है;
जब गर्म पानी ठंडा हो जाता है, तो इसकी सतह पर बर्फ की एक परत बन जाती है, जो तरल को पूरी तरह से जमने और वाष्पित होने से रोकती है;
पानी के उच्च तापमान पर, इसका संवहन मिश्रण होता है, जिससे ठंड का समय कम हो जाता है;
पानी में घुलने वाली गैसें हिमांक को कम करती हैं, क्रिस्टलीकरण के लिए ऊर्जा को दूर ले जाती हैं - गर्म पानी में कोई घुली हुई गैसें नहीं होती हैं।

इन सभी स्थितियों का बार-बार प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया है। विशेष रूप से, जर्मन वैज्ञानिक डेविड ऑरबैक ने पाया कि गर्म पानी का क्रिस्टलीकरण तापमान ठंडे पानी की तुलना में थोड़ा अधिक होता है, जिससे पूर्व के लिए तेजी से जमना संभव हो जाता है। हालांकि, बाद में उनके प्रयोगों की आलोचना की गई और कई वैज्ञानिकों का मानना है कि "मपेम्बा प्रभाव" जिसके बारे में पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, केवल कुछ शर्तों के तहत पुन: उत्पन्न किया जा सकता है, जिसकी खोज और विनिर्देश अब तक कोई भी नहीं लगा है।

ऐसे कई कारक हैं जो प्रभावित करते हैं कि कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, लेकिन सवाल खुद थोड़ा अजीब लगता है। यह निहित है, और यह भौतिकी से जाना जाता है, कि गर्म पानी को अभी भी ठंडा होने के लिए तुलनीय ठंडे पानी के तापमान को बर्फ में बदलने के लिए समय चाहिए। ठंडे पानी में, इस चरण को छोड़ा जा सकता है, और, तदनुसार, यह समय में जीत जाता है।

लेकिन इस सवाल का जवाब कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म - बाहर ठंढ में, उत्तरी अक्षांश के किसी भी निवासी को पता है। वास्तव में, वैज्ञानिक रूप से, यह पता चला है कि किसी भी मामले में, ठंडे पानी को बस तेजी से जमना चाहिए।

भौतिकी शिक्षक, जिसे 1963 में स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा द्वारा संपर्क किया गया था, यह समझाने के अनुरोध के साथ कि भविष्य की आइसक्रीम का ठंडा मिश्रण एक समान लेकिन गर्म से अधिक समय तक क्यों जमता है, उसी तरह से सोचा।

"यह विश्व भौतिकी नहीं है, बल्कि किसी प्रकार का Mpemba भौतिकी है"

उस समय, शिक्षक केवल इस पर हंसते थे, लेकिन एक भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न, जो एक समय में उसी स्कूल में रुकते थे जहां एरास्टो ने अध्ययन किया था, प्रयोगात्मक रूप से इस तरह के प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की, हालांकि इसके लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं था। 1969 में, एक लोकप्रिय वैज्ञानिक पत्रिका ने इन दो लोगों द्वारा एक संयुक्त लेख प्रकाशित किया, जिन्होंने इस अजीबोगरीब प्रभाव का वर्णन किया।

तब से, जिस सवाल का पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा - उसका अपना नाम है - मपेम्बा का प्रभाव, या विरोधाभास।

बहुत दिनों से उठ रहा था सवाल

स्वाभाविक रूप से, ऐसी घटना पहले भी हुई थी, और अन्य वैज्ञानिकों के कार्यों में इसका उल्लेख किया गया था। इस मुद्दे में न केवल स्कूली छात्र की दिलचस्पी थी, बल्कि रेने डेसकार्टेस और यहां तक कि अरस्तू ने भी अपने समय में इसके बारे में सोचा था।

यहाँ इस विरोधाभास को हल करने के लिए केवल दृष्टिकोण हैं जो बीसवीं शताब्दी के अंत में ही देखने लगे।

एक विरोधाभास होने की शर्तें

आइसक्रीम की तरह, यह केवल साधारण पानी नहीं है जो प्रयोग के दौरान जम जाता है। यह बहस शुरू करने के लिए कुछ शर्तें मौजूद होनी चाहिए कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। इस प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को क्या प्रभावित करता है?

अब, 21वीं सदी में, कई विकल्प सामने रखे गए हैं जो इस विरोधाभास की व्याख्या कर सकते हैं। कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, यह इस बात पर निर्भर हो सकता है कि इसकी वाष्पीकरण दर ठंडे पानी की तुलना में तेज है। इस प्रकार, इसकी मात्रा कम हो जाती है, और मात्रा में कमी के साथ, ठंड का समय कम हो जाता है यदि हम ठंडे पानी की समान प्रारंभिक मात्रा लेते हैं।

फ्रीजर को लंबे समय तक डीफ्रॉस्ट करें

कौन सा पानी तेजी से जमता है, और ऐसा क्यों होता है, यह बर्फ की परत से प्रभावित हो सकता है जो प्रयोग के लिए उपयोग किए जाने वाले रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर में पाया जा सकता है। यदि आप दो कंटेनर लेते हैं जो समान मात्रा में हैं, लेकिन उनमें से एक में गर्म पानी है, और दूसरे में ठंडा पानी है, तो गर्म पानी वाला कंटेनर उसके नीचे की बर्फ को पिघला देगा, जिससे दीवार के साथ थर्मल स्तर के संपर्क में सुधार होगा। फ्रिज। एक ठंडे पानी का कंटेनर ऐसा नहीं कर सकता। यदि रेफ्रिजरेटर के डिब्बे में बर्फ के साथ ऐसा कोई अस्तर नहीं है, तो ठंडे पानी को तेजी से जमना चाहिए।

ऊपर से नीचे

साथ ही, जिस परिघटना से पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, उसे इस प्रकार समझाया गया है। कुछ नियमों का पालन करते हुए, ठंडा पानी ऊपरी परतों से जमने लगता है, जब गर्म पानी इसे दूसरी तरह से करता है - यह नीचे से ऊपर तक जमने लगता है। इसी समय, यह पता चला है कि ठंडे पानी, पहले से ही बर्फ के साथ एक ठंडी परत होने के कारण, संवहन और थर्मल विकिरण की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, जिससे यह समझा जाता है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। शौकिया प्रयोगों से फोटो संलग्न है, और यह यहाँ स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहा है।

गर्मी बाहर जाती है, ऊपर की ओर झुकती है, और वहाँ यह बहुत ठंडी परत से मिलती है। गर्मी विकिरण के लिए कोई मुक्त मार्ग नहीं है, इसलिए शीतलन प्रक्रिया कठिन हो जाती है। गर्म पानी के रास्ते में ऐसी कोई बाधा नहीं है। कौन सा तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म, जिस पर संभावित परिणाम निर्भर करता है, आप इस उत्तर का विस्तार इस तथ्य से कर सकते हैं कि किसी भी पानी में कुछ पदार्थ घुले होते हैं।

परिणाम को प्रभावित करने वाले कारक के रूप में पानी में अशुद्धियाँ

यदि आप धोखा नहीं देते हैं और उसी संरचना वाले पानी का उपयोग करते हैं, जहां कुछ पदार्थों की सांद्रता समान होती है, तो ठंडे पानी को तेजी से जमना चाहिए। लेकिन यदि ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जब घुले हुए रासायनिक तत्व केवल गर्म पानी में ही उपलब्ध होते हैं, और ठंडा पानी उनके पास नहीं होता है, तो गर्म पानी को पहले जमने का अवसर मिलता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पानी में विलेय क्रिस्टलीकरण केंद्र बनाते हैं, और इन केंद्रों की एक छोटी संख्या के साथ, पानी को ठोस अवस्था में बदलना मुश्किल है। पानी का अत्यधिक ठंडा होना इस अर्थ में भी संभव है कि शून्य से नीचे के तापमान पर यह तरल अवस्था में होगा।

लेकिन ये सभी संस्करण, जाहिरा तौर पर, पूरी तरह से वैज्ञानिकों के अनुरूप नहीं थे और उन्होंने इस मुद्दे पर काम करना जारी रखा। 2013 में, सिंगापुर में शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि उन्होंने एक सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है।

चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह का तर्क है कि इस प्रभाव का रहस्य ऊर्जा की मात्रा में निहित है जो पानी के अणुओं के बीच उसके बंधनों में जमा होती है, जिसे हाइड्रोजन बांड कहा जाता है।

चीनी वैज्ञानिकों से सुराग

इसके बाद जानकारी आती है, जिसे समझने के लिए रसायन विज्ञान में कुछ ज्ञान होना आवश्यक है ताकि यह पता लगाया जा सके कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जैसा कि आप जानते हैं, इसमें दो H (हाइड्रोजन) परमाणु और एक O (ऑक्सीजन) परमाणु होते हैं, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

लेकिन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणु भी पड़ोसी अणुओं की ओर, उनके ऑक्सीजन घटक की ओर आकर्षित होते हैं। इन्हीं बंधों को हाइड्रोजन आबंध कहते हैं।

यह याद रखना चाहिए कि उसी समय, पानी के अणु एक दूसरे के प्रति प्रतिकारक होते हैं। वैज्ञानिकों ने नोट किया कि जब पानी गर्म होता है, तो उसके अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, और यह प्रतिकारक शक्तियों के कारण होता है। यह पता चला है कि ठंडी अवस्था में अणुओं के बीच एक दूरी पर कब्जा करने से, कोई कह सकता है कि वे खिंचाव करते हैं, और उनके पास ऊर्जा की अधिक आपूर्ति होती है। यह ऊर्जा का भंडार है जो तब निकलता है जब पानी के अणु एक दूसरे के पास आने लगते हैं, यानी शीतलन होता है। यह पता चला है कि गर्म पानी में ऊर्जा की अधिक आपूर्ति, और शून्य से कम तापमान पर ठंडा होने पर इसकी अधिक रिहाई, ठंडे पानी की तुलना में तेजी से होती है, जिसमें ऐसी ऊर्जा कम होती है। तो कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म? सड़क पर और प्रयोगशाला में, Mpemba विरोधाभास होना चाहिए, और गर्म पानी तेजी से बर्फ में बदल जाना चाहिए।

लेकिन सवाल अभी भी खुला है

इस सुराग की केवल एक सैद्धांतिक पुष्टि है - यह सब सुंदर सूत्रों में लिखा गया है और प्रशंसनीय लगता है। लेकिन जब प्रायोगिक डेटा, जो पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, व्यावहारिक अर्थों में रखा जाता है, और उनके परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं, तो Mpemba विरोधाभास के प्रश्न को बंद माना जा सकता है।