पाणी त्वरित गोठते. थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठते

या लेखात आपण थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठते या प्रश्नाकडे पाहू.

थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त वेगाने गोठते! पाण्याची ही आश्चर्यकारक मालमत्ता, ज्यासाठी वैज्ञानिक अद्याप अचूक स्पष्टीकरण शोधू शकत नाहीत, प्राचीन काळापासून ज्ञात आहेत. उदाहरणार्थ, अॅरिस्टॉटलमध्येही, हिवाळ्यातील मासेमारीचे वर्णन आहे: मच्छिमारांनी बर्फाच्या छिद्रांमध्ये मासेमारीच्या रॉड्स घातल्या आणि ते गोठवण्याऐवजी बर्फावर उबदार पाणी ओतले. XX शतकाच्या 60 च्या दशकात या इंद्रियगोचरचे नाव इरास्टो म्पेम्बाच्या नावाने दिले गेले. आईस्क्रीम तयार करत असताना म्नेम्बाला एक विचित्र परिणाम दिसला आणि तो स्पष्टीकरणासाठी त्याचे भौतिकशास्त्र शिक्षक डॉ. डेनिस ऑस्बोर्न यांच्याकडे वळला. मपेम्बा आणि डॉ. ऑस्बोर्न यांनी वेगवेगळ्या तापमानाच्या पाण्यावर प्रयोग केले आणि असा निष्कर्ष काढला की जवळजवळ उकळलेले पाणी खोलीच्या तपमानावर असलेल्या पाण्यापेक्षा खूप वेगाने गोठू लागते. इतर शास्त्रज्ञांनी त्यांचे स्वतःचे प्रयोग केले आणि प्रत्येक वेळी समान परिणाम मिळाले.

भौतिक घटनेचे स्पष्टीकरण

हे का होत आहे याचे कोणतेही सामान्यतः स्वीकारलेले स्पष्टीकरण नाही. बर्‍याच संशोधकांनी असे सुचवले आहे की हे सर्व द्रवाच्या हायपोथर्मियाबद्दल आहे, जे त्याचे तापमान गोठणबिंदूच्या खाली गेल्यावर उद्भवते. दुसऱ्या शब्दांत, जर पाणी 0 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा कमी तापमानात गोठले तर सुपर कूल्ड पाण्याचे तापमान असू शकते, उदाहरणार्थ, -2 डिग्री सेल्सिअस आणि त्याच वेळी बर्फात न बदलता द्रव राहते. जेव्हा आपण थंड पाणी गोठवण्याचा प्रयत्न करतो, तेव्हा अशी शक्यता असते की ते प्रथम थंड होईल आणि काही काळानंतरच कडक होईल. इतर प्रक्रिया गरम पाण्यात घडतात. बर्फात त्याचे जलद रूपांतर संवहनाशी संबंधित आहे.

संवहन- ही एक भौतिक घटना आहे ज्यामध्ये द्रवाचे उबदार खालचे थर वाढतात आणि वरचे, थंड झालेले, खाली पडतात.

हे स्पष्ट दिसते की थंड पाणी गरम पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते, कारण समान परिस्थितीत गरम पाणी थंड होण्यास आणि नंतर गोठण्यास जास्त वेळ लागतो. तथापि, सहस्राब्दी निरीक्षणे, तसेच आधुनिक प्रयोगांनी दर्शविले आहे की उलट देखील सत्य आहे: विशिष्ट परिस्थितीत, गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते. सायन्सियम या घटनेचे स्पष्टीकरण देते:

वरील व्हिडिओमध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे, थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त वेगाने गोठण्याची घटना एमपेम्बा इफेक्ट म्हणून ओळखली जाते, इरास्टो म्पेम्बा या टांझानियन विद्यार्थ्याचे नाव आहे ज्याने 1963 मध्ये शाळेच्या प्रकल्पाचा भाग म्हणून आईस्क्रीम बनवले होते. विद्यार्थ्यांना मलई आणि साखर यांचे मिश्रण उकळून आणावे लागले, ते थंड होऊ द्या आणि नंतर फ्रीजरमध्ये ठेवा.

त्याऐवजी, इरास्टो त्याचे मिश्रण ताबडतोब, गरम, थंड होण्याची वाट न पाहता लावा. परिणामी, 1.5 तासांनंतर, त्याचे मिश्रण आधीच गोठले होते, परंतु इतर विद्यार्थ्यांचे मिश्रण नव्हते. या घटनेमुळे उत्सुकतेने, मपेम्बाने भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक डेनिस ऑस्बोर्न यांच्यासोबत या प्रकरणाचा अभ्यास करण्यास सुरुवात केली आणि त्यांनी 1969 मध्ये एक लेख प्रकाशित केला ज्यामध्ये म्हटले आहे की कोमट पाणी थंड पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने गोठते. हा असा पहिला समवयस्क-पुनरावलोकन केलेला अभ्यास होता, परंतु इंद्रियगोचर स्वतःच अ‍ॅरिस्टॉटलच्या कागदपत्रांमध्ये उल्लेख केला गेला आहे, जो इ.स.पू. चौथ्या शतकातील आहे. ई फ्रान्सिस बेकन आणि डेकार्टेस यांनीही त्यांच्या अभ्यासात ही घटना लक्षात घेतली.

व्हिडिओमध्ये काय घडत आहे हे स्पष्ट करण्यासाठी अनेक पर्यायांची सूची आहे:

1. फ्रॉस्ट एक डायलेक्ट्रिक आहे, आणि म्हणून दंव असलेले थंड पाणी उबदार काचेपेक्षा जास्त उष्णता साठवते, जे त्याच्या संपर्कात बर्फ वितळते.
2. कोमट पाण्यापेक्षा थंड पाण्यात जास्त विरघळणारे वायू असतात आणि संशोधकांचा असा अंदाज आहे की हे थंड होण्याच्या दरात भूमिका बजावू शकते, हे अद्याप स्पष्ट झालेले नाही.
3. बाष्पीभवनामुळे गरम पाणी जास्त पाण्याचे रेणू गमावते, त्यामुळे गोठण्यासाठी कमी शिल्लक राहते
4. संवहनी प्रवाह वाढवून उबदार पाणी जलद थंड केले जाऊ शकते. हे प्रवाह उद्भवतात कारण, सर्व प्रथम, काचेचे पाणी पृष्ठभागावर आणि बाजूंनी थंड होते, ज्यामुळे थंड पाणी बुडते आणि गरम वाढते. उबदार ग्लासमध्ये, संवहनी प्रवाह अधिक सक्रिय असतात, ज्यामुळे शीतलन दर प्रभावित होऊ शकतो.

तथापि, 2016 मध्ये काळजीपूर्वक नियंत्रित अभ्यास केला गेला, ज्याने उलट दर्शविले: गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा खूपच हळू गोठले. त्याच वेळी, शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आले की थर्मोकूपलचे स्थान बदलणे - तापमानातील घट निर्धारित करणारे उपकरण - फक्त एक सेंटीमीटरने एमपेम्बा प्रभाव दिसून येतो. इतर तत्सम कामांच्या अभ्यासातून असे दिसून आले की सर्व प्रकरणांमध्ये जेव्हा हा प्रभाव दिसून आला तेव्हा सेंटीमीटरच्या आत थर्मोकूपलचे विस्थापन होते.

ब्रिटीश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्री अशा कोणालाही £1,000 पुरस्कार देऊ करत आहे जो काही प्रकरणांमध्ये थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठवते हे वैज्ञानिकदृष्ट्या स्पष्ट करू शकेल.

“आधुनिक विज्ञान अजूनही या वरवर साध्या प्रश्नाचे उत्तर देऊ शकत नाही. आईस्क्रीम निर्माते आणि बारटेंडर त्यांच्या दैनंदिन कामात हा प्रभाव वापरतात, परंतु हे का कार्य करते हे कोणालाही ठाऊक नाही. ही समस्या हजारो वर्षांपासून ओळखली जात आहे, अॅरिस्टॉटल आणि डेकार्टेस सारख्या तत्त्वज्ञांनी याबद्दल विचार केला आहे, ”ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्रीचे अध्यक्ष, प्राध्यापक डेव्हिड फिलिप्स यांनी सोसायटीच्या एका प्रसिद्धीपत्रकात उद्धृत केले.

आफ्रिकेतील एका स्वयंपाकाने ब्रिटिश भौतिकशास्त्राच्या प्राध्यापकाचा कसा पराभव केला

हा एप्रिल फूलचा विनोद नसून कठोर भौतिक वास्तव आहे. सध्याचे विज्ञान, जे आकाशगंगा आणि कृष्णविवरांवर सहजतेने कार्य करते, क्वार्क आणि बोसॉन शोधण्यासाठी विशाल प्रवेगक तयार करते, प्राथमिक पाणी "कसे कार्य करते" हे स्पष्ट करू शकत नाही. शालेय पाठ्यपुस्तकात स्पष्टपणे सांगितले आहे की थंड शरीरापेक्षा उबदार शरीराला थंड होण्यास जास्त वेळ लागतो. पण पाण्यासाठी हा कायदा नेहमीच पाळला जात नाही. ख्रिस्तपूर्व चौथ्या शतकात अॅरिस्टॉटलने या विरोधाभासाकडे लक्ष वेधले. ई हे प्राचीन ग्रीक लोकांनी Meteorologica I या पुस्तकात लिहिले आहे: “पाणी आधीच गरम केल्यामुळे ते गोठते. म्हणूनच, बर्‍याच लोकांना, जेव्हा त्यांना गरम पाणी त्वरीत थंड करायचे असेल तेव्हा ते प्रथम सूर्यप्रकाशात ठेवा ... ”मध्ययुगात, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी या घटनेचे स्पष्टीकरण देण्याचा प्रयत्न केला. अरेरे, महान तत्वज्ञानी किंवा शास्त्रीय थर्मल भौतिकशास्त्र विकसित करणारे असंख्य शास्त्रज्ञ यात यशस्वी झाले नाहीत आणि म्हणूनच ही गैरसोयीची वस्तुस्थिती बर्याच काळापासून "विसरली" गेली.

आणि केवळ 1968 मध्ये त्यांना "लक्षात" ठेवले, टांझानियामधील शाळकरी इरास्टो एमपेम्बा, कोणत्याही विज्ञानापासून दूर. आर्ट स्कूलमध्ये शिकत असताना, 1963 मध्ये, 13 वर्षांच्या एमपेम्बेला आईस्क्रीम बनवण्याची जबाबदारी देण्यात आली. तंत्रज्ञानानुसार, दूध उकळणे, त्यात साखर विरघळणे, खोलीच्या तपमानावर थंड करणे आणि नंतर ते फ्रीज करण्यासाठी रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवणे आवश्यक होते. वरवर पाहता, Mpemba एक मेहनती विद्यार्थी नव्हता आणि तो संकोच करत होता. धडा संपल्यावर तो वेळेत येणार नाही या भीतीने त्याने गरम दूध रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवले. आश्चर्य म्हणजे, ते सर्व नियमांनुसार तयार केलेल्या त्याच्या साथीदारांच्या दुधापेक्षाही आधी गोठले.

जेव्हा एमपेम्बाने त्याचा शोध भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाशी शेअर केला तेव्हा त्याने संपूर्ण वर्गासमोर त्याची खिल्ली उडवली. मपेम्बाला दुखावलेली आठवण झाली. पाच वर्षांनंतर, आधीच दार एस सलाम येथील विद्यापीठात विद्यार्थी, तो प्रसिद्ध भौतिकशास्त्रज्ञ डेनिस जी. ओसबोर्न यांच्या व्याख्यानात होता. व्याख्यानानंतर, त्यांनी शास्त्रज्ञाला एक प्रश्न विचारला: “जर तुम्ही समान प्रमाणात पाणी असलेले दोन समान कंटेनर घेतले, एक 35 ° से (95 ° फॅ) आणि दुसरा 100 ° से (212 ° फॅ) आणि ठेवा. फ्रीजरमध्ये, नंतर गरम कंटेनरमधील पाणी जलद गोठेल. का?" देवाने त्यागलेल्या टांझानियातील एका तरुणाच्या प्रश्नावर एका ब्रिटीश प्राध्यापकाच्या प्रतिक्रियेची तुम्ही कल्पना करू शकता. त्याने विद्यार्थ्याची चेष्टा केली. तथापि, एमपेम्बा अशा उत्तरासाठी तयार झाला आणि त्याने शास्त्रज्ञाला पैज लावण्याचे आव्हान दिले. त्यांचा वाद एका प्रायोगिक चाचणीने संपला ज्याने एमपेम्बाच्या अचूकतेची आणि ऑस्बोर्नच्या पराभवाची पुष्टी केली. म्हणून शिष्य-कुकने त्याचे नाव विज्ञानाच्या इतिहासात कोरले आणि यापुढे या घटनेला "एमपेम्बा प्रभाव" असे म्हणतात. ते टाकून देणे, "अस्तित्वात नसलेले" असे घोषित करणे कार्य करत नाही. इंद्रियगोचर अस्तित्वात आहे, आणि, कवीने लिहिल्याप्रमाणे, "दातांना नाही."

धूळ कण आणि द्रावण दोष आहेत?

वर्षानुवर्षे अनेकांनी गोठवणाऱ्या पाण्याचे रहस्य उलगडण्याचा प्रयत्न केला आहे. या घटनेसाठी स्पष्टीकरणांचा संपूर्ण समूह प्रस्तावित केला आहे: बाष्पीभवन, संवहन, विद्राव्यांचा प्रभाव - परंतु यापैकी कोणतेही घटक अंतिम मानले जाऊ शकत नाहीत. अनेक शास्त्रज्ञांनी त्यांचे संपूर्ण आयुष्य Mpemba प्रभावासाठी समर्पित केले आहे. स्टेट युनिव्हर्सिटी ऑफ न्यूयॉर्कच्या रेडिएशन सेफ्टी विभागामध्ये, जेम्स ब्राउनरिज एका दशकाहून अधिक काळ त्यांच्या फावल्या वेळेत विरोधाभासाचा अभ्यास करत आहेत. शेकडो प्रयोग आयोजित केल्यानंतर, शास्त्रज्ञ हायपोथर्मियाच्या "अपराध" चे पुरावे असल्याचा दावा करतात. ब्राउनरिज स्पष्ट करतात की 0 डिग्री सेल्सिअस तापमानात, पाणी फक्त थंड होते आणि जेव्हा तापमान खाली येते तेव्हा ते गोठण्यास सुरवात होते. अतिशीत बिंदू पाण्यातील अशुद्धतेद्वारे नियंत्रित केला जातो - ते बर्फाच्या क्रिस्टल्सच्या निर्मितीचा दर बदलतात. अशुद्धता, आणि हे धुळीचे दाणे, जीवाणू आणि विरघळलेले क्षार आहेत, त्यांच्यासाठी वैशिष्ट्यपूर्ण न्यूक्लिएशन तापमान असते, जेव्हा क्रिस्टलायझेशनच्या केंद्रांभोवती बर्फाचे क्रिस्टल्स तयार होतात. जेव्हा पाण्यात एकाच वेळी अनेक घटक असतात, तेव्हा अतिशीत न्यूक्लिएशन तापमान असलेल्या घटकाद्वारे गोठणबिंदू निर्धारित केला जातो.

प्रयोगासाठी, ब्राउनरिजने समान तापमानाचे दोन पाण्याचे नमुने घेतले आणि ते फ्रीझरमध्ये ठेवले. त्याला आढळले की एक नमुना नेहमी दुसऱ्याच्या आधी गोठतो - बहुधा अशुद्धतेच्या वेगळ्या संयोगामुळे.

ब्राउनरिजचा दावा आहे की पाणी आणि फ्रीझरमधील तापमानाच्या अधिक फरकामुळे गरम पाणी जलद थंड होते - हे थंड पाणी त्याच्या नैसर्गिक गोठणबिंदूपर्यंत पोहोचण्यापूर्वी त्याच्या गोठणबिंदूपर्यंत पोहोचण्यास मदत करते, जे किमान 5 ° से कमी आहे.

तथापि, ब्राउनरिजचे तर्क अनेक प्रश्न उपस्थित करतात. म्हणून, जे त्यांच्या स्वत: च्या मार्गाने Mpemba प्रभाव स्पष्ट करू शकतात त्यांना ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसायटीकडून हजार पौंडांसाठी स्पर्धा करण्याची संधी आहे.

असामान्य गुणधर्मांसह पाणी जगातील सर्वात आश्चर्यकारक द्रवांपैकी एक आहे. उदाहरणार्थ, बर्फ ही द्रवाची घन अवस्था आहे, त्याचे विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण पाण्यापेक्षा कमी आहे, ज्यामुळे पृथ्वीवरील जीवनाचा उदय आणि विकास अनेक बाबतीत शक्य झाला. याव्यतिरिक्त, छद्म-वैज्ञानिक, आणि अगदी वैज्ञानिक जगात, कोणते पाणी जलद गोठते याबद्दल चर्चा आहेत - गरम किंवा थंड. जो कोणी काही विशिष्ट परिस्थितीत गरम द्रवपदार्थ जलद गोठवण्याचे सिद्ध करतो आणि त्यांच्या निर्णयाला वैज्ञानिकदृष्ट्या सिद्ध करतो त्याला ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्टकडून £ 1000 चा पुरस्कार मिळेल.

समस्येचा इतिहास

जेव्हा अनेक अटी पूर्ण केल्या जातात तेव्हा थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी गोठवण्याच्या दराच्या बाबतीत वेगवान असते, हे मध्य युगात लक्षात आले. फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी या घटनेचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी खूप प्रयत्न केले आहेत. तथापि, शास्त्रीय हीटिंग अभियांत्रिकीच्या दृष्टिकोनातून, हा विरोधाभास स्पष्ट केला जाऊ शकत नाही आणि त्यांनी त्याबद्दल लाजाळूपणे शांत होण्याचा प्रयत्न केला. 1963 मध्ये टांझानियन शाळकरी एरास्टो एमपेम्बा याच्याशी घडलेली काहीशी जिज्ञासू कथा हा वाद सुरू ठेवण्याची प्रेरणा होती. एकदा, स्वयंपाकाच्या शाळेत मिष्टान्न बनवण्याच्या धड्यादरम्यान, बाहेरील गोष्टींमुळे विचलित झालेल्या मुलाला, वेळेवर आइस्क्रीमचे मिश्रण थंड करण्यास आणि दुधात साखरेचे गरम द्रावण फ्रीझरमध्ये ठेवण्यास वेळ मिळाला नाही. त्याच्या आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, आईस्क्रीम बनवण्याच्या तापमानाच्या नियमांचे निरीक्षण करून उत्पादन त्याच्या सहकारी अभ्यासकांच्या तुलनेत थोडे वेगाने थंड झाले.

घटनेचे सार समजून घेण्याचा प्रयत्न करून, मुलगा त्याच्या भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाकडे वळला, ज्याने तपशीलात न जाता, त्याच्या पाककृती प्रयोगांची थट्टा केली. तथापि, इरास्टो हे हेवा करण्यायोग्य चिकाटीने ओळखले गेले आणि त्यांनी यापुढे दुधावर नव्हे तर पाण्याने त्याचे प्रयोग चालू ठेवले. त्याला खात्री होती की काही प्रकरणांमध्ये गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते.

दार एस सलाम विद्यापीठात प्रवेश केल्यानंतर, इरास्टो एमपेम्बे यांनी प्राध्यापक डेनिस जी. ओसबोर्न यांच्या व्याख्यानाला हजेरी लावली. पदवीनंतर, विद्यार्थ्याने शास्त्रज्ञांना त्याच्या तापमानानुसार पाणी गोठण्याच्या दराच्या समस्येने गोंधळात टाकले. डी.जी. ऑस्बोर्नने प्रश्नाच्या विधानाची खिल्ली उडवली आणि असे म्हटले की कोणत्याही अनुत्तीर्ण विद्यार्थ्याला हे माहित असते की थंड पाणी वेगाने गोठते. मात्र, तरुणाच्या नैसर्गिक जिद्दीचा प्रत्यय आला. प्रयोगशाळेत प्रायोगिक चाचणी घेण्याचे सुचवून त्याने प्राध्यापकाशी पैज लावली. इरास्टोने फ्रीझरमध्ये पाण्याचे दोन कंटेनर ठेवले, एक 95°F (35°C) आणि दुसरे 212°F (100°C). दुसऱ्या कंटेनरमधील पाणी वेगाने गोठले तेव्हा प्राध्यापक आणि आजूबाजूच्या "चाहत्या" च्या आश्चर्याची कल्पना करा. तेव्हापासून, या घटनेला "एमपेम्बा विरोधाभास" म्हणतात.

तथापि, आजपर्यंत, "एमपेम्बा विरोधाभास" चे स्पष्टीकरण देणारी कोणतीही सुसंगत सैद्धांतिक परिकल्पना नाही. कोणते बाह्य घटक, पाण्याची रासायनिक रचना, त्यात विरघळलेल्या वायू आणि खनिजांची उपस्थिती, वेगवेगळ्या तापमानात द्रव गोठवण्याच्या दरावर परिणाम करतात हे स्पष्ट नाही. "एमपेम्बा इफेक्ट" चा विरोधाभास असा आहे की तो I. न्यूटनने शोधलेल्या नियमांपैकी एकाचा विरोध करतो, ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की पाण्याचा थंड होण्याचा वेळ द्रव आणि वातावरणातील तापमानाच्या फरकाशी थेट प्रमाणात असतो. आणि जर इतर सर्व द्रव पूर्णपणे या कायद्याचे पालन करतात, तर काही प्रकरणांमध्ये पाणी अपवाद आहे.

गरम पाणी जलद गोठते काट

गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा जलद गोठवण्याचे अनेक आवृत्त्या आहेत. मुख्य आहेत:

• गरम पाणी जलद बाष्पीभवन होते, जेव्हा त्याचे प्रमाण कमी होते आणि लहान प्रमाणात द्रव वेगाने थंड होतो - जेव्हा पाणी + 100 ° C ते 0 ° C पर्यंत थंड केले जाते, तेव्हा वातावरणीय दाबाने व्हॉल्यूमेट्रिक नुकसान 15% पर्यंत पोहोचते;
• द्रव आणि वातावरण यांच्यातील उष्णतेच्या देवाणघेवाणीची तीव्रता जास्त असते, तापमानातील फरक जितका जास्त असतो, त्यामुळे उकळत्या पाण्याचे उष्णतेचे नुकसान वेगाने होते;
• जेव्हा गरम पाणी थंड होते, तेव्हा त्याच्या पृष्ठभागावर बर्फाचा कवच तयार होतो, ज्यामुळे द्रव पूर्णपणे गोठण्यास आणि बाष्पीभवन होण्यापासून प्रतिबंधित होते;
• पाण्याच्या उच्च तपमानावर, त्याचे संवहन मिश्रण होते, ज्यामुळे गोठण्याची वेळ कमी होते;
• पाण्यात विरघळलेले वायू अतिशीत बिंदू कमी करतात, क्रिस्टलायझेशनसाठी ऊर्जा काढून घेतात - गरम पाण्यात विरघळलेले वायू नाहीत.

या सर्व परिस्थितींची प्रायोगिकरित्या वारंवार चाचणी केली गेली आहे. विशेषतः, जर्मन शास्त्रज्ञ डेव्हिड ऑरबाख यांना आढळले की गरम पाण्याचे क्रिस्टलायझेशन तापमान थंड पाण्यापेक्षा किंचित जास्त आहे, ज्यामुळे पूर्वीचे जलद गोठणे शक्य होते. तथापि, नंतर त्याच्या प्रयोगांवर टीका झाली आणि बर्याच शास्त्रज्ञांना खात्री आहे की "एमपेम्बा प्रभाव" ज्याबद्दल पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड, केवळ विशिष्ट परिस्थितींमध्येच पुनरुत्पादित केले जाऊ शकते, ज्याचा शोध आणि तपशील आतापर्यंत कोणीही गुंतलेले नाही.

कोणते पाणी जलद, गरम किंवा थंड होते यावर प्रभाव टाकणारे अनेक घटक आहेत, परंतु प्रश्न स्वतःच थोडा विचित्र वाटतो. हे निहित आहे, आणि भौतिकशास्त्रावरून हे ज्ञात आहे की, गरम पाण्याला बर्फात बदलण्यासाठी थंड पाण्याच्या तपमानापर्यंत थंड होण्यासाठी अजूनही वेळ लागतो. थंड पाण्यात, हा टप्पा वगळला जाऊ शकतो आणि त्यानुसार, तो वेळेत जिंकतो.

परंतु कोणते पाणी जलद गोठते या प्रश्नाचे उत्तर - थंड किंवा गरम - दंव बाहेर, उत्तर अक्षांशातील कोणत्याही रहिवाशांना माहित आहे. खरं तर, वैज्ञानिकदृष्ट्या, हे दिसून येते की कोणत्याही परिस्थितीत, थंड पाणी फक्त जलद गोठले पाहिजे.

1963 मध्ये शाळकरी मुलगा इरास्टो एमपेम्बा याने भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाशी संपर्क साधला होता आणि भविष्यातील आइस्क्रीमचे थंड मिश्रण सारख्याच परंतु गरमपेक्षा जास्त काळ का गोठते हे स्पष्ट करण्यासाठी विनंती केली होती.

"हे जागतिक भौतिकशास्त्र नाही, तर काही प्रकारचे एमपेम्बा भौतिकशास्त्र आहे"

त्या वेळी, शिक्षक फक्त यावर हसले, परंतु भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक डेनिस ओसबोर्न, जे एकेकाळी इरास्टो ज्या शाळेत शिकले होते त्याच शाळेत थांबले, त्यांनी प्रायोगिकपणे अशा प्रभावाच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, जरी तेव्हा याचे कोणतेही स्पष्टीकरण नव्हते. 1969 मध्ये, एका लोकप्रिय वैज्ञानिक नियतकालिकाने या दोन लोकांचा एक संयुक्त लेख प्रकाशित केला ज्याने या विचित्र परिणामाचे वर्णन केले.

तेव्हापासून, तसे, कोणते पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड - या प्रश्नाचे स्वतःचे नाव आहे - एमपीम्बाचा प्रभाव किंवा विरोधाभास.

हा प्रश्न बराच काळ उभा राहिला

स्वाभाविकच, अशी घटना यापूर्वी घडली होती आणि इतर शास्त्रज्ञांच्या कार्यात त्याचा उल्लेख होता. केवळ शाळकरी मुलालाच या समस्येत रस नव्हता, तर रेने डेकार्टेस आणि अगदी अॅरिस्टॉटलने त्यांच्या काळात याबद्दल विचार केला.

येथे फक्त विसाव्या शतकाच्या शेवटी हा विरोधाभास सोडवण्याचा दृष्टिकोन दिसू लागला.

विरोधाभास होण्याच्या अटी

आईस्क्रीम प्रमाणे, प्रयोगादरम्यान गोठलेले फक्त सामान्य पाणी नाही. कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम असा युक्तिवाद सुरू करण्यासाठी काही परिस्थिती उपस्थित असणे आवश्यक आहे. या प्रक्रियेच्या मार्गावर काय परिणाम होतो?

आता, 21व्या शतकात, या विरोधाभासाचे स्पष्टीकरण देणारे अनेक पर्याय समोर ठेवले गेले आहेत. कोणते पाणी जलद गोठते, गरम किंवा थंड, ते थंड पाण्यापेक्षा जलद बाष्पीभवन दर आहे यावर अवलंबून असू शकते. अशाप्रकारे, त्याची मात्रा कमी होते आणि व्हॉल्यूममध्ये घट झाल्यामुळे, थंड पाण्याचा समान प्रारंभिक व्हॉल्यूम घेतल्यास गोठवण्याची वेळ कमी होते.

बराच वेळ फ्रीजर डीफ्रॉस्ट करा

कोणते पाणी जलद गोठते आणि ते का होते, याचा प्रभाव प्रयोगासाठी वापरल्या जाणार्‍या रेफ्रिजरेटरच्या फ्रीझरमध्ये आढळू शकणार्‍या बर्फाच्या अस्तराने होऊ शकतो. जर तुम्ही दोन कंटेनर घेतले जे एकसारखे आहेत, परंतु त्यापैकी एकामध्ये गरम पाणी आहे आणि दुसर्‍यामध्ये थंड पाणी आहे, तर गरम पाण्याचा कंटेनर त्याखालील बर्फ वितळेल, ज्यामुळे भिंतीशी थर्मल पातळीचा संपर्क सुधारेल. शीतकपाट. थंड पाण्याचा डबा हे करू शकत नाही. रेफ्रिजरेटरच्या डब्यात बर्फासह असे कोणतेही अस्तर नसल्यास, थंड पाणी वेगाने गोठले पाहिजे.

शीर्ष - तळाशी

तसेच, ज्या घटनेचे पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड, खालीलप्रमाणे स्पष्ट केले आहे. काही नियमांचे पालन करून, थंड पाणी वरच्या थरांमधून गोठण्यास सुरवात होते, जेव्हा गरम पाणी ते उलट करते - ते तळापासून वरपर्यंत गोठू लागते. त्याच वेळी, असे दिसून येते की थंड पाणी, ज्यामध्ये बर्फाचा एक थंड थर आहे, ज्यामध्ये बर्फाचा थर आधीच तयार झाला आहे, अशा प्रकारे संवहन आणि थर्मल रेडिएशनच्या प्रक्रियेस बिघडवते, ज्यामुळे कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम हे स्पष्ट करते. हौशी प्रयोगांचे छायाचित्र जोडलेले आहे, आणि ते येथे स्पष्टपणे दृश्यमान आहे.

उष्णता बाहेर जाते, वरच्या दिशेने झुकते, आणि तेथे ती एक अतिशय थंड थर मिळते. उष्णतेच्या किरणोत्सर्गासाठी कोणताही मोकळा मार्ग नाही, त्यामुळे थंड होण्याची प्रक्रिया कठीण होते. गरम पाण्याच्या मार्गात असे कोणतेही अडथळे नाहीत. कोणते जलद गोठते - थंड किंवा गरम, ज्यावर संभाव्य परिणाम अवलंबून असतो, आपण कोणत्याही पाण्यात विशिष्ट पदार्थ विरघळले आहेत या वस्तुस्थितीद्वारे आपण उत्तर विस्तृत करू शकता.

परिणामांवर परिणाम करणारे घटक म्हणून पाण्यातील अशुद्धता

जर तुम्ही फसवणूक केली नाही आणि त्याच रचनेसह पाणी वापरत नसल्यास, जेथे विशिष्ट पदार्थांची एकाग्रता एकसारखी असते, तर थंड पाणी जलद गोठले पाहिजे. परंतु जर अशी परिस्थिती उद्भवली की विरघळलेले रासायनिक घटक फक्त गरम पाण्यात उपलब्ध असतील आणि थंड पाण्यात ते नसतील, तर गरम पाणी आधी गोठण्याची संधी आहे. हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले आहे की पाण्यातील विद्राव्य क्रिस्टलायझेशन केंद्रे तयार करतात आणि या केंद्रांच्या थोड्या संख्येने, पाण्याचे घन अवस्थेत रूपांतर करणे कठीण आहे. पाण्याचे ओव्हरकूलिंग देखील शक्य आहे, या अर्थाने की उप-शून्य तापमानात ते द्रव स्थितीत असेल.

परंतु या सर्व आवृत्त्या, वरवर पाहता, शास्त्रज्ञांना पूर्णपणे अनुरूप नाहीत आणि त्यांनी या समस्येवर कार्य करणे सुरू ठेवले. 2013 मध्ये, सिंगापूरमधील संशोधकांच्या टीमने सांगितले की त्यांनी एक जुने रहस्य सोडवले आहे.

चिनी शास्त्रज्ञांचा एक गट असा युक्तिवाद करतो की या परिणामाचे रहस्य त्याच्या बंधांमध्ये पाण्याच्या रेणूंमध्ये साठवलेल्या उर्जेच्या प्रमाणात आहे, ज्याला हायड्रोजन बॉन्ड म्हणतात.

चिनी शास्त्रज्ञांचे संकेत

यानंतर माहिती दिली जाते, कोणते पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड हे समजून घेण्यासाठी रसायनशास्त्रात काही ज्ञान असणे आवश्यक आहे. तुम्हाला माहीत आहे त्याप्रमाणे, त्यात दोन H (हायड्रोजन) अणू आणि एक O (ऑक्सिजन) अणू असतात, जे सहसंयोजक बंधांनी एकत्र ठेवलेले असतात.

परंतु एका रेणूचे हायड्रोजन अणू शेजारच्या रेणूंकडे, त्यांच्या ऑक्सिजन घटकाकडे आकर्षित होतात. या बंधांनाच हायड्रोजन बंध म्हणतात.

हे लक्षात ठेवले पाहिजे की त्याच वेळी, पाण्याचे रेणू एकमेकांना तिरस्करणीय असतात. शास्त्रज्ञांनी नमूद केले की जेव्हा पाणी गरम होते तेव्हा त्याच्या रेणूंमधील अंतर वाढते आणि हे प्रतिकारक शक्तींमुळे होते. असे दिसून आले की थंड अवस्थेत रेणूंमधील एक अंतर व्यापून, कोणी म्हणू शकेल, ते ताणतात आणि त्यांना अधिक ऊर्जा पुरवठा होतो. जेव्हा पाण्याचे रेणू एकमेकांच्या जवळ येऊ लागतात, म्हणजेच थंड होते तेव्हा उर्जेचा हा साठा सोडला जातो. असे दिसून आले की गरम पाण्यात ऊर्जेचा जास्त पुरवठा होतो आणि सबझिरो तापमानाला थंड केल्यावर त्याचा जास्त प्रमाणात स्त्राव थंड पाण्यापेक्षा जलद होतो, ज्यामध्ये अशी ऊर्जा कमी असते. तर कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम? रस्त्यावर आणि प्रयोगशाळेत, Mpemba विरोधाभास उद्भवला पाहिजे आणि गरम पाणी वेगाने बर्फात बदलले पाहिजे.

पण प्रश्न अजूनही खुला आहे

या संकेताची केवळ एक सैद्धांतिक पुष्टी आहे - हे सर्व सुंदर सूत्रांमध्ये लिहिलेले आहे आणि ते प्रशंसनीय दिसते. परंतु जेव्हा प्रायोगिक डेटा, कोणते पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड, व्यावहारिक अर्थाने ठेवले जाते आणि त्यांचे परिणाम सादर केले जातात, तेव्हा एमपेम्बा विरोधाभासाचा प्रश्न बंद मानला जाऊ शकतो.