ජලය ක්ෂණිකව කැටි වේ. සීතල වතුරට වඩා උණු වතුර වේගයෙන් කැටි වන්නේ ඇයි?

මෙම ලිපියෙන් අපි උණුසුම් ජලය සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි කරන්නේ මන්දැයි යන ප්රශ්නය දෙස බලමු.

උණු වතුර සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි වේ! විද්යාඥයින්ට තවමත් නිශ්චිත පැහැදිලි කිරීමක් සොයාගත නොහැකි ජලයේ මෙම පුදුමාකාර ගුණාංගය පුරාණ කාලයේ සිටම දන්නා කරුණකි. නිදසුනක් වශයෙන්, ඇරිස්ටෝටල්හි පවා ශීත ඍතුවේ මසුන් ඇල්ලීම පිළිබඳ විස්තරයක් ඇත: ධීවරයින් අයිස් වල සිදුරුවලට මසුන් ඇල්ලීම ඇතුළු කළ අතර, ඔවුන් වඩාත් කැටි කිරීම සඳහා, අයිස් මත උණුසුම් ජලය වත් කළහ. මෙම සංසිද්ධියෙහි නම XX ශතවර්ෂයේ 60 ගණන්වලදී Erasto Mpemba යන නමින් ලබා දී ඇත. Mnemba ඔහු අයිස්ක්‍රීම් සකස් කරන විට අමුතු බලපෑමක් දුටු අතර, පැහැදිලි කිරීමක් සඳහා ඔහුගේ භෞතික විද්‍යා ගුරුවරයා වන Dr. Denis Osborne වෙත හැරී ගියේය. Mpemba සහ Dr. Osborne විවිධ උෂ්ණත්වවල ජලය සමඟ අත්හදා බැලීම් කළ අතර තාපාංක ජලය පාහේ කාමර උෂ්ණත්වයේ දී ජලයට වඩා වේගයෙන් කැටි කිරීමට පටන් ගන්නා බව නිගමනය කළහ. අනෙකුත් විද්යාඥයන් ඔවුන්ගේම අත්හදා බැලීම් සිදු කළ අතර සෑම අවස්ථාවකදීම සමාන ප්රතිඵල ලබා ගත්හ.

භෞතික සංසිද්ධිය පැහැදිලි කිරීම

මෙය සිදුවන්නේ මන්දැයි පොදුවේ පිළිගත් පැහැදිලි කිරීමක් නොමැත. බොහෝ පර්යේෂකයන් යෝජනා කරන්නේ එය දියරයේ හයිපෝතර්මියාව ගැන වන අතර එය එහි උෂ්ණත්වය හිමාංකයට වඩා අඩු වන විට සිදු වේ. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, 0 ° C ට අඩු උෂ්ණත්වයකදී ජලය කැටි වුවහොත්, සුපිරි සිසිලන ජලයට උදාහරණයක් ලෙස -2 ° C උෂ්ණත්වයක් තිබිය හැකි අතර ඒ සමඟම අයිස් බවට පත් නොවී දියර ලෙස පවතී. අපි සීතල වතුර කැටි කිරීමට උත්සාහ කරන විට, එය මුලින්ම සුපිරි සිසිල් වී ටික වේලාවකට පසුව දැඩි වීමට අවස්ථාවක් තිබේ. අනෙකුත් ක්රියාවලීන් රත් වූ ජලය තුළ සිදු වේ. එහි වේගයෙන් අයිස් බවට පරිවර්තනය වීම සංවහනය සමඟ සම්බන්ධ වේ.

සංවහනය- මෙය භෞතික ප්රපංචයක් වන අතර, ද්රවයේ උණුසුම් පහළ ස්ථර ඉහළ යන අතර, ඉහළ, සිසිල් වූ ඒවා පහත වැටේ.

සමාන තත්වයන් යටතේ උණු වතුර සිසිල් වීමට වැඩි කාලයක් ගත වන අතර පසුව කැටි කිරීම නිසා සීතල ජලය උණු වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි වන බව පැහැදිලිය. කෙසේ වෙතත්, සහස්‍ර නිරීක්ෂණ මෙන්ම නවීන අත්හදා බැලීම් ද ප්‍රතිවිරුද්ධ දෙය සත්‍ය බව පෙන්වා දී ඇත: ඇතැම් තත්වයන් යටතේ උණු වතුර සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි වේ. Sciencium මෙම සංසිද්ධිය පැහැදිලි කරයි:

ඉහත වීඩියෝවේ පැහැදිලි කර ඇති පරිදි, සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් උණු වතුර කැටි කිරීමේ සංසිද්ධිය Mpemba බලපෑම ලෙස හැඳින්වේ, එය පාසල් ව්‍යාපෘතියක කොටසක් ලෙස 1963 දී අයිස්ක්‍රීම් සාදන ලද ටැන්සානියානු ශිෂ්‍යයෙකු වන Erasto Mpemba වෙනුවෙන් නම් කරන ලදී. සිසුන්ට ක්‍රීම් සහ සීනි මිශ්‍රණයක් නභිගත කර සිසිල් වීමට ඉඩ දී ශීතකරණය තුළ තැබිය යුතුය.

ඒ වෙනුවට, Erasto එය සිසිල් වන තෙක් බලා නොසිට, උණුසුම්, වහාම ඔහුගේ මිශ්රණය දමා. එහි ප්රතිඵලයක් වශයෙන්, පැය 1.5 කට පසුව, ඔහුගේ මිශ්රණය දැනටමත් ශීත කළ නමුත් අනෙකුත් සිසුන්ගේ මිශ්රණ නොවේ. මෙම සංසිද්ධියෙන් කුතුහලයට පත් Mpemba භෞතික විද්‍යා මහාචාර්ය ඩෙනිස් ඔස්බෝන් සමඟ මෙම කාරණය අධ්‍යයනය කිරීමට පටන් ගත් අතර 1969 දී ඔවුන් ලිපියක් ප්‍රකාශයට පත් කළේ උණුසුම් ජලය සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි වන බවයි. සම-සමාලෝචනය කරන ලද පළමු අධ්‍යයනය මෙයයි, නමුත් මෙම සංසිද්ධියම ක්‍රි.පූ 4 වැනි සියවස දක්වා දිවෙන ඇරිස්ටෝටල්ගේ පත්‍රිකාවල සඳහන් වේ. ඊ. Francis Bacon සහ Descartes ද මෙම සංසිද්ධිය ඔවුන්ගේ අධ්‍යයනයන්හි සටහන් කර ඇත.

සිදුවන්නේ කුමක්ද යන්න පැහැදිලි කිරීම සඳහා වීඩියෝව විකල්ප කිහිපයක් ලැයිස්තුගත කරයි:

1. ෆ්‍රොස්ට් යනු පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍යයක් වන අතර එම නිසා හිම සහිත සීතල ජලය උණුසුම් වීදුරුවකට වඩා හොඳින් තාපය ගබඩා කරයි, එය ස්පර්ශ වන විට අයිස් දිය කරයි.
2. උණුසුම් ජලයට වඩා සීතල ජලයේ දියවී ගිය වායූන් වැඩි ප්‍රමාණයක් පවතින අතර, කෙසේ දැයි තවමත් පැහැදිලි නැතත්, මෙය සිසිලන වේගයෙහි කාර්යභාරයක් ඉටු කළ හැකි බව පර්යේෂකයෝ අනුමාන කරති.
3. උණු වතුර වාෂ්පීකරණය හේතුවෙන් වැඩි ජල අණු අහිමි වේ, එබැවින් කැටි කිරීම සඳහා ඉතිරි වන්නේ අඩුය
4. සංවහන ධාරා වැඩි කිරීමෙන් උණුසුම් ජලය වේගයෙන් සිසිල් කළ හැකිය. මෙම ධාරා පැන නගින්නේ, පළමුව, වීදුරුවේ ජලය මතුපිටින් සහ පැතිවලින් සිසිල් වන අතර, සීතල ජලය ගිලී යාම සහ උණුසුම් එක ඉහළ යාමයි. උණුසුම් වීදුරුවක දී, සංවහන ධාරා වඩාත් ක්රියාකාරී වන අතර, සිසිලන වේගයට බලපෑම් කළ හැකිය.

කෙසේ වෙතත්, 2016 දී ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කරන ලද අධ්‍යයනයක් සිදු කරන ලද අතර එය ප්‍රතිවිරුද්ධ දෙය පෙන්නුම් කළේය: උණු වතුර සීතල වතුරට වඩා සෙමින් මිදුණි. ඒ අතරම, විද්‍යාඥයන් දුටුවේ තාපකූපයේ පිහිටීම - උෂ්ණත්වය පහත වැටීම තීරණය කරන උපකරණයක් - සෙන්ටිමීටරයකින් පමණක් වෙනස් කිරීම Mpemba ආචරණයේ පෙනුමට හේතු වන බවයි. අනෙකුත් සමාන කෘතීන් අධ්යයනය කිරීමෙන් පෙන්නුම් කළේ මෙම බලපෑම නිරීක්ෂණය කරන ලද සෑම අවස්ථාවකදීම, සෙන්ටිමීටරයක් ​​තුළ තාපගතිවල විස්ථාපනයක් ඇති බවය.

සමහර අවස්ථාවලදී උණු වතුර සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් මිදෙන්නේ මන්දැයි විද්‍යාත්මකව පැහැදිලි කළ හැකි ඕනෑම කෙනෙකුට බ්‍රිතාන්‍ය රාජකීය රසායන විද්‍යා සංගමය £ 1,000 සම්මානයක් පිරිනමයි.

“නවීන විද්‍යාවට තවමත් මෙම සරල ප්‍රශ්නයට පිළිතුරු දිය නොහැක. අයිස්ක්‍රීම් නිෂ්පාදකයින් සහ බාර්ටෙන්ඩර් ඔවුන්ගේ එදිනෙදා වැඩවලදී මෙම බලපෑම භාවිතා කරයි, නමුත් එය ක්‍රියාත්මක වන්නේ මන්දැයි කිසිවෙකු දන්නේ නැත. මෙම ගැටළුව සහස්‍ර ගණනාවක් තිස්සේ ප්‍රසිද්ධ වී ඇති අතර, ඇරිස්ටෝටල් සහ ඩෙකාර්ට්ස් වැනි දාර්ශනිකයන් ඒ ගැන කල්පනා කර ඇත, ”බ්‍රිතාන්‍ය රාජකීය රසායන විද්‍යා සංගමයේ සභාපති මහාචාර්ය ඩේවිඩ් ෆිලිප්ස් සංගමයේ මාධ්‍ය නිවේදනයක් උපුටා දක්වමින් පැවසීය.

බ්‍රිතාන්‍ය භෞතික විද්‍යා මහාචාර්යවරයෙකුව අප්‍රිකාවේ කුක් කෙනෙක් පරාජය කළ හැටි

මෙය අප්‍රේල් මෝඩයාගේ විහිළුවක් නොව කටුක භෞතික යථාර්ථයකි. මන්දාකිණි සහ කළු කුහර සමඟ පහසුවෙන් ක්‍රියා කරන, ක්වාර්ක් සහ බෝසෝන සෙවීමට යෝධ ත්වරණකාරක සාදන වත්මන් විද්‍යාවට ප්‍රාථමික ජලය "ක්‍රියා කරන" ආකාරය පැහැදිලි කළ නොහැක. සිසිල් ශරීරයකට වඩා උණුසුම් සිරුරක් සිසිල් වීමට වැඩි කාලයක් ගත වන බව පාසල් පොතක පැහැදිලිව සඳහන් වේ. නමුත් ජලය සඳහා මෙම නීතිය සෑම විටම නිරීක්ෂණය නොකෙරේ. ඇරිස්ටෝටල් මෙම විරුද්ධාභාසය කෙරෙහි අවධානය යොමු කළේ ක්‍රිස්තු පූර්ව 4 වන සියවසේදීය. ඊ. පුරාණ ග්‍රීක ජාතිකයා Meteorologica I පොතේ මෙසේ ලිවීය: “ජලය පෙර රත් කර තිබීම නිසා එය කැටි වේ. එමනිසා, බොහෝ අය, ඉක්මනින් උණු වතුර සිසිල් කිරීමට අවශ්ය වූ විට, මුලින්ම එය හිරු තුළ තබන්න ... ”මධ්යකාලීන යුගයේදී, ෆ්රැන්සිස් බේකන් සහ රෙනේ ඩෙකාට්ස් මෙම සංසිද්ධිය පැහැදිලි කිරීමට උත්සාහ කළහ. අහෝ, සම්භාව්‍ය තාප භෞතික විද්‍යාව දියුණු කළ ශ්‍රේෂ්ඨ දාර්ශනිකයන් හෝ බොහෝ විද්‍යාඥයින් මෙය සාර්ථක නොවූ අතර, එබැවින් මෙම අපහසු කරුණ දිගු කලක් "අමතක විය".

1968 දී පමණක් ඔවුන් "මතක වූයේ" ටැන්සානියාවේ පාසල් සිසුවා වන Erasto Mpemba ට ස්තූතිවන්ත වන අතර එය කිසිදු විද්‍යාවකින් දුරස් විය. කලා පාසලේ ඉගෙනුම ලබන අතරතුර, 1963 දී, 13 හැවිරිදි Mpembe හට අයිස්ක්‍රීම් සෑදීමට පැවරී ඇත. තාක්ෂණයට අනුව, කිරි උනු, එහි සීනි විසුරුවා හැරීම, කාමර උෂ්ණත්වයට සිසිල් කිරීම, පසුව එය කැටි කිරීම සඳහා ශීතකරණයක් තුළ තැබීම අවශ්ය විය. පෙනෙන විදිහට, Mpemba කඩිසර ශිෂ්‍යයෙකු නොවූ අතර පසුබට විය. පාඩම අවසන් වන විට ඔහු නියමිත වේලාවට නොඑනු ඇතැයි බියෙන් ඔහු උණුසුම් කිරි ශීතකරණයට දැමීය. ඔහු පුදුමයට පත් කරමින්, එය සියලු නීතිරීතිවලට අනුව සකස් කරන ලද ඔහුගේ සහචරයින්ගේ කිරි වලටත් වඩා කලින් කැටි විය.

Mpemba තම සොයාගැනීම භෞතික විද්‍යා ගුරුවරයෙකු සමඟ බෙදාගත් විට, ඔහු මුළු පන්තියම ඉදිරියේ ඔහුට විහිළු කළේය. Mpemba තුවාලය සිහිපත් විය. වසර පහකට පසු, දැනටමත් ඩාර් එස් සලාම් හි විශ්ව විද්‍යාලයේ ශිෂ්‍යයෙකු වූ ඔහු ප්‍රසිද්ධ භෞතික විද්‍යාඥ ඩෙනිස් ජී ඔස්බෝන් විසින් දේශනයක සිටියේය. දේශනයෙන් පසු ඔහු විද්‍යාඥයාගෙන් ප්‍රශ්නයක් ඇසුවේය: “ඔබ සමාන ජල ප්‍රමාණවලින් එකක් 35 ° C (95 ° F) සහ අනෙක 100 ° C (212 ° F) ට සමාන බහාලුම් දෙකක් ගෙන ඒවා දමන්න. ශීතකරණය තුළ, එවිට උණුසුම් භාජනයක ජලය වේගයෙන් කැටි වේ. මන්ද?" දෙවියන් විසින් අත්හරින ලද ටැන්සානියාවේ තරුණයෙකුගේ ප්‍රශ්නයට බ්‍රිතාන්‍ය මහාචාර්යවරයෙකුගේ ප්‍රතිචාරය ඔබට සිතාගත හැකිය. ඔහු සිසුවාට විහිළු කළේය. කෙසේ වෙතත්, Mpemba එවැනි පිළිතුරකට සූදානම්ව සිටි අතර විද්යාඥයාට ඔට්ටුවකට අභියෝග කළේය. ඔවුන්ගේ ආරවුල අවසන් වූයේ එම්පෙම්බාගේ නිවැරදි බව සහ ඔස්බෝන් පරාජය තහවුරු කළ පර්යේෂණාත්මක පරීක්ෂණයකින් ය. එබැවින් ශිෂ්‍ය-කුක් ඔහුගේ නම විද්‍යාවේ ඉතිහාසයට ඇතුළත් කළ අතර මෙතැන් සිට මෙම සංසිද්ධිය "ම්පෙම්බා ආචරණය" ලෙස හැඳින්වේ. එය ඉවත දැමීමට, "නොපවතින" ලෙස ප්රකාශ කිරීම ක්රියා නොකරයි. මෙම සංසිද්ධිය පවතින අතර, කවියා ලියා ඇති පරිදි, "දත් වලට නොවේ."

දූවිලි අංශු සහ ද්‍රාවණ දොස් පැවරිය යුතුද?

වසර ගණනාවක් පුරා, බොහෝ අය කැටි ජලය පිළිබඳ අභිරහස හෙළි කිරීමට උත්සාහ කර ඇත. මෙම සංසිද්ධිය සඳහා සම්පූර්ණ පැහැදිලි කිරීම් සමූහයක් යෝජනා කර ඇත: වාෂ්පීකරණය, සංවහනය, ද්රාවණවල බලපෑම - නමුත් මෙම සාධක කිසිවක් අවසාන වශයෙන් සැලකිය නොහැකිය. විද්‍යාඥයන් ගණනාවක් Mpemba ආචරණය සඳහා තම මුළු ජීවිතයම කැප කර ඇත. නිව් යෝර්ක් ප්‍රාන්ත විශ්ව විද්‍යාලයේ විකිරණ ආරක්ෂණ දෙපාර්තමේන්තුවේ, ජේම්ස් බ්‍රවුන්රිජ් දශකයකට වැඩි කාලයක් ඔහුගේ විවේක කාලය තුළ විරුද්ධාභාසය අධ්‍යයනය කරමින් සිටී. සියගණනක් අත්හදා බැලීම් කිරීමෙන් පසු, විද්යාඥයා කියා සිටින්නේ හයිපෝතර්මියාවේ "වරද" පිළිබඳ සාක්ෂි ඇති බවයි. බ්‍රවුන්රිජ් පැහැදිලි කරන්නේ 0 ° C දී ජලය සුපිරි සිසිලනය පමණක් වන අතර උෂ්ණත්වය පහළට පහත වැටෙන විට කැටි වීමට පටන් ගන්නා බවයි. කැටි කිරීමේ ස්ථානය ජලයේ අපිරිසිදු මගින් පාලනය වේ - ඒවා අයිස් ස්ඵටික සෑදීමේ වේගය වෙනස් කරයි. අපද්‍රව්‍ය, සහ මේවා දූවිලි ධාන්ය, බැක්ටීරියා සහ විසුරුවා හරින ලද ලවණ, ස්ඵටිකීකරණ මධ්යස්ථාන වටා අයිස් ස්ඵටික සෑදූ විට, ඒවා සඳහා ලාක්ෂණික න්යෂ්ටික උෂ්ණත්වයක් ඇත. එකවර ජලයේ මූලද්‍රව්‍ය කිහිපයක් ඇති විට, කැටි කිරීමේ ලක්ෂ්‍යය තීරණය වන්නේ ඉහළම න්‍යෂ්ටික උෂ්ණත්වය සහිත එකක් මගිනි.

අත්හදා බැලීම සඳහා බ්‍රවුන්රිජ් එකම උෂ්ණත්වයේ ජල සාම්පල දෙකක් ගෙන ඒවා අධිශීතකරණයක තැබීය. එක් නිදර්ශකයක් සෑම විටම අනෙකට පෙර කැටි වන බව ඔහු සොයා ගත්තේය - අනුමාන වශයෙන් වෙනස් අපිරිසිදු සංයෝගයක් නිසා.

බ්‍රවුන්රිජ් කියා සිටින්නේ ජලය සහ ශීතකරණය අතර ඇති වැඩි උෂ්ණත්ව වෙනස හේතුවෙන් උණු වතුර වේගයෙන් සිසිල් වන බවයි - මෙය සීතල ජලය එහි ස්වාභාවික හිමාංකයට ළඟා වීමට පෙර එහි හිමාංකයට ළඟා වීමට උපකාරී වන අතර එය අවම වශයෙන් 5 ° C අඩු වේ.

කෙසේ වෙතත්, බ්‍රවුන්රිජ්ගේ තර්කය බොහෝ ප්‍රශ්න මතු කරයි. එබැවින්, Mpemba බලපෑම ඔවුන්ගේම ආකාරයෙන් පැහැදිලි කළ හැකි අයට බ්‍රිතාන්‍ය රාජකීය රසායන සංගමයෙන් පවුම් දහසකට තරඟ කිරීමට අවස්ථාවක් තිබේ.

ජලය යනු අසාමාන්‍ය ගුණ ඇති ලොව ඇති විශ්මිත ද්‍රවයකි. නිදසුනක් ලෙස, අයිස් යනු ඝන ද්‍රව තත්වයකි, නිශ්චිත ගුරුත්වාකර්ෂණය ජලයට වඩා අඩුය, එමඟින් පෘථිවියේ ජීවය බොහෝ පැතිවලින් මතුවීම හා වර්ධනය විය. ඊට අමතරව, ව්‍යාජ විද්‍යාත්මක හා විද්‍යාත්මක ලෝකයේ පවා, ජලය වේගයෙන් මිදෙන්නේ කෙසේද යන්න පිළිබඳ සාකච්ඡා පවතී - උණුසුම් හෝ සීතල. යම් යම් තත්ත්‍වයන් යටතේ උණුසුම් ද්‍රව සීඝ්‍රයෙන් ශීත කළ බව ඔප්පු කරන සහ විද්‍යාත්මකව තම තීරණය සනාථ කරන ඕනෑම කෙනෙකුට බ්‍රිතාන්‍ය රාජකීය රසායන විද්‍යා සංගමයෙන් පවුම් 1000 ක ත්‍යාගයක් ලැබෙනු ඇත.

ගැටලුවේ ඉතිහාසය

කොන්දේසි ගණනාවක් සපුරා ඇති විට, ශීත කිරීමේ අනුපාතය අනුව උණු වතුර සීතල වතුරට වඩා වේගවත් බව මධ්යතන යුගයේ නැවත නැවතත් අවධානයට ලක් විය. Francis Bacon සහ René Descartes මෙම සංසිද්ධිය පැහැදිලි කිරීමට බොහෝ වෙහෙස මහන්සි වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, සම්භාව්‍ය තාපන ඉංජිනේරු විද්‍යාවේ දෘෂ්ටි කෝණයෙන්, මෙම විරුද්ධාභාසය පැහැදිලි කළ නොහැකි අතර, ඔවුන් ලැජ්ජාවෙන් ඒ ගැන කතා කිරීමට උත්සාහ කළහ. මතභේදය දිගටම පැවතීමට පෙළඹවීම 1963 දී ටැන්සානියානු පාසල් සිසුවෙකු වූ එරස්ටෝ ම්පෙම්බාට සිදුවූ තරමක් කුතුහලයෙන් යුත් කතාවකි. වරක්, අරක්කැමියන්ගේ පාසලක අතුරුපස සෑදීම පිළිබඳ පාඩමක් අතරතුර, බාහිර කාරණාවලින් අවධානය වෙනතකට යොමු වූ පිරිමි ළමයාට අයිස්ක්‍රීම් මිශ්‍රණය නියමිත වේලාවට සිසිල් කර කිරිවල උණුසුම් සීනි ද්‍රාවණයක් ශීතකරණයට දැමීමට කාලය නොතිබුණි. ඔහු පුදුමයට පත් කරමින්, අයිස්ක්‍රීම් සෑදීම සඳහා උෂ්ණත්ව පාලන තන්ත්‍රය නිරීක්ෂණය කරමින් නිෂ්පාදිතය ඔහුගේ සෙසු වෘත්තිකයන්ට වඩා ටිකක් වේගයෙන් සිසිල් විය.

සංසිද්ධියේ සාරය තේරුම් ගැනීමට උත්සාහ කරමින්, පිරිමි ළමයා තම භෞතික විද්‍යා ගුරුවරයා වෙත හැරී, ඔහු විස්තර වෙත නොගොස්, ඔහුගේ සූපශාස්ත්‍ර අත්හදා බැලීම් සමච්චලයට ලක් කළේය. කෙසේ වෙතත්, Erasto අපේක්ෂා කළ හැකි නොපසුබට උත්සාහයෙන් කැපී පෙනුණු අතර ඔහුගේ අත්හදා බැලීම් තවදුරටත් කිරි සමඟ නොව ජලය සමඟ දිගටම කරගෙන ගියේය. සමහර අවස්ථාවලදී උණුසුම් ජලය සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් කැටි වන බව ඔහුට ඒත්තු ගියේය.

ඩාර් එස් සලාම් විශ්ව විද්‍යාලයට ඇතුළත් වූ පසු, මහාචාර්ය ඩෙනිස් ජී ඔස්බෝන් ගේ දේශනයකට එරස්ටෝ එම්පෙම්බේ සහභාගී විය. උපාධිය ලැබීමෙන් පසු, ශිෂ්‍යයා එහි උෂ්ණත්වය අනුව ජලය කැටි ගැසීමේ වේගය පිළිබඳ ගැටලුව විද්‍යාඥයාට ප්‍රහේලිකාවක් විය. ඩී.ජී. ඔස්බෝන් ප්‍රශ්නයේ ප්‍රකාශයම සමච්චලයට ලක් කරමින්, ඕනෑම අසමත් ශිෂ්‍යයෙකු සීතල වතුර වේගයෙන් කැටි වන බව දන්නා බව ප්‍රකාශ කළේය. කෙසේ වෙතත්, තරුණයාගේ ස්වභාවික මුරණ්ඩුකම ඔහුටම දැනෙන්නට විය. ඔහු මහාචාර්යවරයා සමඟ ඔට්ටු ඇල්ලූ අතර, පර්යේෂණාත්මක පරීක්ෂණයක් පැවැත්වීමට රසායනාගාරයේදී යෝජනා කළේය. Erasto අධිශීතකරණයේ වතුර බහාලුම් දෙකක් තැබීය, එකක් 95 ° F (35 ° C) සහ අනෙක 212 ° F (100 ° C). දෙවන කන්ටේනරයේ ජලය වේගයෙන් මිදුණු විට මහාචාර්යවරයා සහ අවට "පංකා" පුදුමයට පත් වූ බව සිතන්න. එතැන් සිට මෙම සංසිද්ධිය "Mpemba Paradox" ලෙස හැඳින්වේ.

කෙසේ වෙතත්, අද වන විට, "Mpemba Paradox" පැහැදිලි කරන සුසංයෝගී න්‍යායික කල්පිතයක් නොමැත. කුමන බාහිර සාධක, ජලයෙහි රසායනික සංයුතිය, එහි දිය වී ඇති වායූන් සහ ඛනිජ ලවණ තිබීම, විවිධ උෂ්ණත්වවලදී ද්රවවල කැටි කිරීමේ අනුපාතය බලපාන්නේ කෙසේද යන්න පැහැදිලි නැත. "Mpemba Effect" හි විරුද්ධාභාසය නම්, එය I. Newton විසින් සොයා ගන්නා ලද එක් නීතියකට පටහැනි වීමයි, එය ජලයේ සිසිලන කාලය ද්‍රව සහ පරිසරය අතර උෂ්ණත්ව වෙනසට සෘජුව සමානුපාතික වේ. අනෙක් සියලුම ද්‍රව මෙම නීතියට සම්පූර්ණයෙන්ම අවනත වන්නේ නම්, සමහර අවස්ථාවල ජලය ව්‍යතිරේකයකි.

උණු වතුර වේගයෙන් කැටි වන්නේ ඇයි?ටී

උණුසුම් ජලය සීතල වතුරට වඩා වේගයෙන් මිදෙන්නේ මන්දැයි අනුවාද කිහිපයක් තිබේ. ප්රධාන ඒවා නම්:

• උණු වතුර වේගයෙන් වාෂ්ප වන අතර එහි පරිමාව අඩු වන අතර කුඩා දියර පරිමාවක් වේගයෙන් සිසිල් වේ - ජලය + 100 ° C සිට 0 ° C දක්වා සිසිල් කළ විට, වායුගෝලීය පීඩනයේ පරිමාමිතික පාඩු 15% දක්වා ළඟා වේ;
• ද්‍රව සහ පරිසරය අතර තාප හුවමාරුවේ තීව්‍රතාවය වැඩි වේ, උෂ්ණත්ව වෙනස වැඩි වේ, එබැවින් උතුරන වතුරේ තාප අලාභය වේගයෙන් ගමන් කරයි;
• උණු වතුර සිසිල් වූ විට, එහි මතුපිට අයිස් කබොලක් සාදයි, එමඟින් දියර සම්පූර්ණයෙන්ම කැටි කිරීම හා වාෂ්ප වීම වළක්වයි;
• ඉහළ ජල උෂ්ණත්වයකදී එහි සංවහන මිශ්‍රණය සිදු වන අතර එමඟින් කැටි කිරීමේ කාලය අඩු වේ;
• ජලයේ දියවන වායූන් හිමාංකය අඩු කරයි, ස්ඵටිකීකරණය සඳහා ශක්තිය ඉවත් කරයි - උණු වතුරේ ද්රාවිත වායු නොමැත.

මෙම සියලු කොන්දේසි නැවත නැවතත් පර්යේෂණාත්මකව පරීක්ෂා කර ඇත. විශේෂයෙන්ම, ජර්මානු විද්‍යාඥ ඩේවිඩ් ඕර්බැක් විසින් උණු වතුරේ ස්ඵටිකීකරණ උෂ්ණත්වය සීතල ජලයට වඩා මඳක් වැඩි බව සොයා ගන්නා ලදී, එය පෙරට වඩා වේගයෙන් කැටි කිරීමට හැකි වේ. කෙසේ වෙතත්, පසුව ඔහුගේ අත්හදා බැලීම් විවේචනයට ලක් වූ අතර බොහෝ විද්‍යාඥයින්ට ඒත්තු ගැන්වී ඇත්තේ ජලය වේගයෙන් කැටි කරන "Mpemba ආචරණය" - උණුසුම් හෝ සීතල, ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කළ හැක්කේ යම් යම් තත්වයන් යටතේ පමණක් වන අතර, මේ දක්වා කිසිවෙකු එහි සෙවුම් සහ පිරිවිතරයන් සිදු කර නොමැති බවයි.

ජලය වේගයෙන්, උණුසුම් හෝ ශීතල වීමට බලපාන බොහෝ සාධක ඇත, නමුත් ප්‍රශ්නය මඳක් අමුතු බව පෙනේ. එය ඇඟවුම් කර ඇති අතර එය භෞතික විද්‍යාවෙන් දන්නා කරුණකි, උණු වතුර අයිස් බවට හැරවීමට සංසන්දනාත්මක සීතල ජලයේ උෂ්ණත්වයට සිසිල් වීමට තවමත් කාලය අවශ්‍ය වේ. සීතල වතුරේ දී, මෙම අදියර මඟ හැරිය හැකි අතර, ඒ අනුව, එය නියමිත වේලාවට ජය ගනී.

නමුත් ශීතල හෝ උණුසුම් - - ඉෙමොලිමන්ට් පිටත, ජලය වේගයෙන් කැටි කරන ප්රශ්නයට පිළිතුර උතුරු අක්ෂාංශවල ඕනෑම වැසියෙකු දනී. ඇත්ත වශයෙන්ම, විද්යාත්මකව, ඕනෑම අවස්ථාවක, සීතල ජලය සරලව වේගයෙන් කැටි කළ යුතු බව පෙනී යයි.

අනාගත අයිස්ක්‍රීම්වල සීතල මිශ්‍රණය සමාන නමුත් උණුසුම් එකකට වඩා දිගු කාලයක් කැටි වන්නේ මන්දැයි පැහැදිලි කරන ලෙස ඉල්ලීමක් සමඟ 1963 දී පාසල් සිසුවෙකු වන Erasto Mpemba වෙත පැමිණි භෞතික විද්‍යා ගුරුවරයාද එසේ සිතුවේය.

"මෙය ලෝක භෞතික විද්යාව නොවේ, නමුත් යම් ආකාරයක Mpemba භෞතික විද්යාව"

ඒ වන විට ගුරුවරයා මෙයට සිනාසුණා පමණි, නමුත් භෞතික විද්‍යා මහාචාර්යවරයකු වන ඩෙනිස් ඔස්බෝන් වරෙක එරාස්ටෝ ඉගෙන ගත් පාසලේම නතර වූ අතර, එවකට මේ සඳහා පැහැදිලි කිරීමක් නොතිබුණද, එවැනි බලපෑමක් ඇති බව පර්යේෂණාත්මකව සනාථ කළේය. 1969 දී, ජනප්‍රිය විද්‍යාත්මක සඟරාවක් මෙම සුවිශේෂී බලපෑම විස්තර කළ මෙම පුද්ගලයින් දෙදෙනාගේ ඒකාබද්ධ ලිපියක් ප්‍රකාශයට පත් කළේය.

එතැන් සිට, මාර්ගය වන විට, ජලය වේගයෙන් මිදෙන්නේ - උණුසුම් හෝ සීතල - එහිම නමක් ඇත - Mpemba හි බලපෑම හෝ විරුද්ධාභාසය.

යන ප්‍රශ්නය දිගු කලක් තිස්සේ මතු විය

ස්වභාවිකවම, එවැනි ප්රපංචයක් පෙර සිදු වූ අතර, එය අනෙකුත් විද්යාඥයින්ගේ කෘතිවල සඳහන් විය. මෙම ගැටලුව ගැන පාසල් සිසුවා පමණක් නොව, රෙනේ ඩෙකාට්ස් සහ ඇරිස්ටෝටල් පවා ඔවුන්ගේ කාලය ගැන සිතුවා.

මෙන්න මෙම විරුද්ධාභාසය විසඳීම සඳහා ප්‍රවේශයන් පමණක් බැලීමට පටන් ගත්තේ විසිවන සියවස අවසානයේ පමණි.

විරුද්ධාභාසයක් ඇතිවීම සඳහා කොන්දේසි

අයිස්ක්‍රීම් මෙන්ම, අත්හදා බැලීමේදී කැටි වන්නේ සාමාන්‍ය ජලය පමණක් නොවේ. කුමන ජලය වේගයෙන් කැටි වන්නේද යන්න තර්ක කිරීම ආරම්භ කිරීම සඳහා ඇතැම් කොන්දේසි තිබිය යුතුය - සීතල හෝ උණුසුම්. මෙම ක්රියාවලියේ ගමන් මගට බලපාන්නේ කුමක්ද?

දැන්, 21 වන සියවසේදී, මෙම විරුද්ධාභාසය පැහැදිලි කළ හැකි විකල්ප කිහිපයක් ඉදිරිපත් කර ඇත. කුමන ජලය වේගයෙන්, උණුසුම් හෝ ශීතලද, එය සීතල ජලයට වඩා වේගවත් වාෂ්පීකරණ අනුපාතයක් ඇති බව මත රඳා පවතී. මේ අනුව, එහි පරිමාව අඩු වන අතර, පරිමාව අඩු වීමත් සමඟ, අපි සමාන ආරම්භක පරිමාවක් සීතල වතුර ගන්නවාට වඩා කැටි කිරීමේ කාලය කෙටි වේ.

ශීතකරණය දිගු වේලාවක් ඉවත් කරන්න

කුමන ජලය වේගයෙන් කැටි වන්නේද, එය සිදුවන්නේ ඇයිද යන්න අත්හදා බැලීම සඳහා භාවිතා කරන ශීතකරණයේ ශීතකරණයේ ඇති හිම ආවරණයට බලපෑම් කළ හැකිය. ඔබ පරිමාවෙන් සමාන බහාලුම් දෙකක් ගන්නවා නම්, නමුත් ඒවායින් එකක් උණු වතුර අඩංගු වන අතර අනෙක සීතල වතුර අඩංගු නම්, උණු වතුර සහිත කන්ටේනරය එය යට හිම දිය කරයි, එමඟින් බිත්තිය සමඟ තාප මට්ටමේ සම්බන්ධතාවය වැඩි දියුණු වේ. ශීතකරණය. සීතල වතුර භාජනයකට එය කළ නොහැක. ශීතකරණ මැදිරියේ හිම සහිත එවැනි ආවරණයක් නොමැති නම්, සීතල ජලය වේගයෙන් කැටි කළ යුතුය.

ඉහළ - පහළ

එසේම, ජලය වේගයෙන් කැටි වන සංසිද්ධිය - උණුසුම් හෝ සීතල, පහත පරිදි විස්තර කෙරේ. ඇතැම් නීති අනුගමනය කරමින්, සීතල ජලය ඉහළ ස්ථරවලින් කැටි කිරීමට පටන් ගනී, උණු වතුර එය අනෙක් අතට කරන විට - එය පහළ සිට ඉහළට කැටි කිරීමට පටන් ගනී. ඒ අතරම, සීතල ජලය, දැනටමත් ස්ථානවල පිහිටුවා ඇති අයිස් සහිත සීතල තට්ටුවක් තිබීම, එමඟින් සංවහන හා තාප විකිරණ ක්‍රියාවලීන් නරක අතට හැරෙන අතර එමඟින් වේගයෙන් කැටි වන්නේ කුමන ජලයද යන්න පැහැදිලි කරයි - සීතල හෝ උණුසුම්. ආධුනික අත්හදා බැලීම්වල ඡායාරූපය අමුණා ඇති අතර එය මෙහි පැහැදිලිව දැකගත හැකිය.

තාපය පිටතට ගොස් ඉහළට නැඹුරු වන අතර එහිදී එය ඉතා සිසිල් තට්ටුවක් හමුවෙයි. තාප විකිරණ සඳහා නිදහස් මාර්ගයක් නොමැත, එබැවින් සිසිලන ක්රියාවලිය අපහසු වේ. උණු වතුර එහි ගමනේ එවැනි බාධක නොමැත. කුමන එකක් වේගයෙන් කැටි කරන්නේද - සීතල හෝ උණුසුම්, විය හැකි ප්‍රති result ලය රඳා පවතින්නේ, ඕනෑම ජලයක යම් ද්‍රව්‍ය දිය වී ඇති බව ඔබට පිළිතුර පුළුල් කළ හැකිය.

ප්‍රතිඵලයට බලපාන සාධකයක් ලෙස ජලයේ ඇති අපද්‍රව්‍ය

ඔබ වංචා නොකරන්නේ නම් සහ එකම සංයුතියකින් ජලය භාවිතා කරන්නේ නම්, ඇතැම් ද්‍රව්‍යවල සාන්ද්‍රණය සමාන වන විට, සීතල ජලය වේගයෙන් කැටි කළ යුතුය. නමුත් ද්‍රාවිත රසායනික මූලද්‍රව්‍ය උණු වතුරේ පමණක් පවතින විට සහ සීතල වතුරට ඒවා නොමැති විට තත්වයක් ඇති වුවහොත් උණු වතුර කලින් කැටි කිරීමට අවස්ථාවක් තිබේ. මෙය පැහැදිලි වන්නේ ජලයේ ඇති ද්‍රාව්‍ය ස්ඵටිකීකරණ මධ්‍යස්ථාන නිර්මාණය කරන අතර, මෙම මධ්‍යස්ථාන කුඩා සංඛ්‍යාවක් සමඟ ජලය ඝණ තත්වයකට පරිවර්තනය කිරීම අපහසු වීමයි. උප-ශුන්‍ය උෂ්ණත්වයේ දී එය ද්‍රව තත්වයක පවතිනු ඇත යන අර්ථයෙන් ජලය අධික ලෙස සිසිල් කිරීම පවා කළ හැකිය.

නමුත් මෙම සියලු අනුවාදයන්, පෙනෙන විදිහට, විද්යාඥයින්ට සම්පූර්ණයෙන්ම නොගැලපෙන අතර ඔවුන් මෙම ගැටලුව සම්බන්ධයෙන් දිගටම කටයුතු කළහ. වසර 2013 දී සිංගප්පූරුවේ පර්යේෂකයන් කණ්ඩායමක් පැවසුවේ ඔවුන් පැරණි අභිරහසක් විසඳා ඇති බවයි.

චීන විද්‍යාඥයින් පිරිසක් තර්ක කරන්නේ මෙම බලපෑමේ රහස පවතින්නේ හයිඩ්‍රජන් බන්ධන ලෙස හඳුන්වන එහි බන්ධනවල ජල අණු අතර ගබඩා වී ඇති ශක්ති ප්‍රමාණය බවයි.

චීන විද්‍යාඥයන්ගෙන් හෝඩුවාවක්

මෙයින් පසුව තොරතුරු ලැබේ, එය තේරුම් ගැනීම සඳහා රසායන විද්‍යාව පිළිබඳ දැනුමක් තිබීම අවශ්‍ය වන්නේ කුමන ජලය වේගයෙන් කැටි වේද - උණුසුම් හෝ සීතලයි. ඔබ දන්නා පරිදි, එය H (හයිඩ්‍රජන්) පරමාණු දෙකකින් සහ සහසංයුජ බන්ධන මගින් එකට තබා ඇති O (ඔක්සිජන්) පරමාණුවකින් සමන්විත වේ.

නමුත් එක් අණුවක හයිඩ්‍රජන් පරමාණු අසල්වැසි අණු වෙත, ඒවායේ ඔක්සිජන් සංරචකයට ආකර්ෂණය වේ. හයිඩ්‍රජන් බන්ධන ලෙස හඳුන්වන්නේ මෙම බන්ධනයි.

ඒ සමගම ජල අණු එකිනෙකාට පිළිකුල් සහගත බව මතක තබා ගත යුතුය. විද්යාඥයන් සඳහන් කළේ ජලය රත් වූ විට එහි අණු අතර දුර වැඩි වන අතර මෙය විකර්ෂක බලවේග නිසාය. සීතල තත්වයේ අණු අතර එක් දුරක් අල්ලාගෙන සිටින බව කෙනෙකුට පැවසිය හැකිය, ඒවා දිගු වන අතර ඒවාට වැඩි බලශක්ති සැපයුමක් ඇත. ජල අණු එකිනෙක ළං වීමට පටන් ගත් විට, එනම් සිසිලනය සිදු වන විට මුදා හරිනු ලබන්නේ මෙම ශක්ති ගබඩාවයි. උණු වතුරේ වැඩි ශක්ති සැපයුමක් සහ උප ශුන්‍ය උෂ්ණත්වයට සිසිලන විට එහි විශාල මුදා හැරීම, එවැනි ශක්තියක් අඩු සීතල ජලයට වඩා වේගයෙන් සිදුවන බව පෙනේ. ඉතින් කුමන ජලය වේගයෙන් කැටි වේ - සීතල හෝ උණුසුම්? වීථියේ සහ රසායනාගාරයේදී, Mpemba විරුද්ධාභාසය සිදු විය යුතු අතර, උණු වතුර වේගයෙන් අයිස් බවට පත් විය යුතුය.

නමුත් ප්රශ්නය තවමත් විවෘතයි

මෙම ඉඟියේ න්‍යායික තහවුරු කිරීමක් පමණක් ඇත - මේ සියල්ල අලංකාර සූත්‍රවලින් ලියා ඇති අතර එය පිළිගත හැකි බව පෙනේ. නමුත් ජලය වේගයෙන් කැටි වන - උණුසුම් හෝ ශීතල වන පර්යේෂණාත්මක දත්ත ප්‍රායෝගික අර්ථයකින් තබා ඒවායේ ප්‍රතිඵල ඉදිරිපත් කරන විට, Mpemba විරුද්ධාභාසය පිළිබඳ ප්‍රශ්නය සංවෘත යැයි සැලකිය හැකිය.