தண்ணீர் உடனடியாக உறைகிறது. குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது?

இந்த கட்டுரையில், குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்பதைப் பார்ப்போம்.

குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் மிக வேகமாக உறைகிறது! நீரின் இந்த அற்புதமான சொத்து, விஞ்ஞானிகளால் இன்னும் கண்டுபிடிக்க முடியாத சரியான விளக்கம் பண்டைய காலங்களிலிருந்து அறியப்படுகிறது. உதாரணமாக, அரிஸ்டாட்டில் கூட குளிர்கால மீன்பிடி பற்றிய விளக்கம் உள்ளது: மீனவர்கள் பனிக்கட்டியில் உள்ள துளைகளில் மீன்பிடி தண்டுகளை செருகினர், மேலும் அவை வேகமாக உறைவதற்கு, அவர்கள் பனியில் வெதுவெதுப்பான நீரை ஊற்றினர். இந்த நிகழ்வின் பெயர் XX நூற்றாண்டின் 60 களில் எராஸ்டோ எம்பெம்பாவின் பெயரிடப்பட்டது. Mnemba ஐஸ்கிரீம் தயாரிக்கும் போது விசித்திரமான விளைவைக் கவனித்தார் மற்றும் அவரது இயற்பியல் ஆசிரியர் டாக்டர் டெனிஸ் ஆஸ்போர்னிடம் விளக்கம் கேட்டார். Mpemba மற்றும் Dr. Osborne ஆகியோர் வெவ்வேறு வெப்பநிலையில் தண்ணீரைப் பரிசோதித்தனர் மற்றும் கிட்டத்தட்ட கொதிக்கும் நீர் அறை வெப்பநிலையில் தண்ணீரை விட மிக வேகமாக உறையத் தொடங்குகிறது என்று முடிவு செய்தனர். மற்ற விஞ்ஞானிகள் தங்கள் சொந்த சோதனைகளை மேற்கொண்டனர் மற்றும் ஒவ்வொரு முறையும் அவர்கள் இதே போன்ற முடிவுகளைப் பெற்றனர்.

ஒரு உடல் நிகழ்வின் விளக்கம்

இது ஏன் நடக்கிறது என்பதற்கு பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட விளக்கம் இல்லை. பல ஆராய்ச்சியாளர்கள் இது ஒரு திரவத்தின் சூப்பர் கூலிங் பற்றியது என்று பரிந்துரைக்கின்றனர், இது உறைபனிக்கு கீழே வெப்பநிலை குறையும் போது ஏற்படுகிறது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், 0 ° C க்கும் குறைவான வெப்பநிலையில் நீர் உறைந்தால், சூப்பர் கூல்டு நீர் -2 ° C வெப்பநிலையைக் கொண்டிருக்கலாம் மற்றும் பனியாக மாறாமல் திரவமாக இருக்கும். நாம் குளிர்ந்த நீரை உறைய வைக்க முயற்சிக்கும் போது, ​​அது முதலில் குளிர்ச்சியடையும் வாய்ப்பு உள்ளது, மேலும் சிறிது நேரம் கழித்து மட்டுமே கடினமாகிவிடும். சூடான நீரில், மற்ற செயல்முறைகள் நடைபெறுகின்றன. பனிக்கட்டியாக அதன் விரைவான மாற்றம் வெப்பச்சலனத்துடன் தொடர்புடையது.

வெப்பச்சலனம்- இது ஒரு உடல் நிகழ்வு ஆகும், இதில் திரவத்தின் சூடான கீழ் அடுக்குகள் உயரும், மற்றும் மேல், குளிர்ந்தவை, வீழ்ச்சியடைகின்றன.

குளிர்ந்த நீர் சூடான நீரை விட வேகமாக உறைகிறது என்பது தெளிவாகத் தெரிகிறது, ஏனெனில் சமமான சூழ்நிலைகளில் சூடான நீர் குளிர்ச்சியடைவதற்கும் பின்னர் உறைவதற்கும் அதிக நேரம் எடுக்கும். இருப்பினும், ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகால அவதானிப்புகள் மற்றும் நவீன சோதனைகள் இதற்கு நேர்மாறானவை என்பதைக் காட்டுகின்றன: சில நிபந்தனைகளின் கீழ், சூடான நீர் குளிர்ந்த நீரை விட வேகமாக உறைகிறது. அறிவியல் சேனல் Sciencium இந்த நிகழ்வை விளக்குகிறது:

மேலே உள்ள வீடியோவில் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, குளிர்ந்த நீரை விட வெந்நீர் வேகமாக உறையும் நிகழ்வு எம்பெம்பா விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது 1963 ஆம் ஆண்டில் பள்ளி திட்டத்தின் ஒரு பகுதியாக ஐஸ்கிரீம் தயாரித்த தான்சானியாவைச் சேர்ந்த எராஸ்டோ எம்பெம்பாவின் நினைவாக பெயரிடப்பட்டது. மாணவர்கள் கிரீம் மற்றும் சர்க்கரை கலவையை ஒரு கொதி நிலைக்கு கொண்டு வர வேண்டும், அதை குளிர்விக்க வேண்டும், பின்னர் உறைவிப்பான் அதை வைக்க வேண்டும்.

அதற்கு பதிலாக, எராஸ்டோ தனது கலவையை ஒரே நேரத்தில் சூடாக, குளிர்விக்க காத்திருக்காமல் அமைத்தார். இதன் விளைவாக, 1.5 மணி நேரம் கழித்து, அவரது கலவை ஏற்கனவே உறைந்துவிட்டது, ஆனால் மற்ற மாணவர்களின் கலவைகள் இல்லை. இந்த நிகழ்வால் ஈர்க்கப்பட்ட எம்பெம்பா, இயற்பியல் பேராசிரியர் டெனிஸ் ஆஸ்போர்னுடன் இந்த சிக்கலைப் படிக்கத் தொடங்கினார், மேலும் 1969 இல் அவர்கள் ஒரு கட்டுரையை வெளியிட்டனர், குளிர்ந்த நீரை விட வெதுவெதுப்பான நீர் வேகமாக உறைகிறது. இந்த வகையான முதல் சக மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்ட ஆய்வு இதுவாகும், ஆனால் இந்த நிகழ்வு கிமு 4 ஆம் நூற்றாண்டுக்கு முந்தைய அரிஸ்டாட்டில் ஆவணங்களில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இ. பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் டெஸ்கார்டெஸ் ஆகியோரும் தங்கள் ஆய்வுகளில் இந்த நிகழ்வைக் குறிப்பிட்டனர்.

என்ன நடக்கிறது என்பதை விளக்குவதற்கான பல விருப்பங்களை வீடியோ பட்டியலிடுகிறது:

1. உறைபனி ஒரு மின்கடத்தா ஆகும், எனவே உறைபனி குளிர்ந்த நீர் சூடான கண்ணாடியை விட வெப்பத்தை சிறப்பாக சேமிக்கிறது, இது பனியை அதனுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது உருகும்.
2. வெதுவெதுப்பான நீரை விட குளிர்ந்த நீரில் அதிக கரைந்த வாயுக்கள் உள்ளன, மேலும் இது குளிர்விக்கும் விகிதத்தில் ஒரு பங்கைக் கொண்டிருக்கக்கூடும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஊகிக்கின்றனர், இருப்பினும் எப்படி என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை.
3. சூடான நீர் ஆவியாதல் மூலம் அதிக நீர் மூலக்கூறுகளை இழக்கிறது, மேலும் அவை உறைந்து போகும்
4. அதிகரித்த வெப்பச்சலன நீரோட்டங்கள் காரணமாக சூடான நீர் வேகமாக குளிர்ச்சியடையும். இந்த நீரோட்டங்கள் ஏற்படுகின்றன, ஏனெனில் கண்ணாடியில் உள்ள நீர் முதலில் மேற்பரப்பு மற்றும் பக்கங்களில் குளிர்ச்சியடைகிறது, இதனால் குளிர்ந்த நீர் மூழ்கி, சூடான நீர் உயரும். ஒரு சூடான கண்ணாடியில், வெப்பச்சலன நீரோட்டங்கள் மிகவும் செயலில் உள்ளன, இது குளிர்விக்கும் விகிதத்தை பாதிக்கலாம்.

இருப்பினும், 2016 ஆம் ஆண்டில், கவனமாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஆய்வு நடத்தப்பட்டது, இது எதிர்மாறாகக் காட்டியது: குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் மிகவும் மெதுவாக உறைந்தது. அதே நேரத்தில், ஒரு தெர்மோகப்பிளின் இருப்பிடத்தில் மாற்றம் - வெப்பநிலை வேறுபாடுகளை நிர்ணயிக்கும் ஒரு சாதனம் - ஒரு சென்டிமீட்டர் மூலம் எம்பெம்பா விளைவின் தோற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது என்பதை விஞ்ஞானிகள் கவனித்தனர். இதேபோன்ற பிற வேலைகளைப் பற்றிய ஒரு ஆய்வு, இந்த விளைவைக் காணும்போது எல்லா நிகழ்வுகளிலும், ஒரு சென்டிமீட்டருக்குள் தெர்மோகப்பிளின் இடப்பெயர்ச்சி இருந்தது என்பதைக் காட்டுகிறது.

பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரி, சில சமயங்களில், குளிர்ந்த நீரை விட வெந்நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்பதை அறிவியல் ரீதியாக விளக்குபவர்களுக்கு £1,000 வெகுமதி அளிக்கிறது.

"இந்த எளிய கேள்விக்கு நவீன அறிவியலால் இன்னும் பதிலளிக்க முடியவில்லை. ஐஸ்கிரீம் தயாரிப்பாளர்கள் மற்றும் பார்டெண்டர்கள் தங்கள் அன்றாட வேலைகளில் இந்த விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றனர், ஆனால் அது ஏன் வேலை செய்கிறது என்பது யாருக்கும் தெரியாது. இந்த பிரச்சனை ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளாக அறியப்படுகிறது, அரிஸ்டாட்டில் மற்றும் டெஸ்கார்ட்ஸ் போன்ற தத்துவவாதிகள் இதைப் பற்றி யோசித்துள்ளனர்" என்று பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரியின் தலைவர் பேராசிரியர் டேவிட் பிலிப்ஸ் சொசைட்டியின் செய்திக்குறிப்பில் மேற்கோள் காட்டினார்.

ஒரு ஆப்பிரிக்க சமையல்காரர் பிரிட்டிஷ் இயற்பியல் பேராசிரியரை எப்படி அடித்தார்

இது ஏப்ரல் முட்டாளின் நகைச்சுவை அல்ல, ஆனால் கடுமையான உடல் யதார்த்தம். விண்மீன் திரள்கள் மற்றும் கருந்துளைகளில் எளிதில் செயல்படும் இன்றைய அறிவியலால், குவார்க்குகள் மற்றும் போசான்களைத் தேட ராட்சத முடுக்கிகளை உருவாக்கி, அடிப்படை நீர் எவ்வாறு "செயல்படுகிறது" என்பதை விளக்க முடியாது. குளிர்ந்த உடலைக் குளிர்விப்பதை விட வெப்பமான உடலைக் குளிர்விக்க அதிக நேரம் எடுக்கும் என்று பள்ளிப் பாடப்புத்தகம் சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி கூறுகிறது. ஆனால் தண்ணீருக்கு, இந்த சட்டம் எப்போதும் கடைபிடிக்கப்படுவதில்லை. கிமு 4 ஆம் நூற்றாண்டில் அரிஸ்டாட்டில் இந்த முரண்பாட்டின் கவனத்தை ஈர்த்தார். இ. பண்டைய கிரேக்கர் "Meteorologica I" புத்தகத்தில் எழுதியது இங்கே: "தண்ணீர் முன்கூட்டியே சூடாக்கப்படுவது அதன் உறைபனிக்கு பங்களிக்கிறது. எனவே, பலர், சூடான நீரை விரைவாக குளிர்விக்க விரும்பினால், முதலில் அதை வெயிலில் வைக்கவும் ... ”இடைக்காலத்தில், பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் இந்த நிகழ்வை விளக்க முயன்றனர். ஐயோ, சிறந்த தத்துவஞானிகளோ அல்லது கிளாசிக்கல் வெப்ப இயற்பியலை உருவாக்கிய ஏராளமான விஞ்ஞானிகளோ இதில் வெற்றிபெறவில்லை, எனவே இதுபோன்ற சிரமமான உண்மை நீண்ட காலமாக "மறக்கப்பட்டது".

1968 ஆம் ஆண்டில் மட்டுமே அவர்கள் எந்த அறிவியலிலிருந்தும் வெகு தொலைவில் உள்ள தான்சானியாவைச் சேர்ந்த பள்ளி மாணவரான எராஸ்டோ எம்பெம்பாவுக்கு நன்றி "நினைவில்" இருந்தனர். சமையல் பள்ளியில் படிக்கும் போது, ​​1963ல், 13 வயது எம்பெம்பேக்கு ஐஸ்கிரீம் தயாரிக்கும் பணி வழங்கப்பட்டது. தொழில்நுட்பத்தின் படி, பாலை கொதிக்க வைத்து, அதில் சர்க்கரையை கரைத்து, அறை வெப்பநிலையில் குளிர்விக்கவும், பின்னர் அதை உறைய வைக்க குளிர்சாதன பெட்டியில் வைக்கவும் அவசியம். வெளிப்படையாக, எம்பெம்பா ஒரு விடாமுயற்சியுள்ள மாணவர் அல்ல, தயங்கினார். பாடம் முடிவதற்குள் சரியான நேரத்தில் வரமாட்டான் என்று பயந்து, இன்னும் சூடான பாலை குளிர்சாதன பெட்டியில் வைத்தான். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, அது அனைத்து விதிகளின்படி தயாரிக்கப்பட்ட அவரது தோழர்களின் பால் விட முன்னதாகவே உறைந்தது.

எம்பெம்பா தனது கண்டுபிடிப்பை இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் பகிர்ந்து கொண்டபோது, ​​அவர் முழு வகுப்பினருக்கும் முன்பாக அவரை கேலி செய்தார். ம்பெம்பா அவமானப்படுத்தியது நினைவுக்கு வந்தது. ஐந்து ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, டார் எஸ் சலாம் பல்கலைக்கழகத்தில் ஏற்கனவே ஒரு மாணவராக இருந்த அவர், பிரபல இயற்பியலாளர் டெனிஸ் ஜி. ஆஸ்போர்னின் விரிவுரையில் இருந்தார். விரிவுரைக்குப் பிறகு, அவர் விஞ்ஞானியிடம் ஒரு கேள்வியைக் கேட்டார்: "நீங்கள் ஒரே அளவு தண்ணீர் கொண்ட இரண்டு ஒத்த கொள்கலன்களை எடுத்துக் கொண்டால், ஒன்று 35 °C (95 °F) மற்றும் மற்றொன்று 100 °C (212 °F), மற்றும் போடுங்கள். அவற்றை உறைவிப்பான், பின்னர் ஒரு சூடான கொள்கலனில் தண்ணீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ஏன்?" கடவுள் துறந்த தான்சானியாவைச் சேர்ந்த ஒரு இளைஞனின் கேள்விக்கு ஒரு பிரிட்டிஷ் பேராசிரியரின் எதிர்வினையை நீங்கள் கற்பனை செய்யலாம். மாணவியை கேலி செய்தார். இருப்பினும், எம்பெம்பா அத்தகைய பதிலுக்குத் தயாராக இருந்தார் மற்றும் விஞ்ஞானிக்கு பந்தயம் கட்டும்படி சவால் விடுத்தார். அவர்களின் வாதம் ஒரு சோதனை சோதனையில் உச்சத்தை அடைந்தது, இது Mpemba சரியென நிரூபிக்கப்பட்டது மற்றும் ஆஸ்போர்ன் தோற்கடிக்கப்பட்டார். எனவே மாணவர்-குக்கர் தனது பெயரை அறிவியல் வரலாற்றில் பொறித்தார், இனிமேல் இந்த நிகழ்வு "எம்பெம்பா விளைவு" என்று அழைக்கப்படுகிறது. அதை நிராகரிக்க, "இல்லாதது" வேலை செய்யாது என அறிவிப்பது. இந்த நிகழ்வு உள்ளது, மேலும் கவிஞர் எழுதியது போல், "கால் கொண்ட பல்லில் இல்லை."

தூசித் துகள்கள் மற்றும் கரைந்த பொருட்களா?

பல ஆண்டுகளாக, பலர் உறைந்த நீரின் மர்மத்தை அவிழ்க்க முயன்றனர். இந்த நிகழ்வுக்கான முழு விளக்கங்களும் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன: ஆவியாதல், வெப்பச்சலனம், கரைசல்களின் செல்வாக்கு - ஆனால் இந்த காரணிகள் எதுவும் உறுதியானதாக கருத முடியாது. பல விஞ்ஞானிகள் எம்பெம்பா விளைவுக்காக தங்கள் முழு வாழ்க்கையையும் அர்ப்பணித்தனர். நியூயார்க்கின் மாநிலப் பல்கலைக்கழகத்தில் கதிர்வீச்சு பாதுகாப்புத் துறையின் உறுப்பினரான ஜேம்ஸ் பிரவுன்ரிட்ஜ், ஒரு தசாப்தத்திற்கும் மேலாக தனது ஓய்வு நேரத்தில் முரண்பாட்டைப் படித்து வருகிறார். நூற்றுக்கணக்கான சோதனைகளை நடத்திய பிறகு, விஞ்ஞானி தன்னிடம் தாழ்வெப்பநிலை "குற்றம்" இருப்பதாகக் கூறுகிறார். பிரவுன்ரிட்ஜ் 0 ° C இல், தண்ணீர் மட்டுமே குளிர்ச்சியடைகிறது, மேலும் வெப்பநிலை கீழே குறையும் போது உறையத் தொடங்குகிறது. உறைபனி நிலை நீரில் உள்ள அசுத்தங்களால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது - அவை பனி படிகங்கள் உருவாகும் விகிதத்தை மாற்றுகின்றன. அசுத்தங்கள், மற்றும் இவை தூசி துகள்கள், பாக்டீரியா மற்றும் கரைந்த உப்புக்கள், அவற்றின் பண்பு அணுக்கரு வெப்பநிலை, படிகமயமாக்கல் மையங்களைச் சுற்றி பனி படிகங்கள் உருவாகும்போது. ஒரே நேரத்தில் தண்ணீரில் பல தனிமங்கள் இருக்கும்போது, ​​உறைநிலைப் புள்ளியானது அதிக அணுக்கரு வெப்பநிலையைக் கொண்டு தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

பரிசோதனைக்காக, பிரவுன்ரிட்ஜ் ஒரே வெப்பநிலையில் இரண்டு மாதிரி நீரை எடுத்து உறைவிப்பான் பெட்டியில் வைத்தார். மாதிரிகளில் ஒன்று எப்பொழுதும் மற்றொன்றுக்கு முன்னால் உறைந்து போவதை அவர் கண்டறிந்தார் - மறைமுகமாக அசுத்தங்களின் வேறுபட்ட கலவையின் காரணமாக இருக்கலாம்.

தண்ணீர் மற்றும் உறைவிப்பான் இடையே உள்ள அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு காரணமாக சூடான நீர் வேகமாக குளிர்கிறது என்று பிரவுன்ரிட்ஜ் கூறுகிறது - இது குளிர்ந்த நீர் அதன் இயற்கையான உறைபனியை அடையும் முன் அதன் உறைநிலையை அடைய உதவுகிறது, இது குறைந்தபட்சம் 5 டிகிரி செல்சியஸ் குறைவாக இருக்கும்.

இருப்பினும், பிரவுன்ரிட்ஜின் பகுத்தறிவு பல கேள்விகளை எழுப்புகிறது. எனவே, Mpemba விளைவை தங்கள் சொந்த வழியில் விளக்கக்கூடியவர்கள் பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ரியில் இருந்து ஆயிரம் பவுண்டுகள் ஸ்டெர்லிங்கிற்கு போட்டியிட வாய்ப்பு உள்ளது.

நீர் உலகின் மிக அற்புதமான திரவங்களில் ஒன்றாகும், இது அசாதாரண பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, பனி - ஒரு திடமான திரவ நிலை, தண்ணீரை விட ஒரு குறிப்பிட்ட ஈர்ப்பு குறைவாக உள்ளது, இது பல வழிகளில் பூமியில் உயிர்களின் தோற்றம் மற்றும் வளர்ச்சியை சாத்தியமாக்கியது. கூடுதலாக, அருகிலுள்ள அறிவியல் மற்றும் உண்மையில் அறிவியல் உலகில், எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது என்பது பற்றிய விவாதங்கள் உள்ளன - சூடான அல்லது குளிர். சில நிபந்தனைகளின் கீழ் சூடான திரவத்தை வேகமாக உறைய வைப்பதை நிரூபிப்பவர் மற்றும் அறிவியல் ரீதியாக தனது முடிவை உறுதிப்படுத்தினால், பிரிட்டிஷ் ராயல் சொசைட்டி ஆஃப் கெமிஸ்ட்ஸிடமிருந்து £1,000 விருது பெறப்படும்.

பின்னணி

பல நிபந்தனைகளின் கீழ், உறைபனி விகிதத்தில் குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் முன்னணியில் உள்ளது என்பது இடைக்காலத்தில் மீண்டும் கவனிக்கப்பட்டது. பிரான்சிஸ் பேகன் மற்றும் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் இந்த நிகழ்வை விளக்குவதற்கு நிறைய முயற்சிகளை மேற்கொண்டுள்ளனர். இருப்பினும், கிளாசிக்கல் வெப்ப பொறியியலின் பார்வையில், இந்த முரண்பாட்டை விளக்க முடியாது, மேலும் அவர்கள் அதை வெட்கமாக மறைக்க முயன்றனர். 1963 ஆம் ஆண்டில் தான்சானிய பள்ளி மாணவரான எராஸ்டோ எம்பெம்பாவுக்கு (எராஸ்டோ எம்பெம்பா) நடந்த சச்சரவின் தொடர்ச்சிக்கான தூண்டுதல் சற்றே ஆர்வமுள்ள கதையாகும். ஒருமுறை, ஒரு சமையல் பள்ளியில் இனிப்பு தயாரிக்கும் பாடத்தின் போது, ​​​​மற்ற விஷயங்களால் திசைதிருப்பப்பட்ட ஒரு பையன், ஐஸ்கிரீம் கலவையை சரியான நேரத்தில் குளிர்வித்து, குளிர்சாதன பெட்டியில் சூடான பாலில் சர்க்கரை கரைசலை வைக்க நேரம் இல்லை. அவருக்கு ஆச்சரியமாக, ஐஸ்கிரீம் தயாரிப்பதற்கான வெப்பநிலை ஆட்சியைக் கவனித்த சக பயிற்சியாளர்களை விட தயாரிப்பு சற்றே வேகமாக குளிர்ந்தது.

நிகழ்வின் சாரத்தை புரிந்து கொள்ள முயற்சித்த சிறுவன் ஒரு இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் திரும்பினான், அவர் விவரங்களுக்கு செல்லாமல், அவரது சமையல் சோதனைகளை கேலி செய்தார். இருப்பினும், எராஸ்டோ பொறாமைமிக்க விடாமுயற்சியால் வேறுபடுத்தப்பட்டார் மற்றும் பாலில் அல்ல, ஆனால் தண்ணீரில் தனது சோதனைகளைத் தொடர்ந்தார். சில சமயங்களில் குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் வேகமாக உறைவதை அவர் உறுதி செய்தார்.

டார் எஸ் சலாம் பல்கலைக்கழகத்தில் நுழைந்த எராஸ்டோ எம்பெம்பே, பேராசிரியர் டென்னிஸ் ஜி. ஆஸ்போர்னின் விரிவுரையில் கலந்து கொண்டார். பட்டம் பெற்ற பிறகு, மாணவர் அதன் வெப்பநிலையைப் பொறுத்து தண்ணீரை உறைய வைக்கும் விகிதத்தின் சிக்கலைக் கொண்டு விஞ்ஞானியை குழப்பினார். டி.ஜி. ஆஸ்போர்ன் கேள்வியை முன்வைத்ததை கேலி செய்தார், குளிர்ந்த நீர் வேகமாக உறைந்துவிடும் என்று எந்த தோல்வியடைந்தவருக்கும் தெரியும் என்று மகிழ்ச்சியுடன் கூறினார். இருப்பினும், அந்த இளைஞனின் இயல்பான விடாமுயற்சி தன்னை உணர வைத்தது. அவர் பேராசிரியருடன் ஒரு பந்தயம் கட்டினார், இங்கே, ஆய்வகத்தில் ஒரு சோதனை சோதனை நடத்த முன்வந்தார். எராஸ்டோ இரண்டு கொள்கலன்களில் தண்ணீரை உறைவிப்பான் இடத்தில் வைத்தது, ஒன்று 95°F (35°C) மற்றும் மற்றொன்று 212°F (100°C). இரண்டாவது கொள்கலனில் தண்ணீர் வேகமாக உறைந்தபோது பேராசிரியருக்கும் சுற்றியிருந்த "ரசிகர்களுக்கும்" என்ன ஆச்சரியம். அப்போதிருந்து, இந்த நிகழ்வு "எம்பெம்பா முரண்பாடு" என்று அழைக்கப்படுகிறது.

இருப்பினும், இன்றுவரை "எம்பெம்பா முரண்பாட்டை" விளக்கும் ஒத்திசைவான தத்துவார்த்த கருதுகோள் எதுவும் இல்லை. வெளிப்புற காரணிகள், நீரின் வேதியியல் கலவை, அதில் கரைந்த வாயுக்கள் மற்றும் தாதுக்கள் இருப்பது, வெவ்வேறு வெப்பநிலையில் திரவங்களின் உறைபனியின் விகிதத்தை பாதிக்கிறது என்பது தெளிவாகத் தெரியவில்லை. "Mpemba Effect" இன் முரண்பாடு என்னவென்றால், I. நியூட்டனால் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஒரு விதிக்கு முரணானது, இது தண்ணீரின் குளிரூட்டும் நேரம் திரவத்திற்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை வேறுபாட்டிற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும் என்று கூறுகிறது. மற்ற அனைத்து திரவங்களும் இந்த சட்டத்திற்கு முற்றிலும் உட்பட்டிருந்தால், சில சந்தர்ப்பங்களில் தண்ணீர் ஒரு விதிவிலக்கு.

சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது?டி

குளிர்ந்த நீரை விட சூடான நீர் ஏன் வேகமாக உறைகிறது என்பதற்கு பல பதிப்புகள் உள்ளன. முக்கியமானவை:

• சூடான நீர் வேகமாக ஆவியாகிறது, அதே நேரத்தில் அதன் அளவு குறைகிறது, மேலும் சிறிய அளவிலான திரவம் வேகமாக குளிர்ச்சியடைகிறது - + 100 ° C முதல் 0 ° C வரை நீர் குளிர்ந்தால், வளிமண்டல அழுத்தத்தில் தொகுதி இழப்புகள் 15% ஐ அடைகின்றன;
• திரவத்திற்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்ப பரிமாற்றத்தின் தீவிரம் அதிகமாக உள்ளது, அதிக வெப்பநிலை வேறுபாடு, எனவே கொதிக்கும் நீரின் வெப்ப இழப்பு வேகமாக செல்கிறது;
• சூடான நீர் குளிர்ச்சியடையும் போது, ​​அதன் மேற்பரப்பில் ஒரு பனி மேலோடு உருவாகிறது, இது திரவம் முற்றிலும் உறைந்து ஆவியாகாமல் தடுக்கிறது;
• நீரின் அதிக வெப்பநிலையில், அதன் வெப்பச்சலன கலவை ஏற்படுகிறது, உறைபனி நேரத்தை குறைக்கிறது;
• நீரில் கரைந்த வாயுக்கள் உறைபனியை குறைக்கின்றன, படிக உருவாக்கத்திற்கான ஆற்றலை எடுத்துக்கொள்கின்றன - சூடான நீரில் கரைந்த வாயுக்கள் இல்லை.

இந்த நிபந்தனைகள் அனைத்தும் மீண்டும் மீண்டும் சோதனை சரிபார்ப்புக்கு உட்படுத்தப்பட்டுள்ளன. குறிப்பாக, ஜேர்மன் விஞ்ஞானி David Auerbach, சூடான நீரின் படிகமயமாக்கல் வெப்பநிலை குளிர்ந்த நீரை விட சற்று அதிகமாக இருப்பதைக் கண்டறிந்தார், இது முந்தையதை விரைவாக உறைய வைக்கிறது. இருப்பினும், பின்னர் அவரது சோதனைகள் விமர்சிக்கப்பட்டன மற்றும் பல விஞ்ஞானிகள் "Mpemba விளைவு" பற்றி உறுதியாக நம்புகிறார்கள், இது தண்ணீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடான அல்லது குளிர், சில நிபந்தனைகளின் கீழ் மட்டுமே இனப்பெருக்கம் செய்ய முடியும், இது இதுவரை யாரும் தேடவில்லை.

எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது, சூடாகவோ அல்லது குளிராகவோ, பல காரணிகளால் பாதிக்கப்படுகிறது, ஆனால் கேள்வி கொஞ்சம் விசித்திரமாகத் தெரிகிறது. பனிக்கட்டியாக மாற, சூடான நீரை ஒப்பிடக்கூடிய குளிர்ந்த நீரின் வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க இன்னும் நேரம் தேவை என்று இயற்பியலில் இருந்து அறியப்படுகிறது. குளிர்ந்த நீர் இந்த கட்டத்தைத் தவிர்க்கலாம், அதன்படி, அது சரியான நேரத்தில் வெற்றி பெறுகிறது.

ஆனால் எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடாக - உறைபனியில் தெருவில், வடக்கு அட்சரேகைகளில் வசிப்பவருக்குத் தெரியும். உண்மையில், விஞ்ஞான ரீதியாக, எந்தவொரு சந்தர்ப்பத்திலும், குளிர்ந்த நீர் வெறுமனே வேகமாக உறைய வேண்டும் என்று மாறிவிடும்.

1963 ஆம் ஆண்டில் பள்ளி மாணவர் எராஸ்டோ எம்பெம்பாவினால் இயற்பியல் ஆசிரியரை அணுகினார், எதிர்கால ஐஸ்கிரீமின் குளிர் கலவையானது ஏன் ஒரே மாதிரியான, ஆனால் சூடான ஒன்றை விட நீண்ட நேரம் உறைகிறது என்பதை விளக்கும் கோரிக்கையுடன்.

"இது உலக இயற்பியல் அல்ல, சில வகையான எம்பெம்பா இயற்பியல்"

அந்த நேரத்தில், ஆசிரியர் இதைப் பார்த்து சிரித்தார், ஆனால் ஒரு காலத்தில் எராஸ்டோ படித்த அதே பள்ளிக்குச் சென்ற இயற்பியல் பேராசிரியரான டெனிஸ் ஆஸ்போர்ன், அத்தகைய விளைவு இருப்பதை சோதனை ரீதியாக உறுதிப்படுத்தினார், இருப்பினும் இதற்கு எந்த விளக்கமும் இல்லை. . 1969 ஆம் ஆண்டில் ஒரு பிரபலமான அறிவியல் இதழ் இந்த விசித்திரமான விளைவை விவரித்த இருவரின் கூட்டுக் கட்டுரையை வெளியிட்டது.

அப்போதிருந்து, எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடான அல்லது குளிர், அதன் சொந்த பெயரைக் கொண்டுள்ளது - விளைவு, அல்லது முரண்பாடு, Mpemba.

என்ற கேள்வி நீண்ட நாட்களாக இருந்து வருகிறது

இயற்கையாகவே, இதுபோன்ற ஒரு நிகழ்வு இதற்கு முன்பு நடந்தது, மற்ற விஞ்ஞானிகளின் படைப்புகளில் இது குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இந்த கேள்வியில் பள்ளி மாணவர் மட்டும் ஆர்வம் காட்டவில்லை, ஆனால் ரெனே டெஸ்கார்ட்ஸ் மற்றும் அரிஸ்டாட்டில் கூட ஒரு காலத்தில் இதைப் பற்றி யோசித்தார்.

இந்த முரண்பாட்டைத் தீர்ப்பதற்கான அணுகுமுறைகள் இருபதாம் நூற்றாண்டின் இறுதியில் மட்டுமே பார்க்கத் தொடங்கின.

ஒரு முரண்பாடு ஏற்படுவதற்கான நிபந்தனைகள்

ஐஸ்கிரீமைப் போலவே, சோதனையின் போது உறைவது சாதாரண நீர் மட்டுமல்ல. எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடாக வாதிடுவதற்கு சில நிபந்தனைகள் இருக்க வேண்டும். இந்த செயல்முறையை என்ன பாதிக்கிறது?

இப்போது, ​​21 ஆம் நூற்றாண்டில், இந்த முரண்பாட்டை விளக்கக்கூடிய பல விருப்பங்கள் முன்வைக்கப்பட்டுள்ளன. எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது, சூடான அல்லது குளிர், அது குளிர்ந்த நீரை விட அதிக ஆவியாதல் விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதைப் பொறுத்தது. இதனால், அதன் அளவு குறைகிறது, மேலும் அளவு குறைவதால், குளிர்ந்த நீரின் இதேபோன்ற ஆரம்ப அளவை எடுத்துக் கொண்டால், உறைபனி நேரம் குறைவாகிறது.

உறைவிப்பான் நீண்ட காலமாக உறைந்த நிலையில் உள்ளது

எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது, ஏன் அவ்வாறு செய்கிறது, பரிசோதனைக்கு பயன்படுத்தப்படும் குளிர்சாதனப்பெட்டியின் உறைவிப்பான் உறைவிப்பான் உறைபனியால் பாதிக்கப்படலாம். நீங்கள் ஒரே மாதிரியான இரண்டு கொள்கலன்களை எடுத்துக் கொண்டால், அவற்றில் ஒன்று சூடான நீரையும் மற்றொன்று குளிர்ந்த நீரையும் கொண்டிருக்கும், சூடான நீரைக் கொண்ட கொள்கலன் அதன் கீழ் பனியை உருக்கி, அதன் மூலம் குளிர்சாதனப்பெட்டி சுவருடன் வெப்ப மட்டத்தின் தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. குளிர்ந்த நீர் கொள்கலன் அதை செய்ய முடியாது. குளிர்சாதன பெட்டியில் பனியுடன் அத்தகைய புறணி இல்லை என்றால், குளிர்ந்த நீர் வேகமாக உறைய வேண்டும்.

மேலும் கீழும்

மேலும், நீர் வேகமாக உறையும் நிகழ்வு - சூடான அல்லது குளிர், பின்வருமாறு விளக்கப்பட்டுள்ளது. சில சட்டங்களைப் பின்பற்றி, குளிர்ந்த நீர் மேல் அடுக்குகளில் இருந்து உறையத் தொடங்குகிறது, சூடான நீர் அதை வேறு வழியில் செய்யும்போது - அது கீழே இருந்து உறைந்து போகத் தொடங்குகிறது. குளிர்ந்த நீர், ஏற்கனவே சில இடங்களில் பனிக்கட்டியுடன் குளிர்ந்த அடுக்கைக் கொண்டிருப்பதால், வெப்பச்சலனம் மற்றும் வெப்ப கதிர்வீச்சு செயல்முறைகளை பாதிக்கிறது, இதன் மூலம் எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடானது. அமெச்சூர் சோதனைகளின் புகைப்படம் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இங்கே அது தெளிவாகத் தெரியும்.

வெப்பம் வெளியேறி, மேல்நோக்கி செல்கிறது, அங்கு அது மிகவும் குளிர்ந்த அடுக்கைச் சந்திக்கிறது. வெப்ப கதிர்வீச்சுக்கு இலவச பாதை இல்லை, எனவே குளிரூட்டும் செயல்முறை கடினமாகிறது. சூடான நீரின் பாதையில் அத்தகைய தடைகள் இல்லை. எது வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது வெப்பம், சாத்தியமான விளைவு சார்ந்தது, எந்த நீரிலும் சில பொருட்கள் கரைந்துள்ளன என்று கூறி பதிலை விரிவாக்கலாம்.

விளைவைப் பாதிக்கும் காரணியாக நீரின் கலவையில் உள்ள அசுத்தங்கள்

நீங்கள் ஏமாற்றாமல், அதே கலவையுடன் தண்ணீரைப் பயன்படுத்தாவிட்டால், சில பொருட்களின் செறிவு ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், குளிர்ந்த நீர் வேகமாக உறைந்துவிடும். ஆனால் கரைந்த இரசாயன கூறுகள் சூடான நீரில் மட்டுமே இருக்கும்போது ஒரு சூழ்நிலை ஏற்பட்டால், குளிர்ந்த நீர் அவற்றைக் கொண்டிருக்கவில்லை என்றால், சூடான நீரை முன்பு உறைய வைக்கும் வாய்ப்பு உள்ளது. தண்ணீரில் கரைந்த பொருட்கள் படிகமயமாக்கல் மையங்களை உருவாக்குகின்றன என்பதன் மூலம் இது விளக்கப்படுகிறது, மேலும் இந்த மையங்களின் சிறிய எண்ணிக்கையில், தண்ணீரை ஒரு திட நிலைக்கு மாற்றுவது கடினம். பூஜ்ஜியத்திற்கு கீழ் வெப்பநிலையில் அது திரவ நிலையில் இருக்கும் என்ற பொருளில், நீரின் சூப்பர் கூலிங் கூட சாத்தியமாகும்.

ஆனால் இந்த பதிப்புகள் அனைத்தும் விஞ்ஞானிகளுக்கு இறுதிவரை பொருந்தவில்லை, மேலும் அவர்கள் இந்த பிரச்சினையில் தொடர்ந்து பணியாற்றினர். 2013 ஆம் ஆண்டில், சிங்கப்பூரில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு ஒன்று பழமையான மர்மத்தை தீர்த்துவிட்டதாகக் கூறியது.

ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் எனப்படும் அதன் பிணைப்புகளில் நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலின் அளவு இந்த விளைவின் ரகசியம் என்று சீன விஞ்ஞானிகள் குழு கூறுகிறது.

சீன விஞ்ஞானிகளின் பதில்

மேலும் தகவல் தொடரும், எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - சூடாகவோ அல்லது குளிராகவோ இருப்பதைக் கண்டறிய, வேதியியலில் சில அறிவு இருப்பது அவசியம். உங்களுக்குத் தெரியும், இது இரண்டு H (ஹைட்ரஜன்) அணுக்களையும் ஒரு O (ஆக்ஸிஜன்) அணுவையும் கோவலன்ட் பிணைப்புகளால் ஒன்றாகக் கொண்டுள்ளது.

ஆனால் ஒரு மூலக்கூறின் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அண்டை மூலக்கூறுகளாலும், அவற்றின் ஆக்ஸிஜன் கூறுகளாலும் ஈர்க்கப்படுகின்றன. இந்த பிணைப்புகள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

அதே நேரத்தில், அதே நேரத்தில், நீர் மூலக்கூறுகள் ஒருவருக்கொருவர் வெறுக்கத்தக்க வகையில் செயல்படுகின்றன என்பதை நினைவில் கொள்வது மதிப்பு. தண்ணீரை சூடாக்கும்போது, ​​அதன் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் அதிகரிக்கிறது, மேலும் இது விரட்டும் சக்திகளால் எளிதாக்கப்படுகிறது என்று விஞ்ஞானிகள் குறிப்பிட்டனர். குளிர்ந்த நிலையில் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் ஒரு தூரத்தை ஆக்கிரமித்து, அவை நீட்டுகின்றன என்று ஒருவர் கூறலாம், மேலும் அவை அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன. இந்த ஆற்றல் இருப்புதான் நீர் மூலக்கூறுகள் ஒருவருக்கொருவர் அணுகத் தொடங்கும் போது வெளியிடப்படுகிறது, அதாவது குளிரூட்டல் ஏற்படுகிறது. சூடான நீரில் ஒரு பெரிய ஆற்றல் வழங்கல் மற்றும் துணை பூஜ்ஜிய வெப்பநிலைக்கு குளிர்ச்சியடையும் போது அதன் அதிக வெளியீடு குளிர்ந்த நீரை விட வேகமாக நிகழ்கிறது, இது அத்தகைய ஆற்றலின் சிறிய விநியோகத்தைக் கொண்டுள்ளது. எனவே எந்த நீர் வேகமாக உறைகிறது - குளிர் அல்லது சூடாக? தெருவிலும் ஆய்வகத்திலும், Mpemba முரண்பாடு ஏற்பட வேண்டும், மேலும் சூடான நீர் வேகமாக பனியாக மாற வேண்டும்.

ஆனால் கேள்வி இன்னும் திறந்தே உள்ளது

இந்த துப்புக்கு தத்துவார்த்த உறுதிப்படுத்தல் மட்டுமே உள்ளது - இவை அனைத்தும் அழகான சூத்திரங்களில் எழுதப்பட்டுள்ளன மற்றும் நம்பத்தகுந்ததாகத் தெரிகிறது. ஆனால் தண்ணீர் வேகமாக உறையும் - சூடான அல்லது குளிர்ச்சியான சோதனைத் தரவு நடைமுறை அர்த்தத்தில் வைக்கப்பட்டு, அவற்றின் முடிவுகள் வழங்கப்படும் போது, ​​​​Mepemba முரண்பாட்டை மூடிய கேள்வியைக் கருத்தில் கொள்ள முடியும்.