Svojstva vode ne prestaju da zadivljuju naučnike. Voda je prilično jednostavna tvar s kemijskog gledišta, ali istovremeno ima niz neobičnih svojstava koja ne prestaju oduševljavati znanstvenike. Ispod su neke činjenice za koje malo ljudi zna.
1. Koja voda se brže smrzava - hladna ili topla?
Uzmite dvije posude s vodom: u jednu sipajte toplu vodu, a u drugu hladnu i stavite u zamrzivač. Topla voda će se smrznuti brže od hladne, iako je logično da je hladna voda prvo trebala da se pretvori u led: uostalom, topla voda se prvo mora ohladiti na hladnu temperaturu, a zatim se pretvoriti u led, dok hladnom vodom nema potrebe za hlađenjem. Zašto se ovo dešava?
Godine 1963. tanzanijski student po imenu Erasto B. Mpemba, dok je zamrzavao pripremljenu mješavinu sladoleda, primijetio je da se vruća smjesa brže stvrdnula u zamrzivaču od hladne. Kada je mladić podijelio svoje otkriće sa profesorom fizike, samo mu se nasmijao. Na sreću, učenik je bio uporan i uvjerio učitelja da izvede eksperiment, koji je potvrdio njegovo otkriće: pod određenim uvjetima vruća voda zaista se smrzava brže od hladnoće.
Sada se ovaj fenomen smrzavanja tople vode brže od hladne zove Mpemba efekat. Istina, mnogo prije njega ovo jedinstveno svojstvo vode zabilježili su Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes.
Naučnici ne razumiju u potpunosti prirodu ovog fenomena, objašnjavajući ga ili razlikom u hipotermiji, isparavanju, formiranju leda, konvekciji ili učinkom ukapljenih plinova na toplu i hladnu vodu.
2. Može se odmah smrznuti
Svi znaju da se voda uvijek pretvara u led kada se ohladi na 0°C...osim u nekim slučajevima! Takav slučaj je, na primjer, superhlađenje, što je svojstvo vrlo čiste vode da ostane tečna čak i kada se ohladi ispod nule. Ova pojava postaje moguća zbog činjenice da okolina ne sadrži centre kristalizacije ili jezgre koje bi mogle izazvati stvaranje kristala leda. I tako voda ostaje u tečnom obliku, čak i kada se ohladi na temperature ispod nula stepeni Celzijusa.
Proces kristalizacije mogu pokrenuti, na primjer, mjehurići plina, nečistoće (zagađenje), neravna površina posude. Bez njih, voda će ostati unutra tečno stanje. Kada proces kristalizacije započne, možete gledati kako se super ohlađena voda trenutno pretvara u led.
Imajte na umu da "pregrijana" voda također ostaje tečna čak i kada se zagrije iznad tačke ključanja.
3. 19 stanja vode
Bez oklijevanja, navedite koliko različitih stanja ima voda? Ako ste odgovorili tri: čvrsta, tečna, gasovita, onda se varate. Naučnici razlikuju najmanje 5 različitih stanja vode u tečnom obliku i 14 stanja u zamrznutom obliku.
Sjećate li se razgovora o super ohlađenoj vodi? Dakle, šta god da radite, na -38 °C, čak i najčistija super ohlađena voda će se iznenada pretvoriti u led. Šta se dešava ako temperatura dalje pada? Na -120°C vodi se nešto čudno dešava: postaje superviskozna ili viskozna, poput melase, a na temperaturama ispod -135°C pretvara se u "staklastu" ili "staklastu" vodu - čvrstu supstancu koja nema kristalnu strukturu.
4. Voda iznenađuje fizičare
Na molekularnom nivou, voda je još više iznenađujuća. 1995. godine, eksperiment raspršenja neutrona koji su sproveli naučnici dao je neočekivani rezultat: Fizičari su otkrili da neutroni usmjereni na molekule vode "vide" 25% manje vodonikovih protona nego što se očekivalo.
Pokazalo se da se brzinom od jedne atosekunde (10-18 sekundi) dešava neobičan kvantni efekat, a hemijska formula voda umjesto H2O postaje H1.5O!
5. Memorija vode
Homeopatija, alternativa zvaničnoj medicini, tvrdi da je rastvor razblažen medicinski proizvod može imati terapeutski učinak na tijelo, čak i ako je faktor razrjeđenja toliko velik da u otopini ne ostaje ništa osim molekula vode. Zagovornici homeopatije objašnjavaju ovaj paradoks konceptom koji se naziva "pamćenje vode", prema kojem voda na molekularnom nivou ima "pamćenje" supstancije jednom otopljene u njoj i zadržava svojstva otopine izvorne koncentracije nakon ne u njemu ostaje samo jedan molekul sastojka.
Međunarodni tim naučnika na čelu sa profesoricom Madeleine Ennis sa Queen's univerziteta u Belfastu, koja je kritikovala principe homeopatije, izveo je eksperiment 2002. godine kako bi jednom zauvijek opovrgao koncept. Rezultat je bio suprotan. Nakon toga, naučnici su rekli da su uspjeli dokazati realnost efekta "pamćenja vode". Međutim, eksperimenti provedeni pod nadzorom nezavisnih stručnjaka nisu dali rezultate. Sporovi o postojanju fenomena "pamćenja vode" se nastavljaju.
Voda ima mnoga druga neobična svojstva koja nismo pokrili u ovom članku. Na primjer, gustina vode se mijenja s temperaturom (gustina leda je manja od gustine vode)
voda ima prilično visoku površinsku napetost
u tečnom stanju voda je složena i dinamički promenljiva mreža vodenih klastera, a ponašanje klastera utiče na strukturu vode itd.
O ovim i mnogim drugim neočekivanim karakteristikama vode možete pročitati u članku Martina Chaplina, profesora na Univerzitetu u Londonu "Anomalna svojstva vode".
To je tačno, iako zvuči nevjerovatno, jer u procesu smrzavanja prethodno zagrijana voda mora proći temperaturu hladne vode. U međuvremenu, ovaj efekat se široko koristi, na primjer, klizališta i tobogani se zimi pune toplom umjesto hladnom. Stručnjaci savjetuju vozačima da zimi u rezervoar za pranje veša sipaju hladnu, a ne toplu vodu. Paradoks je poznat širom svijeta kao "Mpemba efekat".
Ovu pojavu su svojevremeno pominjali Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali su tek 1963. godine profesori fizike na nju obratili pažnju i pokušali da je istraže. Sve je počelo kada je tanzanijski školarac Erasto Mpemba primijetio da se zaslađeno mlijeko koje je koristio za pravljenje sladoleda brže stvrdnjavalo ako je prethodno zagrijano i sugerirao da se topla voda smrzava brže od hladne. Obratio se profesoru fizike za pojašnjenje, ali se on samo nasmijao učeniku, rekavši sljedeće: "Ovo nije svjetska fizika, već fizika Mpemba."
Srećom, Dennis Osborn, profesor fizike sa Univerziteta Dar es Salaam, jednog dana je posjetio školu. I Mpemba se okrenuo prema njemu sa istim pitanjem. Profesor je bio manje skeptičan, rekao je da ne može suditi o onome što nikada nije vidio, te je po povratku kući zamolio osoblje da sprovede odgovarajuće eksperimente. Izgleda da su potvrdili dječakove riječi. U svakom slučaju, 1969. godine Osborne je govorio o radu sa Mpembom u časopisu „Eng. fizikaObrazovanje". Iste godine George Kell iz Kanadskog nacionalnog istraživačkog vijeća objavio je članak koji opisuje ovaj fenomen na engleskom jeziku. američkoJournaloffizika».
Postoji nekoliko mogućih objašnjenja za ovaj paradoks:
- Topla voda brže isparava, čime se smanjuje njen volumen, a manji volumen vode iste temperature brže se smrzava. U hermetički zatvorenim posudama hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
- Prisustvo snježnih obloga. Posuda za toplu vodu topi snijeg ispod, čime se poboljšava toplinski kontakt sa rashladnom površinom. Hladna voda ne topi snijeg ispod sebe. Bez snježne obloge, posuda za hladnu vodu trebala bi se brže smrzavati.
- Hladna voda počinje da se smrzava odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok topla voda počinje da se smrzava odozdo. Uz dodatno mehaničko miješanje vode u posudama, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
- Prisustvo kristalizacijskih centara u ohlađenoj vodi - tvari otopljenih u njoj. Sa malim brojem takvih centara u hladnoj vodi, transformacija vode u led je otežana, pa je moguće čak i njeno prehlađenje kada ostane u tečnom stanju, sa temperaturom ispod nule.
Nedavno je objavljeno još jedno objašnjenje. dr Jonathan Katz (Jonathan Katz) sa Univerziteta Washington istraživao je ovaj fenomen i došao do zaključka da važnu ulogu igraju ga tvari otopljene u vodi, koje se talože pri zagrijavanju.
Pod rastvoreno supstance dr Katz se odnosi na kalcijum i magnezijum bikarbonate koji se nalaze u tvrdoj vodi. Kada se voda zagrije, ove tvari se talože, voda postaje "meka". Voda koja nikada nije zagrijana sadrži ove nečistoće i "tvrda je". Kako se smrzava i stvaraju kristali leda, koncentracija nečistoća u vodi se povećava 50 puta. Ovo snižava tačku smrzavanja vode.
Ovo objašnjenje mi ne deluje uverljivo, jer. ne smijemo zaboraviti da je učinak pronađen u eksperimentima sa sladoledom, a ne sa tvrdom vodom. Najvjerovatnije su uzroci fenomena termofizički, a ne hemijski.
Do sada nije dobijeno nedvosmisleno objašnjenje paradoksa Mpemba. Moram reći da neki naučnici ne smatraju ovaj paradoks vrijednim pažnje. Međutim, vrlo je zanimljivo da je jednostavan školarac postigao prepoznavanje fizičkog efekta i stekao popularnost zbog svoje radoznalosti i upornosti.
Dodato februar 2014
Bilješka je napisana 2011. Od tada su se pojavile nove studije o Mpemba efektu i novi pokušaji da se on objasni. Tako je 2012. godine Kraljevsko hemijsko društvo Velike Britanije raspisalo međunarodno takmičenje za razotkrivanje naučne misterije “Efekat Mpemba” sa nagradnim fondom od 1000 funti. Rok je određen 30. jula 2012. godine. Pobjednik je Nikola Bregovik iz laboratorija Sveučilišta u Zagrebu. Objavio je svoj rad u kojem je analizirao dosadašnje pokušaje da se objasni ovaj fenomen i došao do zaključka da nisu bili uvjerljivi. Model koji je predložio zasniva se na osnovnim svojstvima vode. Zainteresovani mogu naći posao na http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp
Istraživanje se tu nije završilo. 2013. godine fizičari iz Singapura su teoretski dokazali uzrok Mepemba efekta. Rad se može naći na http://arxiv.org/abs/1310.6514.
Povezani članci na stranici:
Ostali članci sekcije
Komentari:
Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14
Zašto topla voda brže isparava? Naučnici su praktično dokazali da se čaša tople vode smrzava brže od hladne vode. Naučnici ne mogu da objasne ovaj fenomen iz razloga što ne razumeju suštinu fenomena: toplotu i hladnoću! Toplota i hladnoća su fizički osjećaji uzrokovani interakcijom čestica Materije, u obliku kontra kompresije magnetnih valova koji se kreću sa strane svemira i iz centra Zemlje. Dakle, što je veća potencijalna razlika ovog magnetnog napona, to se brže odvija razmjena energije metodom protuprodiranja jednog vala u drugi. Odnosno, difuzijom! U odgovoru na moj članak, jedan protivnik piše: 1) “..Topla voda BRŽE ispari, zbog čega je ima manje, pa se brže smrzava” Pitanje! Koja energija čini da voda brže isparava? 2) U mom članku govorimo o čaši, a ne o drvenom koritu, što protivnik navodi kao kontraargument. Šta nije tačno! Odgovaram na pitanje: „IZ KOGA RAZLOGA ISPARAVANJE VODE U PRIRODI?” Magnetski talasi, koji se uvek kreću iz centra zemlje u svemir, savladavajući protivpritisak magnetnih kompresijskih talasa (koji se uvek kreću od svemira ka centru zemlje), istovremeno raspršuju čestice vode, budući da se kreću u svemir. , povećavaju se u volumenu. Odnosno, proširite! U slučaju savladavanja magnetnih talasa kompresije, ove vodene pare se sabijaju (kondenziraju) i pod uticajem ovih sila magnetne kompresije voda se vraća u tlo u vidu padavina! S poštovanjem! Alexey Mishnev. 6. oktobar 2012.
Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19
Šta je temperatura. Temperatura je stepen elektromagnetnog naprezanja magnetnih talasa sa energijom kompresije i širenja. U slučaju ravnotežnog stanja ovih energija, temperatura tijela ili tvari je u stabilnom stanju. Ako se poremeti stanje ravnoteže ovih energija, prema energiji širenja, tijelo ili supstanca povećavaju volumen prostora. U slučaju prekoračenja energije magnetnih valova u smjeru kompresije, tijelo ili supstanca se smanjuje u volumenu prostora. Stepen elektromagnetnog naprezanja određen je stepenom širenja ili kontrakcije referentnog tijela. Alexey Mishnev.
Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM
Aleksej, govoriš o nekom članku koji iznosi tvoja razmišljanja o pojmu temperature. Ali niko ga nije pročitao. Molim te daj mi link. Općenito, vaši pogledi na fiziku su vrlo neobični. Nikada nisam čuo za "elektromagnetno širenje referentnog tijela".
Yuri Kuznetsov , 04.12.2012 12:32
Predlaže se hipoteza da je to rad intermolekularne rezonancije i ponderomotivne privlačnosti između molekula koju ona stvara. U hladnoj vodi, molekuli se kreću i vibriraju nasumično, sa različitim frekvencijama. Kada se voda zagrije, s povećanjem frekvencije oscilacije, njihov raspon se sužava (smanjuje se frekvencijska razlika od tekuće tople vode do tačke isparavanja), frekvencije oscilacija molekula se približavaju jedna drugoj, zbog čega dolazi do rezonancije između molekula. Nakon hlađenja, ova rezonancija je djelimično očuvana, ne gasi se odmah. Pokušajte pritisnuti jednu od dvije gitarske žice koje su u rezonanciji. Sada pustite - struna će ponovo početi da vibrira, rezonancija će vratiti svoje vibracije. Dakle, u smrznutoj vodi, vanjski ohlađeni molekuli pokušavaju izgubiti amplitudu i frekvenciju vibracija, ali “topli” molekuli unutar posude “povlače” vibracije nazad, djeluju kao vibratori, a vanjski djeluju kao rezonatori. Između vibratora i rezonatora nastaje ponderomotivna privlačnost*. Kada ponderomotivna sila postane veća od sile uzrokovane kinetičkom energijom molekula (koje ne samo da vibriraju, već se i kreću linearno), dolazi do ubrzane kristalizacije - "Mpemba efekta". Ponderomotivna veza je veoma nestabilna, Mpemba efekat jako zavisi od svih pratećih faktora: zapremine vode koja se zamrzava, prirode njenog zagrevanja, uslova smrzavanja, temperature, konvekcije, uslova razmene toplote, zasićenja gasom, vibracija rashladnog uređaja. jedinica, ventilacija, nečistoće, isparavanje itd. Možda čak i od osvjetljenja... Dakle, efekat ima mnogo objašnjenja i ponekad ga je teško reproducirati. Iz istog razloga „rezonancije“, prokuvana voda ključa brže od neprokuvane – rezonancija neko vreme nakon ključanja čuva intenzitet vibracija molekula vode (gubitak energije tokom hlađenja uglavnom je posledica gubitka kinetičke energije linearnog kretanja molekula ). Intenzivnim zagrijavanjem molekule vibratora mijenjaju uloge sa molekulima rezonatora u odnosu na zamrzavanje - frekvencija vibratora je manja od frekvencije rezonatora, što znači da između molekula ne postoji privlačenje, već odbijanje, što ubrzava prijelaz. drugome stanje agregacije(par).
Vlad, 11.12.2012 03:42
slomio mi mozak...
Anton , 04.02.2013 02:02
1. Da li je ova ponderomotivna privlačnost zaista toliko velika da utiče na proces prijenosa topline? 2. Da li to znači da kada se sva tijela zagriju na određenu temperaturu, njihove strukturne čestice ulaze u rezonanciju? 3. Zašto ova rezonancija nestaje nakon hlađenja? 4. Je li ovo vaša pretpostavka? Ako postoji izvor, navedite. 5. Prema ovoj teoriji, oblik posude će igrati važnu ulogu, a ako je tanka i ravna, onda razlika u vremenu smrzavanja neće biti velika, tj. možete provjeriti.
Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK
Hladna voda već ima atome dušika, a udaljenosti između molekula vode su veće nego u vrućoj vodi. Odnosno zaključak: Vruća voda brže apsorbira atome dušika, a pritom se brzo smrzava od hladne vode – to je uporedivo sa otvrdnjavanjem željeza, jer se topla voda pretvara u led, a vruće željezo stvrdnjava pri brzom hlađenju!
Vladimir , 13.03.2013 06:50
ili možda ovo: gustina tople vode i leda je manja od gustine hladne vode, pa stoga voda ne treba da menja svoju gustinu, gubi neko vreme na tome i smrzava se.
Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50
Prije nego što počnemo govoriti o rezonancijama, privlačenju i vibracijama čestica, potrebno je razumjeti i odgovoriti na pitanje: Koje sile tjeraju čestice da vibriraju? Od, bez kinetička energija, ne može se komprimirati. Bez kompresije, ne može biti ekspanzije. Bez ekspanzije ne može biti kinetičke energije! Kada počnete da pričate o rezonanciji žica, prvo ste se potrudili da jedna od ovih žica počne da vibrira! Kada govorimo o privlačenju, morate prije svega naznačiti silu koja čini da se ova tijela privlače! Potvrđujem da su sva tijela sabijena elektromagnetnom energijom atmosfere i koja sabija sva tijela, tvari i elementarne čestice silom od 1,33 kg. ne po cm2, nego po elementarnoj čestici.Pošto pritisak atmosfere ne može biti selektivan!Nemojte ga brkati sa količinom sile!
Dodik , 31.05.2013 02:59
Čini mi se da ste zaboravili jednu istinu - "Nauka počinje tamo gdje počinju mjerenja." Kolika je temperatura "vruće" vode? Kolika je temperatura "hladne" vode? U članku se ne kaže ni riječi o tome. Iz ovoga možemo zaključiti - cijeli članak je sranje!
Grigorije, 6.4.2013 12:17
Dodik, prije nego što članak nazove glupošću, mora se razmisliti da se barem malo nauči. I ne samo mjeriti.
Dmitry , 24.12.2013 10:57
Molekuli tople vode se kreću brže nego u hladnoj vodi, zbog toga dolazi do bližeg kontakta sa okruženje, čini se da upijaju svu hladnoću brzo usporavajući.
Ivan, 10.01.2014 05:53
Iznenađujuće je da se na ovoj stranici pojavio tako anoniman članak. Članak je potpuno nenaučan. I autor i komentatori koji se međusobno nadmeću krenuli su u potragu za objašnjenjem fenomena, ne trudeći se da saznaju da li se fenomen uopšte posmatra i, ako jeste, pod kojim uslovima. Štaviše, ne postoji čak ni saglasnost o tome šta mi zapravo posmatramo! Dakle, autor insistira na potrebi da se objasni efekat brzog smrzavanja vrućeg sladoleda, iako iz celog teksta (i reči „efekat je otkriven u eksperimentima sa sladoledom“) proizilazi da on sam nije postavio takav eksperimenti. Iz varijanti "objašnjenja" fenomena navedenih u članku, može se vidjeti da su opisani potpuno različiti eksperimenti, postavljeni u različitim uvjetima s različitim vodeni rastvori. I suština objašnjenja i subjunktivno raspoloženje u njima sugeriraju da nije izvršena čak ni elementarna provjera izraženih ideja. Neko je slučajno čuo zanimljivu priču i opušteno iznio svoj spekulativni zaključak. Žao mi je, ali nije fizički Naučno istraživanje, i razgovor u sobi za pušače.
Ivan , 01.10.2014 06:10
Što se tiče komentara u članku o punjenju valjaka toplom vodom i hladnim rezervoarima za pranje. Sve je jednostavno sa stanovišta elementarne fizike. Klizalište je napunjeno toplom vodom samo zato što se sporije smrzava. Klizalište mora biti ravno i glatko. Pokušajte da ga napunite hladnom vodom - dobićete izbočine i "ulive", jer. voda će se _brzo_ smrznuti bez vremena da se raširi u ravnomjernom sloju. A vrući će imati vremena da se raširi u ravnomjernom sloju i otopiće postojeće led i snježne neravnine. S perilicom također nije teško: nema smisla sipati čistu vodu u mraz - smrzava se na staklu (čak i vruće); a vruća tečnost koja se ne smrzava može dovesti do pucanja hladnog stakla, plus imat će povećanu tačku smrzavanja na staklu zbog ubrzanog isparavanja alkohola na putu do stakla (da li svi znaju princip rada mjesečine? - alkohol isparava, a voda ostaje).
Ivan , 01.10.2014 06:34
Ali zapravo fenomen, glupo je pitati se zašto se dva različita eksperimenta u različitim uslovima odvijaju različito. Ako je eksperiment postavljen čisto, onda morate uzeti toplu i hladnu vodu istog hemijskog sastava - uzimamo prethodno ohlađenu kipuću vodu iz istog čajnika. Sipati u identične posude (na primjer čaše tankih stijenki). Stavljamo ne na snijeg, već na istu ravnomjernu, suhu podlogu, na primjer, drveni stol. I to ne u mikrozamrzivaču, već u dovoljno obimnom termostatu - proveo sam eksperiment prije nekoliko godina na selu, kada je vani bilo stabilno mrazno vrijeme, oko -25C. Voda kristalizira na određenoj temperaturi nakon oslobađanja topline kristalizacije. Hipoteza se svodi na tvrdnju da se topla voda brže hladi (to je tačno, u skladu sa klasičnom fizikom, brzina prenosa toplote je proporcionalna temperaturnoj razlici), ali održava povećanu brzinu hlađenja čak i kada je njena temperatura jednaka temperaturi hladne vode. Postavlja se pitanje kako se voda koja se ohladila na temperaturu od +20C napolju razlikuje od potpuno iste vode koja se sat ranije ohladila na temperaturu od +20C, ali u prostoriji? Klasična fizika (usput, zasnovana ne na brbljanju u sobi za pušenje, već na stotinama hiljada i milionima eksperimenata) kaže: da, ništa, dalja dinamika hlađenja će biti ista (samo kipuća voda će kasnije dostići +20 poena ). I eksperiment pokazuje isto: kada se u čaši prvobitno hladne vode već nalazi čvrsta kora leda, topla voda nije ni pomišljala da se smrzne. P.S. Na komentare Jurija Kuznjecova. Prisustvo određenog efekta može se smatrati utvrđenim kada su opisani uslovi za njegovo nastanak i kada se stabilno reprodukuje. A kada imamo neshvatljive eksperimente sa nepoznatim uslovima, preuranjeno je graditi teorije njihovog objašnjenja i to ne daje ništa sa naučne tačke gledišta. P.P.S. Pa, nemoguće je čitati komentare Alekseja Mišnjeva bez suza emocija - osoba živi u nekakvom izmišljenom svijetu koji nema veze s fizikom i stvarnim eksperimentima.
Grigorije, 13.01.2014 10:58
Ivane, razumijem da pobijaš Mpemba efekat? Ne postoji, kao što pokazuju vaši eksperimenti? Zašto je tako poznat u fizici i zašto mnogi pokušavaju da ga objasne?
Ivan , 14.02.2014 01:51
Dobar dan, Gregory! Efekat nečisto montiranog eksperimenta postoji. Ali, kao što razumijete, to nije razlog za traženje novih obrazaca u fizici, već razlog za poboljšanje vještine eksperimentatora. Kao što sam već napomenuo u komentarima, u svim pomenutim pokušajima da se objasni „Mpemba efekat“, istraživači ne mogu ni jasno artikulisati šta tačno i pod kojim uslovima mere. I hoćete da kažete da su to eksperimentalni fizičari? Nemoj me nasmijavati. Učinak nije poznat u fizici, već u pseudonaučnim raspravama na raznim forumima i blogovima, kojih je sada more. Kao pravi fizički efekat (u smislu kao posledica nekog novog fizički zakoni, a ne kao rezultat pogrešne interpretacije ili samo mita) percipiraju ga ljudi koji su daleko od fizike. Dakle, nema razloga govoriti kao o jednom fizičkom efektu o rezultatima različitih eksperimenata postavljenih u potpuno različitim uvjetima.
Pavel, 18.02.2014 09:59
hm, ljudi... članak za "Speed Info"... Bez uvrede... ;) Ivan je u pravu za sve...
Grgur, 19.02.2014 12:50
Ivane, slažem se da sada ima dosta pseudonaučnih stranica koje objavljuju neprovjerene senzacionalne materijale.? Uostalom, učinak Mpembe se još uvijek proučava. Štaviše, naučnici sa univerziteta istražuju. Na primjer, 2013. godine ovaj efekat je proučavala grupa Tehnološki univerzitet u Singapuru. Pogledajte vezu http://arxiv.org/abs/1310.6514. Vjeruju da su pronašli objašnjenje za ovaj efekat. Neću pisati detaljno o suštini otkrića, ali po njihovom mišljenju, efekat je povezan s razlikom u energijama pohranjenim u vodikovim vezama.
Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04
Za sve zainteresovane za istraživanje Mpemba efekta, malo sam dopunio materijal članka i naveo linkove na kojima se možete upoznati sa najnovijim rezultatima (pogledajte tekst). Hvala na komentarima.
Ildar , 24.02.2014 04:12 | nema smisla sve nabrajati
Ako se ovaj Mpemba efekat zaista dogodi, onda se objašnjenje mora tražiti, mislim, u molekularnoj strukturi vode. Voda (kao što sam saznao iz naučnopopularne literature) ne postoji kao pojedinačni H2O molekuli, već kao klasteri od nekoliko molekula (čak i desetina). S povećanjem temperature vode, brzina kretanja molekula se povećava, klasteri se raspadaju jedni protiv drugih i valentne veze molekula nemaju vremena za sastavljanje velikih klastera. Za formiranje klastera potrebno je malo više vremena nego za usporavanje brzine molekula. A budući da su klasteri manji, formiranje kristalne rešetke je brže. U hladnoj vodi, naizgled, veliki prilično stabilni klasteri sprječavaju stvaranje rešetke i potrebno je neko vrijeme za njihovo uništenje. I sam sam vidio čudan efekat na TV-u, kada je hladna voda koja je tiho stajala u tegli ostala tečna nekoliko sati na hladnom. Ali čim je tegla podignuta, odnosno blago pomaknuta sa svog mjesta, voda u tegli je odmah kristalizirala, postala neprozirna i tegla je pukla. Pa, sveštenik koji je pokazao ovaj efekat objasnio je to činjenicom da je voda osvećena. Usput, ispostavilo se da voda uvelike mijenja svoj viskozitet ovisno o temperaturi. Mi, kao velika stvorenja, to ne primjećujemo, a na nivou malih (mm i manje) rakova, a još više bakterija, viskoznost vode je vrlo značajan faktor. Mislim da je ovaj viskozitet takođe dat veličinom klastera vode.
GREY , 15.03.2014 05:30
sve okolo što vidimo su površne karakteristike (osobine), tako da za energiju uzimamo samo ono što možemo izmjeriti ili dokazati postojanje na bilo koji način, inače je ćorsokak. Ovaj fenomen, Mpemba efekat, može se objasniti samo jednostavnom volumetrijskom teorijom koja će ujediniti sve fizičke modele u jednu strukturu interakcije. zapravo je jednostavno
Nikita, 6.6.2014 04:27 | auto
ali kako da voda ostane hladna i da ne bude topla kada idete u auto!
alexey, 03.10.2014. 01:09
A evo još jednog "otkrića", u pokretu. Voda u plastičnoj boci se mnogo brže smrzava s otvorenim čepom. Radi zabave, eksperimentisao sam mnogo puta na jakom mrazu. Efekat je očigledan. Zdravo teoretičari!
Eugene , 27.12.2014 08:40
Princip evaporativnog hladnjaka. Uzimamo dvije hermetički zatvorene boce sa hladnom i toplom vodom. Stavili smo ga na hladno. Hladna voda se brže smrzava. Sada uzmemo iste boce sa hladnom i toplom vodom, otvorimo je i stavimo na hladno. Topla voda će se smrznuti brže od hladne vode. Ako uzmemo dva bazena sa hladnom i toplom vodom, onda će se topla voda mnogo brže smrzavati. To je zbog činjenice da povećavamo kontakt s atmosferom. Što je intenzivnije isparavanje, to je brži pad temperature. Ovdje je potrebno spomenuti faktor vlažnosti. Što je niža vlažnost, to je jače isparavanje i jače hlađenje.
siva TOMSK, 03.01.2015 10:55
GREY, 15.03.2014 05:30 - nastavak Ono što znate o temperaturi nije sve. Ima još nešto. Ako pravilno sastavite fizički model temperature, tada će on postati ključ za opisivanje energetskih procesa od difuzije, topljenja i kristalizacije do takvih razmjera kao što je povećanje temperature s povećanjem tlaka, povećanje tlaka s povećanjem temperature. Čak će i fizički model Sunčeve energije postati jasan iz gore navedenog. Ja sam zimi. . u rano proljeće 20013. godine, nakon što sam pogledao temperaturne modele, sastavio sam opći temperaturni model. Nakon par mjeseci sjetio sam se temperaturnog paradoksa, a onda sam shvatio... da moj temperaturni model također opisuje Mpemba paradoks. Bilo je to u maju - junu 2013. Kasni godinu dana, ali tako je najbolje. Moj fizički model je zamrznuti okvir i može se pomicati naprijed i nazad i ima motoričke sposobnosti aktivnosti, samu aktivnost u kojoj se sve kreće. Imam 8 razreda škole i 2 godine fakulteta sa ponavljanjem teme. Prošlo je 20 godina. Tako da ne mogu pripisati nikakve fizičke modele poznatih naučnika, kao ni formule. Žao mi je.
Andrej, 08.11.2015 08:52
Generalno, imam ideju zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. A u mojim objašnjenjima sve je vrlo jednostavno ako ste zainteresovani onda mi pišite na mail: [email protected]
Andrej, 08.11.2015 08:58
Žao mi je, dao sam pogrešno poštansko sanduče, ovo je tačan email: [email protected]
Viktor , 23.12.2015 10:37
Čini mi se da je sve jednostavnije, snijeg pada kod nas, ispari se gas, hladi, pa možda u mrazu brže hladi vruće jer ispari i odmah kristalizira daleko od dizanja, a voda u gasovitom stanju hladi se brže nego u tečnom )
Bekzhan , 28.01.2016 09:18
Čak i kada bi neko otkrio ove zakone sveta koji se vezuju za ovaj efekat, ne bi pisao ovde.S moje tačke gledišta, ne bi bilo logično da otkriva svoje tajne korisnicima interneta kada to može da objavi u poznatim naučnim časopisima i dokaži i sam pred narodom.Pa šta će se ovde pisati o ovom efektu, sva ova većina nije logična.)))
Alex , 22.02.2016 12:48
zdravo eksperimentatori. U pravu ste kada kažete da nauka počinje tamo gde... ne merenja, već kalkulacije. "Eksperiment" - vječni i neophodan argument za one koji su lišeni mašte i linearnog razmišljanja Uvrijedio sve, sada u slučaju E \u003d mc2 - sjećaju li se svi? Brzina molekula koji lete iz hladne vode u atmosferu određuje količinu energije koju odnesu iz vode (hlađenje - gubitak energije) Brzina molekula iz tople vode je mnogo veća i odnešena energija je na kvadratu (brzina hlađenja preostala masa vode) To je sve, ako napustite "eksperimentiranje" i sjetite se Osnova nauke
Vladimir , 25.04.2016 10:53 | Meteo
U onim danima kada je antifriz bio rijetkost, voda iz rashladnog sistema automobila u negrijanoj garaži voznog parka ispuštala se nakon radnog dana kako se ne bi odledio blok cilindara ili radijator - ponekad oboje zajedno. Ujutro je sipana topla voda. Po jakom mrazu motori su startali bez problema. Nekako se zbog nedostatka tople vode točila voda sa česme. Voda se odmah smrzla. Eksperiment je bio skup - tačno onoliko koliko košta kupovina i zamjena bloka cilindra i hladnjaka automobila ZIL-131. Ko ne veruje neka proveri. i Mpemba je eksperimentisao sa sladoledom. U sladoledu kristalizacija teče drugačije nego u vodi. Pokušajte da odgrizete komadić sladoleda i komadić leda zubima. Najvjerovatnije se nije smrznuo, već se zgusnuo kao rezultat hlađenja. A svježa voda, bez obzira da li je topla ili hladna, smrzava se na 0*C. Hladna voda je brza, ali toploj je potrebno vremena da se ohladi.
Lutalica , 06.05.2016 12:54 | Alexu
"c" - brzina svjetlosti u vakuumu E=mc^2 - formula koja izražava ekvivalentnost mase i energije
Albert , 27.07.2016 08:22
Prvo, analogija sa čvrsta tela(nema procesa isparavanja). Nedavno zalemljene bakarne vodovodne cijevi. Proces se odvija zagrijavanjem plinskog plamenika do temperature topljenja lema. Vrijeme zagrijavanja jednog spoja sa spojnicom je otprilike jedan minut. Zalemio sam jedan spoj sa spojnicom i nakon par minuta sam shvatio da sam ga krivo zalemio. Trebalo je malo da se cijev u spojnici skroluje. Ponovo sam počeo da zagrevam spoj plamenikom i, iznenađujuće, trebalo je 3-4 minuta da se spoj zagreje do tačke topljenja. Kako to!? Uostalom, cijev je još vruća i čini se da je potrebno mnogo manje energije za zagrijavanje do tačke topljenja, ali sve se pokazalo suprotno. Sve je u toplotnoj provodljivosti, koja je mnogo veća za već zagrejanu cev, a granica između zagrejane i hladne cevi uspela je da se odmakne daleko od spoja za dva minuta. Sada o vodi. Radićemo sa konceptima vruće i polugrijane posude. U vrućoj posudi formira se uska temperaturna granica između vrućih, visoko pokretnih čestica i sporo pokretnih, hladnih, koja se relativno brzo kreće od periferije ka centru, jer na ovoj granici brze čestice brzo odustaju od svoje energije (ohlade se) od strane čestica s druge strane granice. Pošto je zapremina spoljašnjih hladnih čestica veća, onda brze čestice daju svoje toplotnu energiju, ne može značajno zagrijati vanjske hladne čestice. Stoga se proces hlađenja tople vode odvija relativno brzo. Poluzagrijana voda, s druge strane, ima mnogo manju toplinsku provodljivost, a širina granice između poluzagrijanih i hladnih čestica je znatno šira. Pomicanje u središte tako široke granice događa se mnogo sporije nego u slučaju vruće posude. Kao rezultat toga, vruća posuda se hladi brže od tople. Smatram da je potrebno pratiti dinamiku procesa hlađenja vode različitih temperatura postavljanjem nekoliko temperaturnih senzora od sredine do ruba posude.
Max , 19.11.2016 05:07
Provjereno je: na Jamalu, u mrazu, cijev sa toplom vodom zamrzne i mora se zagrijati, ali ne i hladna!
Artem, 09.12.2016 01:25
Teško je, ali mislim da je hladna voda gušća od tople vode, čak i bolja od prokuvane vode, a onda dolazi do ubrzanja hlađenja, tj. topla voda dostiže hladnu temperaturu i prestiže je, a ako se uzme u obzir da se topla voda smrzava odozdo, a ne odozgo, kao što je gore napisano, to dosta ubrzava proces!
Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52
Nema takvog efekta. Avaj. U Nature je 2016. godine objavljen detaljan članak na tu temu: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je jasno da ako se eksperimenti izvode pažljivo (ako se uzorci tople i hladne vode isti u svemu osim temperature), efekat se ne primećuje.
Headlab, 22.08.2017 05:31
Viktor, 27.10.2017 03:52
"Zaista jeste." - ako škola nije razumjela šta su toplotni kapacitet i zakon održanja energije. Lako je provjeriti - za to su vam potrebni: želja, glava, ruke, voda, frižider i budilnik. A klizališta su, kako pišu stručnjaci, zaleđena (punjena) hladnom vodom, a toplom vodom izravnavaju izrezani led. A zimi u rezervoar za pranje treba sipati tečnost protiv smrzavanja, a ne vodu. Voda će se ionako smrznuti, a hladna voda će se smrznuti brže.
Irina , 23.01.2018 10:58
Naučnici širom sveta se bore sa ovim paradoksom još od vremena Aristotela, a Viktor, Zavlab i Sergejev su se pokazali kao najpametniji.
Denis , 02.01.2018 08:51
Sve je tačno u članku. Ali razlog je nešto drugačiji. U procesu ključanja, zrak otopljen u njemu isparava se iz vode, stoga, kako se kipuća voda hladi, kao rezultat toga, njena gustina će biti manja od gustine sirove vode iste temperature. Ne postoje drugi razlozi za različitu toplotnu provodljivost osim različite gustine.
Headlab, 01.03.2018 08:58 | head lab
Irina :), "naučnici celog sveta" se ne bore protiv ovog "paradoksa", za prave naučnike ovaj "paradoks" jednostavno ne postoji - to se lako proverava u dobro reproducibilnim uslovima. "Paradoks" se pojavio zbog neponovljivih eksperimenata afričkog dječaka Mpembe i naduvali su ga slični "naučnici" :)
miroland, 23.03.2019 07:20
dečak iz Tanzanije koji živi u srcu Afrike, koji, vrlo verovatno, nikada nije video sneg u očima... ;-D Ništa ne zbunjujem???)))
Sergej , 14.04.2019 02:02
Uzimamo dvije elastične trake, rastegnemo obje, a jedna je veća od druge (analogija s unutrašnjom energijom hladne i tople vode), istovremeno otpuštamo jedan kraj elastične trake. Koja guma će se brže skupiti?
Artanis , 5.8.2019 03:34
Upravo sam imao ovo iskustvo. U zamrzivač sam stavila dvije identične šolje tople i hladne vode. Hladni se smrzavao mnogo brže. Vruća je još bila malo topla. Šta nije u redu po mom iskustvu?
Headlab, 09.05.2019 06:21 |
Artanis, sa tvojim iskustvom "sve je kako treba" :) - "Mpemba efekat" ne postoji kod korektno izvedenog eksperimenta, koji obezbedjuje istovetnost uslova hlađenja za identične zapremine vode samo sa različitim početnim temperaturama. Svaka čast - prešli ste na stranu svjetlosti, razuma i trijumfa osnovnih fizičkih zakona i počeli da se udaljavate od "Mpemba sekte", a ljubitelji YouTube videa u stilu "šta su nas lagali na časovima fizike "... :)
Moiseeva N.P. , 16.05.2019 04:30 | Ch. urednik
U pravu ste, mnogo zavisi od uslova eksperimenta. Ali da se efekat uopšte ne bi uočio, onda ne bi bilo istraživanja i objavljivanja u ozbiljnim časopisima. Jeste li pročitali bilješku do kraja? Ovdje se ne pominju YouTube video zapisi.
Headlab, 06.08.2019 05:26 | SlavOilGas-SouthNorthWestVostok-Sintez Kako god
Natalya Petrovna, živimo u eri „krize reproduktivnosti“ u nauci, kada se, da bi povećali indeks citiranosti pod sloganom „objavi ili propadni“, „nesretni naučnici“ radije takmiče u izmišljanju suludih teorija koje bi očigledno potkrijepile sumnjivi eksperimentalni podaci umjesto da potrošite malo vremena i resursa na provjeru ovih podataka prije nego što sjednete na čisto teorijski članak. Primjer takvih "nesretnih naučnika" su upravo "fizičari iz Singapura" koje ste spomenuli u članku - njihova publikacija ne sadrži vlastite eksperimentalne podatke, već samo gole teorijske argumente o mogućem utjecaju nejasnog fenomena "O:HO Bond Anomalous Relaxation" o procesu anomalnog smrzavanja vode, koji su primijetili i Francis Bacon i Rene Descartes, pa čak i Aristotel već 350 godina prije Krista. ... A osobno mi je jako drago da je Nikola Bregović sa Sveučilišta u Zagrebu dobio svoju nagradu od 1000 funti od Kraljevskog kemijskog društva Velike Britanije nakon što je izmjerio sasvim fizički objašnjive rezultate bez ikakvih anomalija na dobroj opremi u reproduktivnim uvjetima i ispitao ih kao nespretne mere dečaka Mpembe i njegovih adepta i adekvatnosti onih koji su pokušali da ove nespretne eksperimente donesu "teorijsku osnovu".
Mpemba efekat(Mpemba paradox) - paradoks koji kaže da se topla voda pod određenim uslovima smrzava brže od hladne vode, iako mora proći temperaturu hladne vode u procesu smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti sa uobičajenim idejama, prema kojima, pod istim uslovima, toplijem tijelu treba više vremena da se ohladi na određenu temperaturu nego hladnijem tijelu da se ohladi na istu temperaturu.
Ovu pojavu su u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali je tek 1963. godine tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća mješavina sladoleda smrzava brže od hladne.
Kao student Magamba srednja škola u Tanzaniji, Erasto Mpemba praktičan rad u kulinarstvu. Morao je da napravi domaći sladoled - prokuva mleko, rastvori šećer u njemu, ohladi na sobnu temperaturu, a zatim stavi u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je s prvim dijelom zadatka. Bojeći se da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je još vruće mlijeko u frižider. Na njegovo iznenađenje, smrzlo se čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno po zadatoj tehnologiji.
Nakon toga, Mpemba je eksperimentisao ne samo s mlijekom, već i sa običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkwawa, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od direktora škole da studentima održi predavanje o fizici) o vodi: „Ako uzmete dvije identične posude sa jednakim volumenom vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 °C, a u drugoj - 100 °C, i stavite ih u zamrzivač, tada će se u drugoj voda brže smrzavati. Zašto? Osborne se zainteresovao za ovo pitanje i ubrzo 1969. godine, zajedno sa Mpembom, objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada se efekat koji su otkrili naziva Mpemba efekat.
Do sada niko ne zna tačno kako da objasni ovaj čudan efekat. Naučnici nemaju ni jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve se radi o razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u prehlađenju, isparavanju, stvaranju leda, konvekciji ili uticaju tečnih gasova na vodu tokom različite temperature.
Paradoks Mpemba efekta je da vrijeme tokom kojeg se tijelo hladi na temperaturu okoline mora biti proporcionalno temperaturnoj razlici između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je ustanovio Newton i od tada je više puta potvrđen u praksi. U istom efektu, voda na 100°C se hladi na 0°C brže od iste količine vode na 35°C.
Međutim, to još ne znači paradoks, budući da se efekat Mpemba može objasniti i u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za efekat Mpemba:
Isparavanje
Vruća voda brže isparava iz posude, čime se smanjuje njen volumen, a manji volumen vode iste temperature brže se smrzava. Voda zagrijana na 100 C gubi 16% svoje mase kada se ohladi na 0 C.
Efekat isparavanja je dvostruki efekat. Prvo se smanjuje masa vode koja je potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u fazu pare.
temperaturna razlika
Zbog činjenice da je temperaturna razlika između tople vode i hladnog zraka veća - stoga je izmjena topline u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi.
hipotermija
Kada se voda ohladi ispod 0 C, ne smrzava se uvijek. Pod određenim uslovima, može se podvrgnuti prehlađenju dok nastavlja da ostane tečan na temperaturama ispod tačke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tečna čak i na -20 C.
Razlog za ovaj efekat je taj što su za početak formiranja prvih kristala leda potrebni centri za formiranje kristala. Ako nisu u tekućoj vodi, onda će se superhlađenje nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali počnu spontano formirati. Kada počnu da se formiraju u prehlađenoj tečnosti, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu koja će se smrznuti i formirati led.
Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem eliminira otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za formiranje kristala leda.
Zašto hipotermija uzrokuje brže zamrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode, koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U tom slučaju će se na površini posude formirati tanak sloj leda. Ovaj sloj leda će delovati kao izolator između vode i hladnog vazduha i sprečiće dalje isparavanje. Brzina formiranja kristala leda u ovom slučaju će biti manja. U slučaju tople vode koja je podhlađena, pothlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh.
Kada se proces superhlađenja završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više topline i stoga se stvara više leda.
Mnogi istraživači ovog efekta smatraju hipotermiju glavnim faktorom u slučaju Mpemba efekta.
Konvekcija
Hladna voda počinje da se smrzava odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok topla voda počinje da se smrzava odozdo.
Ovaj efekat se objašnjava anomalijom u gustini vode. Voda ima maksimalnu gustinu na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrzavati. Budući da je ova voda manje gusta od vode na 4°C, ostat će na površini, formirajući tanak hladan sloj. U tim uslovima će se na površini vode za kratko vreme formirati tanak sloj leda, ali će taj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , dalje hlađenje će biti sporije.
U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Takođe, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj tople vode na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brz pad temperature.
Ali zašto ovaj proces ne dostiže tačku ravnoteže? Da bismo objasnili Mpemba efekat sa ove tačke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i topli slojevi vode razdvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon što prosječna temperatura vode padne ispod 4 C.
Međutim, ne postoje eksperimentalni dokazi koji podržavaju ovu hipotezu da su hladni i topli slojevi vode odvojeni konvekcijom.
gasovi rastvoreni u vodi
Voda uvijek sadrži plinove otopljene u njoj - kisik i ugljen-dioksid. Ovi gasovi imaju sposobnost da snize tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ovi plinovi se oslobađaju iz vode zbog njihove topljivosti u vodi visoke temperature ispod. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj uvijek ima manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Zbog toga je tačka smrzavanja zagrijane vode viša i ona se brže smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjavanju Mpemba efekta, iako nema eksperimentalnih podataka koji bi potvrdili ovu činjenicu.
Toplotna provodljivost
Ovaj mehanizam može odigrati značajnu ulogu kada se voda stavlja u frižider sa zamrzivačem u malim posudama. U ovim uslovima, primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led zamrzivača ispod, čime se poboljšava termički kontakt sa zidom zamrzivača i toplotna provodljivost. Kao rezultat, toplina se brže uklanja iz posude za toplu vodu nego iz hladne. Zauzvrat, posuda sa hladnom vodom ne topi snijeg ispod sebe.
Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih pružaju 100% reprodukciju Mpemba efekta - nije dobiven.
Tako je, na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao utjecaj prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, a samim tim i brže od ove druge. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se nadoknađuje prethodno zaostajanje.
Osim toga, Auerbachovi rezultati su u suprotnosti sa ranijim podacima da topla voda može postići više superhlađenja zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrije, iz nje se uklanjaju plinovi otopljeni u njoj, a kada se prokuha, talože se neke soli otopljene u njoj.
Za sada se može tvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta u suštini zavisi od uslova pod kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek.
O. V. Mosin
Literaryizvori:
"Topla voda se smrzava brže od hladne vode. Zašto to radi?", Jearl Walker u The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, br. 3, str. 246-257; Septembra 1977.
"Zamrzavanje tople i hladne vode", G.S. Kell u American Journal of Physics, Vol. 37, br. 5, str. 564-565; maja 1969.
"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, u American Journal of Physics, Vol. 63, br. 10, str. 882-885; Oktobar 1995.
"Efekat Mpemba: vremena smrzavanja tople i hladne vode", Charles A. Knight, u American Journal of Physics, Vol. 64, br. 5, str. 524; maj 1996.
Voda je jedna od najneverovatnijih tečnosti na svetu, koja ima neobična svojstva. Na primjer, led - čvrsto stanje tečnosti, ima specifičnu težinu nižu od same vode, što je na mnogo načina omogućilo nastanak i razvoj života na Zemlji. Osim toga, u skoro naučnom, pa i naučnom svijetu, vode se rasprave o tome koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Ko dokaže brže zamrzavanje vruće tečnosti pod određenim uslovima i naučno potkrepi svoju odluku, dobiće nagradu od 1.000 funti od Britanskog kraljevskog društva hemičara.
Pozadina
Činjenica da je po brojnim uslovima topla voda ispred hladne vode po stopi smrzavanja uočena je još u srednjem veku. Francis Bacon i René Descartes uložili su mnogo truda da objasne ovaj fenomen. Međutim, sa stanovišta klasične toplotne tehnike, ovaj paradoks se ne može objasniti i oni su pokušali da ga stidljivo zataškaju. Poticaj za nastavak spora bila je pomalo radoznala priča koja se dogodila tanzanijskom školarcu Erastu Mpembi (Erasto Mpemba) 1963. godine. Jednom, na času pravljenja poslastica u školi kuvanja, dječak, ometen drugim stvarima, nije stigao na vrijeme ohladiti mješavinu sladoleda i staviti otopinu šećera u vruće mlijeko u zamrzivač. Na njegovo iznenađenje, proizvod se hladio nešto brže od njegovih kolega koji su pratili temperaturni režim za pravljenje sladoleda.
Pokušavajući shvatiti suštinu fenomena, dječak se obratio profesoru fizike, koji je, ne ulazeći u detalje, ismijavao njegove kulinarske eksperimente. Međutim, Erasto se odlikovao zavidnom upornošću i nastavio svoje eksperimente više ne na mlijeku, već na vodi. Pobrinuo se da u nekim slučajevima topla voda zamrzne brže od hladne vode.
Ušavši na Univerzitet Dar es Salaam, Erasto Mpembe je prisustvovao predavanju profesora Dennisa G. Osbornea. Nakon diplomiranja, student je naučnika zbunio problemom brzine smrzavanja vode u zavisnosti od njene temperature. D.G. Osborne je ismijao samo postavljanje pitanja, s aplomom navodeći da svaki gubitnik zna da će se hladna voda brže smrznuti. Međutim, prirodna upornost mladića dala je do znanja. Opkladio se sa profesorom, nudeći mu da sprovede eksperimentalni test ovde, u laboratoriji. Erasto je stavio dvije posude s vodom u zamrzivač, jednu na 95°F (35°C), a drugu na 212°F (100°C). Kakvo je bilo iznenađenje profesora i okolnih "navijača" kada se voda u drugom kontejneru brže smrzla. Od tada se ovaj fenomen naziva "Paradoks Mpemba".
Međutim, do danas ne postoji koherentna teorijska hipoteza koja objašnjava "Paradoks Mpemba". Nije jasno koji su to spoljni faktori hemijski sastav vode, prisustvo rastvorenih gasova i minerala u njoj utiču na brzinu smrzavanja tečnosti na različitim temperaturama. Paradoks "Mpemba efekta" je u tome što je u suprotnosti sa jednim od zakona koje je otkrio I. Newton, a koji kaže da je vrijeme hlađenja vode direktno proporcionalno temperaturnoj razlici između tečnosti i okoline. A ako sve druge tekućine u potpunosti podliježu ovom zakonu, onda je voda u nekim slučajevima izuzetak.
Zašto se topla voda brže smrzava?T
Postoji nekoliko verzija zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. Glavni su:
- topla voda brže isparava, dok joj se zapremina smanjuje, a manji volumen tečnosti se brže hladi - kada se voda ohladi od +100°C do 0°C, gubici zapremine tokom atmosferski pritisak dostići 15%;
- intenzitet razmjene topline između tekućine i okoline je veći, što je veća temperaturna razlika, pa gubitak topline kipuće vode prolazi brže;
- kada se vruća voda ohladi, na njenoj površini se formira ledena kora, koja sprječava potpuno smrzavanje i isparavanje tekućine;
- na visokoj temperaturi vode dolazi do njenog konvekcijskog miješanja, smanjujući vrijeme smrzavanja;
- gasovi rastvoreni u vodi snižavaju tačku smrzavanja, uzimajući energiju za formiranje kristala - u vrućoj vodi nema rastvorenih gasova.
Svi ovi uslovi su više puta eksperimentalno testirani. Konkretno, njemački naučnik David Auerbach otkrio je da je temperatura kristalizacije tople vode nešto viša od one hladne vode, što omogućava brže zamrzavanje prve. Međutim, kasnije su njegovi eksperimenti bili kritikovani i mnogi naučnici su uvjereni da se „efekat Mpemba“ o kojem se voda brže smrzava - topla ili hladna, može reproducirati samo pod određenim uvjetima, koje do sada niko nije tražio i konkretizirao.
Koja se voda brže smrzava, topla ili hladna, utiče mnogo faktora, ali samo pitanje deluje malo čudno. Podrazumijeva se, a poznato je i iz fizike, da toploj vodi još treba vremena da se ohladi na temperaturu uporedive hladne vode da bi se pretvorila u led. ova faza se može preskočiti i, shodno tome, vremenom pobjeđuje.
Ali odgovor na pitanje koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća - na ulici u mrazu, zna svaki stanovnik sjevernih geografskih širina. Zapravo, naučno se ispostavilo da u svakom slučaju hladna voda jednostavno mora brže da se smrzne.
Tako je i nastavnik fizike, kojem se 1963. godine obratio školarac Erasto Mpemba sa molbom da objasni zašto se hladna mješavina budućeg sladoleda smrzava duže od slične, ali vruće.
"Ovo nije svjetska fizika, već neka vrsta Mpemba fizike"
U to vrijeme se učitelj samo nasmijao na ovo, ali Deniss Osborne, profesor fizike, koji je svojevremeno išao u istu školu u kojoj je studirao Erasto, eksperimentalno je potvrdio postojanje takvog efekta, iako za to tada nije bilo objašnjenja. . Godine 1969. u popularnom naučni časopis objavio zajednički članak ove dvije osobe koji su opisali ovaj neobičan efekat.
Od tada, inače, pitanje koja se voda brže smrzava - topla ili hladna, ima svoje ime - efekat, ili paradoks, Mpemba.
Pitanje postoji već dugo vremena
Naravno, takva pojava se dešavala i ranije, a spominjala se iu radovima drugih naučnika. Ne samo da je školarac bio zainteresovan za ovo pitanje, već su o njemu svojevremeno razmišljali i Rene Descartes, pa čak i Aristotel.
Evo samo pristupe rješavanju ovog paradoksa počeli su gledati tek krajem dvadesetog vijeka.
Uslovi za pojavu paradoksa
Kao i kod sladoleda, nije samo obična voda ta koja se smrzava tokom eksperimenta. Moraju postojati određeni uslovi da bi se počelo raspravljati koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća. Šta utiče na ovaj proces?
Sada, u 21. veku, izneto je nekoliko opcija koje mogu da objasne ovaj paradoks. Koja voda se brže smrzava, topla ili hladna, može zavisiti od činjenice da ima veću brzinu isparavanja od hladne vode. Dakle, njegov volumen se smanjuje, a smanjenjem volumena vrijeme zamrzavanja postaje kraće nego ako uzmemo sličnu početnu zapreminu hladne vode.
Zamrzivač je odavno odmrznut
Koja se voda brže smrzava i zašto se to dešava, može uticati snježna obloga koja može biti prisutna u zamrzivaču frižidera koji se koristi za eksperiment. Ako uzmete dvije posude identične zapremine, ali će jedna imati toplu vodu, a druga hladnu vodu, posuda sa toplom vodom će otopiti snijeg ispod sebe, čime će se poboljšati kontakt termičke razine sa zidom hladnjaka. Posuda za hladnu vodu to ne može. Ako u frižideru nema takve obloge sa snijegom, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
Vrh - dno
Također, fenomen da se voda brže smrzava - topla ili hladna, objašnjava se na sljedeći način. Po određenim zakonima, hladna voda počinje da se smrzava iz gornjih slojeva, kada topla voda radi obrnuto - počinje da se smrzava odozdo prema gore. Ispostavilo se da hladna voda, sa hladnim slojem na vrhu sa već formiranim ledom na nekim mestima, na taj način otežava procese konvekcije i toplotnog zračenja, čime se objašnjava koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća. U prilogu je fotografija iz amaterskih eksperimenata, a ovdje je jasno vidljiva.
Toplota nestaje, težeći prema gore, i tamo se susreće sa vrlo hladnim slojem. Nema slobodnog puta za toplotno zračenje, pa proces hlađenja postaje težak. Topla voda apsolutno nema takve barijere na svom putu. Koja se brže smrzava - hladna ili vruća, od čega zavisi vjerojatni ishod, odgovor možete proširiti rekavši da svaka voda ima otopljene određene tvari.
Nečistoće u sastavu vode kao faktor koji utiče na ishod
Ako ne varate i koristite vodu istog sastava, gdje su koncentracije pojedinih supstanci identične, onda bi hladna voda trebala brže smrzavati. Ali ako dođe do situacije kada se rastvori hemijski elementi dostupno samo u toploj vodi, dok ih hladna voda nema, onda postoji mogućnost da se topla voda ranije zamrzne. To se objašnjava činjenicom da otopljene tvari u vodi stvaraju centre kristalizacije, a s malim brojem ovih centara otežana je transformacija vode u čvrsto stanje. Moguće je čak i prehlađenje vode, u smislu da će na temperaturama ispod nule biti u tečnom stanju.
Ali sve ove verzije, očigledno, nisu do kraja odgovarale naučnicima, pa su nastavili da rade na ovom pitanju. Godine 2013. tim istraživača u Singapuru rekao je da su riješili vjekovnu misteriju.
Grupa kineskih naučnika tvrdi da tajna ovog efekta leži u količini energije koja je uskladištena između molekula vode u njenim vezama, nazvanim vodonične veze.
Odgovor kineskih naučnika
Slijedit će daljnje informacije za čije je razumijevanje potrebno poznavanje hemije kako bi se utvrdilo koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Kao što znate, sastoji se od dva atoma H (vodonika) i jednog O (kiseonika) atoma koji se drže zajedno kovalentnim vezama.
Ali atome vodika jedne molekule privlače i susjedni molekuli, njihova komponenta kisika. Ove veze se nazivaju vodonične veze.
Istovremeno, vrijedi zapamtiti da u isto vrijeme molekuli vode djeluju odbojno jedni na druge. Naučnici su primijetili da kada se voda zagrije, udaljenost između njenih molekula se povećava, a to je olakšano odbojnim silama. Ispostavilo se da se, zauzimajući jednu udaljenost između molekula u hladnom stanju, može reći da se protežu i imaju veću zalihu energije. Upravo ta rezerva energije se oslobađa kada se molekuli vode počnu približavati jedni drugima, odnosno dolazi do hlađenja. Pokazalo se da se veća zaliha energije u toploj vodi, i njeno veće oslobađanje pri hlađenju na temperaturu ispod nule, dešava brže nego u hladnoj vodi, koja ima manju zalihu te energije. Dakle, koja voda se brže smrzava - hladna ili vruća? Na ulici i u laboratoriji bi se trebao dogoditi paradoks Mpemba, a topla voda bi se trebala brže pretvoriti u led.
Ali pitanje je i dalje otvoreno
Postoji samo teorijska potvrda ovog traga - sve je to napisano prekrasnim formulama i izgleda uvjerljivo. Ali kada se eksperimentalni podaci, koja voda brže smrzava - topla ili hladna, budu stavljeni u praktičan smisao, i njihovi rezultati budu predstavljeni, onda će se pitanje o Mpembi paradoksa moći smatrati zatvorenim.