A Brit Királyi Kémiai Társaság 1000 GBP jutalmat ajánl mindenkinek, aki tudományosan meg tudja magyarázni, hogy bizonyos esetekben miért forró víz gyorsabban fagy, mint a hideg.

„A modern tudomány még mindig nem tud válaszolni erre az egyszerűnek tűnő kérdésre. A fagylaltkészítők és a csaposok ezt a hatást használják mindennapi munkájuk során, de senki sem tudja, miért működik. Ez a probléma évezredek óta ismert, olyan filozófusok is gondolkodtak rajta, mint Arisztotelész és Descartes” – idézte a Brit Királyi Kémiai Társaság elnöke, David Philips professzor a Társaság sajtóközleményében.

Hogyan vert meg egy afrikai szakács egy brit fizikaprofesszort

Ez nem áprilisi tréfa, hanem durva fizikai valóság. A mai tudomány, amely könnyen operál galaxisokon és fekete lyukakon, óriási gyorsítókat épít a kvarkok és bozonok felkutatására, nem tudja megmagyarázni, hogyan "működik az elemi víz". Az iskolai tankönyv egyértelműen kijelenti, hogy a forró test lehűtése több időbe telik, mint a hideg test lehűtése. De a víz esetében ezt a törvényt nem mindig tartják be. Arisztotelész a Kr.e. IV. században hívta fel a figyelmet erre a paradoxonra. e. Ezt írta az ókori görögök a „Meteorologica I” című könyvében: „Az a tény, hogy a vizet előmelegítik, hozzájárul a víz megfagyásához. Ezért sokan, amikor gyorsan le akarják hűteni a forró vizet, először a napra helyezik ... ”A középkorban Francis Bacon és Rene Descartes próbálta megmagyarázni ezt a jelenséget. Sajnos ez sem a nagy filozófusoknak, sem a klasszikus hőfizikát kidolgozó számos tudósnak nem sikerült, ezért egy ilyen kényelmetlen tényt sokáig „feledésbe merült”.

És csak 1968-ban „emlékeztek” a tanzániai Erasto Mpemba iskolásnak köszönhetően, távol minden tudománytól. A 13 éves Mpembe 1963-ban főzőiskolában tanult fagylaltkészítési feladatot. A technológia szerint a tejet fel kellett forralni, feloldani benne a cukrot, szobahőmérsékletűre hűteni, majd hűtőbe tenni dermedni. Úgy tűnik, Mpemba nem volt szorgalmas tanuló, és habozott. Attól tartva, hogy nem ér oda az óra végére, a még forró tejet a hűtőbe tette. Meglepetésére még korábban fagyott meg, mint a társai minden szabály szerint elkészített teje.

Amikor Mpemba megosztotta felfedezését egy fizikatanárral, az egész osztály előtt kigúnyolta. Mpemba emlékezett a sértésre. Öt évvel később, a Dar es Salaam Egyetem hallgatójaként a híres fizikus, Denis G. Osborn előadásán volt. Az előadás után egy kérdést tett fel a tudósnak: „Ha veszel két egyforma edényt azonos mennyiségű vízzel, az egyiket 35 °C-os (95 °F), a másikat 100 °C-os (212 °F) fagyasztóba, akkor a forró edényben lévő víz gyorsabban megfagy. Miért?" Képzelheti egy brit professzor reakcióját egy fiatalember kérdésére az isten háta mögött Tanzániából. Kinevette a diákot. Mpemba azonban készen állt egy ilyen válaszra, és fogadásra hívta a tudóst. Érvelésük egy kísérleti tesztben csúcsosodott ki, amely bebizonyította, hogy Mpemba igaza volt, és Osborne legyőzte. A főzőtanuló tehát beírta nevét a tudománytörténetbe, és innentől ezt a jelenséget "Mpemba-effektusnak" hívják. Elvetni, "nemlétezőnek" nyilvánítani nem megy. A jelenség létezik, és ahogy a költő írta: "nem a fogban a lábbal".

A porrészecskék és az oldott anyagok a hibásak?

Az évek során sokan próbálták megfejteni a fagyos víz titkát. Egy csomó magyarázatot javasoltak erre a jelenségre: párolgás, konvekció, oldott anyagok hatása - de ezek egyike sem tekinthető véglegesnek. Számos tudós egész életét az Mpemba-effektusnak szentelte. A Sugárbiztonsági Osztály munkatársa Állami Egyetem New York – James Brownridge – be Szabadidő már több mint egy évtizede tanulmányozza a paradoxont. Több száz kísérlet elvégzése után a tudós azt állítja, hogy bizonyítékai vannak a hipotermia "bűntudatára". Brownridge elmagyarázza, hogy 0 °C-on a víz csak túlhűl, és akkor kezd megfagyni, amikor a hőmérséklet alább esik. A fagyáspontot a vízben lévő szennyeződések szabályozzák – ezek megváltoztatják a jégkristályok képződésének sebességét. A szennyeződéseknek – ezek a porszemcsék, baktériumok és oldott sók – jellegzetes gócképződési hőmérsékletük van, amikor a kristályosodási központok körül jégkristályok képződnek. Ha egyszerre több elem van jelen a vízben, akkor a fagyáspontot az határozza meg, amelyiknek a legmagasabb a magképződési hőmérséklete.

A kísérlethez Brownridge két azonos hőmérsékletű vízmintát vett, és fagyasztóba helyezte. Megállapította, hogy az egyik példány mindig előbb fagy le, mint a másik – feltehetően a szennyeződések eltérő kombinációja miatt.

Brownridge azt állítja, hogy a forró víz gyorsabban hűl le a víz és a fagyasztó hőmérséklete közötti nagyobb különbség miatt – ez segít elérni a fagypontot, mielőtt hideg víz eléri természetes fagyáspontját, ami legalább 5°C-kal alacsonyabb.

Brownridge érvelése azonban sok kérdést vet fel. Ezért azoknak, akik a maguk módján meg tudják magyarázni az Mpemba-effektust, esélyük van a Brit Királyi Kémiai Társaság ezer fontjáért versenyezni.

Mpemba hatás(Mpemba paradoxona) egy paradoxon, amely kimondja, hogy a meleg víz bizonyos körülmények között gyorsabban fagy meg, mint a hideg víz, bár a fagyás során át kell haladnia a hideg víz hőmérsékletét. Ez a paradoxon egy kísérleti tény, amely ellentmond a szokásos elképzeléseknek, miszerint azonos körülmények között egy forróbb testnek több időre van szüksége ahhoz, hogy egy bizonyos hőmérsékletre lehűljön, mint egy hidegebb testnek, hogy azonos hőmérsékletre lehűljön.

Erre a jelenségre annak idején Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes is felfigyelt, de csak 1963-ban tapasztalta a tanzániai iskolás, Erasto Mpemba, hogy a forró fagylaltkeverék gyorsabban megfagy, mint a hideg.

A Magamba tanulójaként Gimnázium Tanzániában Erasto Mpemba tette praktikus munka a konyhaművészetben. Házi fagylaltot kellett készítenie - felforralni a tejet, feloldani benne a cukrot, lehűteni szobahőmérsékletre, majd hűtőbe tenni megdermedni. Úgy tűnik, Mpemba nem volt különösebben szorgalmas tanuló, és halogatta a feladat első részét. Attól tartva, hogy nem ér oda az óra végére, a még forró tejet a hűtőbe tette. Meglepetésére még korábban megfagyott, mint a társai adott technológiával elkészített teje.

Ezt követően Mpemba nemcsak tejjel, hanem közönséges vízzel is kísérletezett. Mindenesetre, már az Mkvava Gimnázium diákjaként megkérdezte Dennis Osborne professzort a Dar es Salaam-i Egyetemi Főiskoláról (az iskola igazgatója meghívta, hogy tartson előadást fizikáról a diákoknak) a vízről: "Ha vesz két egyforma edényt egyenlő térfogatú vízzel úgy, hogy az egyikben a víz hőmérséklete 35 ° C, a másikban - 100 ° C, és betesszük a fagyasztóba, majd a másodikban a víz megfagy. gyorsabban.Miért? Osborne felkeltette érdeklődését ez a kérdés, és hamarosan 1969-ben Mpembával együtt publikálták kísérleteik eredményeit a "Physics Education" folyóiratban. Azóta az általuk felfedezett hatást ún Mpemba hatás.

Eddig senki sem tudja pontosan, hogyan magyarázza ezt a furcsa hatást. A tudósoknak nincs egyetlen verziója, bár sok van. A hideg és meleg víz tulajdonságainak különbségéről van szó, de még nem világos, hogy ebben az esetben mely tulajdonságok játszanak szerepet: a túlhűtés, a párolgás, a jégképződés, a konvekció, vagy a cseppfolyósított gázok vízre gyakorolt ​​hatása. különböző hőmérsékletek.

Az Mpemba-effektus paradoxona az az idő, amely alatt a test hőmérsékletre hűl környezet, arányosnak kell lennie a test és a környezet közötti hőmérséklet-különbséggel. Ezt a törvényt Newton állapította meg, és azóta a gyakorlatban is sokszor megerősítették. Ugyanilyen hatás mellett a 100°C-os víz gyorsabban hűl 0°C-ra, mint az azonos mennyiségű 35°C-os víz.

Ez azonban még nem jelent paradoxont, mivel az Mpemba-effektus az ismert fizikán belül is magyarázható. Íme néhány magyarázat az Mpemba-effektusra:

Párolgás

A forró víz gyorsabban elpárolog a tartályból, ezáltal csökken a térfogata, és egy kisebb térfogatú, azonos hőmérsékletű víz gyorsabban fagy meg. A 100 C-ra melegített víz 0 C-ra hűtve tömegének 16%-át veszíti el.

A párolgási hatás kettős hatás. Először is csökken a hűtéshez szükséges víz tömege. Másodszor, a hőmérséklet csökken annak a ténynek köszönhetően, hogy a vízfázisból a gőzfázisba való átmenet párolgási hője csökken.

hőmérséklet különbség

Tekintettel arra, hogy a meleg víz és a hideg levegő közötti hőmérsékletkülönbség nagyobb - így a hőcsere ebben az esetben intenzívebb és a meleg víz gyorsabban lehűl.

hypothermia

Ha a vizet 0 C alá hűtjük, nem mindig fagy meg. Bizonyos körülmények között túlhűlhet, miközben fagypont alatti hőmérsékleten továbbra is folyékony marad. Egyes esetekben a víz még -20 C-on is folyékony maradhat.

Ennek a hatásnak az az oka, hogy ahhoz, hogy az első jégkristályok kialakulhassanak, kristályképződési központokra van szükség. Ha nincsenek folyékony vízben, akkor a túlhűtés addig folytatódik, amíg a hőmérséklet annyira le nem esik, hogy spontán kristályok keletkeznek. Amikor elkezdenek képződni a túlhűtött folyadékban, gyorsabban kezdenek növekedni, és jégzagyot képeznek, amely megfagyva jéggé alakul.

A forró víz a leginkább érzékeny a hipotermia kialakulására, mivel a melegítés eltávolítja az oldott gázokat és buborékokat, amelyek viszont a jégkristályok képződésének központjaként szolgálhatnak.

Miért fagy le gyorsabban a forró víz a hipotermia miatt? Hideg víz esetében, amely nem túlhűtött, a következő történik. Ebben az esetben az edény felületén vékony jégréteg képződik. Ez a jégréteg szigetelőként fog működni a víz és a hideg levegő között, és megakadályozza a további párolgást. A jégkristályok képződésének sebessége ebben az esetben kisebb lesz. Túlhűtésen áteső forró víz esetén a túlhűtött víznek nincs védő felületi jégrétege. Ezért a nyitott tetején keresztül sokkal gyorsabban veszít hőt.

Amikor a túlhűtési folyamat véget ér és a víz megfagy, sokkal több hőt veszítenek, és így több jég képződik.

Ennek a hatásnak a kutatói közül sokan a hipotermiát tartják a fő tényezőnek az Mpemba-effektus esetében.

Konvekció

A hideg víz felülről kezd megfagyni, ami rontja a hősugárzás és a konvekció folyamatait, és ezáltal a hőveszteséget, míg a meleg víz alulról fagyni kezd.

Ezt a hatást a víz sűrűségének anomáliája magyarázza. A víz maximális sűrűsége 4 C-on van. Ha a vizet 4 C-ra hűtjük és alacsonyabb hőmérsékletre állítjuk, a felszíni vízréteg gyorsabban megfagy. Mivel ez a víz kevésbé sűrű, mint a 4°C-os víz, a felszínen marad, és vékony hideg réteget képez. Ilyen körülmények között rövid időre vékony jégréteg képződik a víz felszínén, de ez a jégréteg szigetelőként védi az alsó vízrétegeket, amelyek 4 C-os hőmérsékleten maradnak. , a további hűtés lassabb lesz.

A melegvíz esetében teljesen más a helyzet. A víz felszíni rétege a párolgás és a nagyobb hőmérsékletkülönbség miatt gyorsabban lehűl. Ezenkívül a hidegvizes rétegek sűrűbbek, mint a melegvizes rétegek, így a hidegvizes réteg lesüllyed, és a melegvizes réteget a felszínre emeli. Ez a vízkeringés biztosítja a gyors hőmérséklet-csökkenést.

De miért nem éri el ez a folyamat az egyensúlyi pontot? Az Mpemba-effektusnak a konvekció ezen szemszögéből való magyarázatához szükséges lenne azt feltételezni, hogy a hideg és a meleg vízréteg elválik, és maga a konvekciós folyamat folytatódik, miután az átlagos vízhőmérséklet 4 C alá csökken.

Nincs azonban olyan kísérleti bizonyíték, amely alátámasztja ezt a hipotézist, miszerint a hideg és a meleg víz rétegeit konvekció választja el egymástól.

vízben oldott gázok

A víz mindig tartalmaz benne oldott gázokat - oxigént és szén-dioxid. Ezek a gázok képesek csökkenteni a víz fagyáspontját. A víz felmelegítésekor ezek a gázok felszabadulnak a vízből, mert vízben való oldhatóságuk magas hőmérsékleten alacsonyabb. Ezért a forró víz hűtésekor mindig kevesebb oldott gáz van benne, mint a fűtetlen hideg vízben. Ezért a felmelegített víz fagyáspontja magasabb, és gyorsabban fagy meg. Néha ezt a tényezőt tekintik a fő tényezőnek az Mpemba-effektus magyarázatában, bár ezt a tényt nem igazolják kísérleti adatok.

Hővezető

Ez a mechanizmus jelentős szerepet játszhat, amikor vizet helyeznek a hűtőszekrény fagyasztóba kis tartályokban. Ilyen körülmények között megfigyelhető, hogy a forró vizet tartalmazó tartály maga alatt olvasztja a fagyasztó jegét, ezáltal javítja a fagyasztó falával való hőkontaktust és a hővezető képességet. Ennek eredményeként a hő gyorsabban távozik a melegvíz-tartályból, mint a hidegből. A hideg vizes tartály viszont nem olvasztja meg alatta a havat.

Mindezeket (és más) körülményeket számos kísérletben tanulmányozták, de egyértelmű választ nem kaptak arra a kérdésre, hogy melyikük biztosítja az Mpemba-effektus 100%-os reprodukcióját.

Így például 1995-ben David Auerbach német fizikus a víz túlhűtésének hatását tanulmányozta erre a hatásra. Felfedezte, hogy a túlhűtött állapotot elérő forró víz magasabb hőmérsékleten fagy meg, mint a hideg víz, ezért gyorsabban, mint az utóbbi. De a hideg víz gyorsabban éri el a túlhűtött állapotot, mint a forró víz, ezáltal kompenzálja a korábbi lemaradást.

Ráadásul Auerbach eredményei ellentmondtak a korábbi adatoknak, miszerint a forró víz a kevesebb kristályosodási centrum miatt több túlhűtést képes elérni. A vizet melegítve a benne oldott gázokat eltávolítják belőle, forralva pedig a benne oldott sók egy része kicsapódik.

Egyelőre csak egy dolgot lehet kijelenteni - ennek a hatásnak a megismétlődése alapvetően attól függ, hogy milyen körülmények között végzik a kísérletet. Pontosan azért, mert nem mindig reprodukálják.

Internetes marketingszakember, az "Elérhető nyelven" oldal szerkesztője
Megjelenés dátuma: 2017.11.21

« Melyik víz fagy le gyorsabban hidegen vagy melegen?”- próbáljon meg kérdést feltenni a barátainak, valószínűleg a legtöbbjük azt válaszolja, hogy a hideg víz gyorsabban fagy le - és hibázik.

Valójában, ha egyszerre két azonos alakú és térfogatú edényt tesz a fagyasztóba, amelyek közül az egyik hideg, a másik forró vizet tartalmaz, akkor a forró víz gyorsabban megfagy.

Egy ilyen kijelentés abszurdnak és ésszerűtlennek tűnhet. Logikus, hogy a meleg víznek először le kell hűlnie hidegre, és a hideg víznek ekkor már jéggé kell alakulnia.

Tehát miért kerüli el a meleg víz a hideg vizet a fagyás felé vezető úton? Próbáljuk meg kitalálni.

Megfigyelések és kutatások története

Az emberek ősidők óta megfigyelték a paradox hatást, de senki nem tulajdonított neki különösebb jelentőséget. Tehát az Arestotel, valamint Rene Descartes és Francis Bacon feljegyzéseiben feljegyezte a hideg és a meleg víz lefagyási sebességének ellentmondásait. Egy szokatlan jelenség gyakran megnyilvánult a mindennapi életben.

A jelenséget sokáig semmilyen módon nem tanulmányozták, és nem keltett nagy érdeklődést a tudósok körében.

A szokatlan hatás vizsgálata 1963-ban kezdődött, amikor egy érdeklődő tanzániai diák, Erasto Mpemba észrevette, hogy a fagylalthoz használt forró tej gyorsabban megfagy, mint a hideg tej. Abban a reményben, hogy magyarázatot kap a szokatlan hatás okaira, a fiatalember megkérdezte fizikatanárát az iskolában. A tanár azonban csak nevetett rajta.

Később Mpemba megismételte a kísérletet, de kísérletében már nem tejet, hanem vizet használt, és a paradox hatás ismét megismétlődött.

Hat évvel később, 1969-ben Mpemba feltette ezt a kérdést Dennis Osborne fizikaprofesszornak, aki az iskolájába érkezett. A professzor érdeklődött a fiatalember megfigyelése iránt, ennek eredményeként kísérletet végeztek, amely megerősítette a hatás jelenlétét, de ennek a jelenségnek az okait nem állapították meg.

Azóta a jelenséget ún Mpemba hatás.

A tudományos megfigyelések története során számos hipotézist állítottak fel a jelenség okairól.

Így 2012-ben a Brit Királyi Kémiai Társaság hipotézisversenyt hirdetett meg az Mpemba-effektus magyarázatára. A versenyen a világ minden tájáról vettek részt tudósok, összesen 22 ezren regisztráltak tudományos munkák. A cikkek lenyűgöző száma ellenére egyik sem tisztázta az Mpemba-paradoxont.

A legelterjedtebb az a változat volt, amely szerint a forró víz gyorsabban fagy meg, mivel egyszerűen gyorsabban elpárolog, térfogata csökken, a térfogat csökkenésével pedig a hűtési sebessége nő. A legelterjedtebb verziót végül megcáfolták, mivel végeztek egy kísérletet, amelyben a párolgást kizárták, de a hatást mégis beigazolták.

Más tudósok úgy vélték, hogy az Mpemba-hatás oka a vízben oldott gázok elpárolgása. Véleményük szerint a melegítés során a vízben oldott gázok elpárolognak, ami miatt az nagyobb sűrűséget kap, mint a hideg víz. Mint ismeretes, a sűrűség növekedése változáshoz vezet fizikai tulajdonságok vizet (növekszik a hővezető képesség), és ezáltal növeli a hűtési sebességet.

Emellett számos hipotézist állítottak fel, amelyek a víz keringésének sebességét a hőmérséklet függvényében írják le. Számos tanulmányban megpróbálták megállapítani a kapcsolatot a folyadékot tartalmazó tartályok anyaga között. Számos elmélet nagyon hihetőnek tűnt, de tudományosan nem tudták megerősíteni a kiindulási adatok hiánya, más kísérletek ellentmondásai miatt, vagy azért, mert az azonosított tényezők egyszerűen nem voltak összehasonlíthatóak a vízhűtés sebességével. Egyes tudósok munkájukban megkérdőjelezték a hatás létezését.

2013-ban a kutatók a Műszaki Egyetem Nanyang Szingapúrban azt állította, hogy megfejtette az Mpemba-effektus rejtélyét. Tanulmányuk szerint a jelenség oka abban rejlik, hogy a hideg és a meleg víz molekulái közötti hidrogénkötésekben tárolt energia mennyisége jelentősen eltér.

A számítógépes szimulációs módszerek a következő eredményeket mutatták: minél magasabb a víz hőmérséklete, annál nagyobb a távolság a molekulák között, mivel a taszító erők növekednek. Következésképpen a molekulák hidrogénkötései megnyúlnak, több energiát tárolva. Lehűléskor a molekulák közeledni kezdenek egymáshoz, és energiát szabadítanak fel a hidrogénkötésekből. Ebben az esetben az energia felszabadulása a hőmérséklet csökkenésével jár.

Spanyol fizikusok 2017 októberében egy másik tanulmány során rájöttek, hogy a hatás kialakulásában nagy szerepe van az anyag egyensúlyból való eltávolításának (erős melegítés az erős lehűlés előtt). Meghatározták azokat a feltételeket, amelyek mellett a hatás valószínűsége maximális. Ezenkívül spanyol tudósok megerősítették a fordított Mpemba-effektus létezését. Azt találták, hogy hevítéssel hidegebb minta is elérheti magas hőmérsékletű gyorsabb, mint meleg.

A kimerítő információk és a számos kísérlet ellenére a tudósok folytatni kívánják a hatás tanulmányozását.

Mpemba hatás a való életben

Gondolkoztál már azon, hogy télen miért van a jégpálya meleg vízzel és miért nem hideg? Mint már megértette, ezt azért teszik, mert a forró vízzel megtöltött korcsolyapálya gyorsabban lefagy, mintha hideg vízzel lenne feltöltve. Ugyanezen okból a téli jégvárosok csúszdáit forró vízzel öntik le.

Így a jelenség létezésének ismerete lehetővé teszi az emberek számára, hogy időt takarítsanak meg a téli sportok helyszíneinek előkészítése során.

Ezenkívül az Mpemba-effektust néha az iparban is alkalmazzák - a vizet tartalmazó termékek, anyagok és anyagok fagyasztási idejének csökkentésére.

Sziasztok kedves szerelmesek Érdekes tények. Ma arról fogunk beszélni. De úgy gondolom, hogy a címben feltett kérdés egyszerűen abszurdnak tűnhet - de mindig osztatlanul bízni kell a hírhedt "józan észben", és nem egy szigorúan meghatározott tesztelési tapasztalatban. Próbáljuk kitalálni, hogy miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz?

Történeti hivatkozás

Hogy a fagyos hideg és meleg víz kérdésében „nem minden tiszta” Arisztotelész műveiben szerepelt, majd hasonló megjegyzéseket tett F. Bacon, R. Descartes és J. Black is. BAN BEN közelmúltbeli történelem Ez a hatás az "Mpemba-paradoxon" nevet kapta – egy tanganyikai iskolás, Erasto Mpemba neve után, aki ugyanezt a kérdést tette fel egy vendég fizikaprofesszornak.

A fiú kérdése nem a semmiből merült fel, hanem a fagylaltkeverékek konyhában történő hűtésének folyamatával kapcsolatos tisztán személyes megfigyelésekből. Természetesen az ott jelenlévő osztálytársak az iskolai tanárral együtt kinevették Mpembát – D. Osborne professzor személyesen végzett kísérleti ellenőrzése után azonban "elpárolgott" belőlük a vágy, hogy Erastót kigúnyolják. Sőt, Mpemba a professzorral közösen 1969-ben részletes leírást közölt erről a hatásról a Fizikaoktatásban - azóta a fenti elnevezés rögzül a tudományos irodalomban.

Mi a jelenség lényege?

A kísérlet felépítése meglehetősen egyszerű: más dolgok egyenlősége mellett azonos vékonyfalú edényeket vizsgálnak, amelyekben szigorúan egyenlő mennyiségű víz van, csak hőmérsékletben különböznek egymástól. Az edényeket a hűtőszekrénybe töltik, majd mindegyikben rögzítik a jégképződés előtti időt. A paradoxon az, hogy egy kezdetben forróbb folyadékkal rendelkező edényben ez gyorsabban történik.

Hogyan magyarázza ezt a modern fizika?

A paradoxonnak nincs egyetemes magyarázata, hiszen több párhuzamos folyamatok, amelynek hozzájárulása eltérhet a konkréttól kezdeti feltételek- de ugyanazzal az eredménnyel:

• a folyadék túlhűtési képessége - kezdetben a hideg víz hajlamosabb a hipotermia kialakulására, pl. folyékony marad, ha hőmérséklete már a fagypont alatt van
• gyorsított hűtés - a forró víz gőze jég mikrokristályokká alakul, amelyek visszaeséskor felgyorsítják a folyamatot, további "külső hőcserélőként" működve
• szigetelő hatás - a meleg vízzel ellentétben a hideg víz felülről lefagy, ami a konvekció és a sugárzás hatására a hőátadás csökkenéséhez vezet

Számos más magyarázat is létezik (a legjobb hipotézis versenyét legutóbb a Brit Királyi Kémiai Társaság tartotta a közelmúltban, 2012-ben) - de még mindig nincs egyértelmű elmélet a beviteli feltételek kombinációinak minden esetére ...

Azt, hogy melyik víz fagy meg gyorsabban, meleg vagy hideg, számos tényező befolyásolja, de maga a kérdés kissé furcsának tűnik. Nyilvánvaló, és a fizikából is ismert, hogy a forró víznek még időre van szüksége, hogy lehűljön a hasonló hideg víz hőmérsékletére ahhoz, hogy jéggé alakuljon. ez a szakasz kihagyható, és ennek megfelelően időben nyer.

De arra a kérdésre, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg - az utcán fagyban, az északi szélességi körök bármelyik lakója tudja. Valójában tudományosan kiderül, hogy mindenesetre a hideg víznek egyszerűen gyorsabban meg kell fagynia.

Így tett a fizikatanár is, akit 1963-ban Erasto Mpemba iskolás keresett meg azzal a kéréssel, hogy magyarázza el, miért fagy tovább a leendő fagylalt hideg keveréke, mint egy hasonló, de forró.

"Ez nem világfizika, hanem valamiféle Mpemba fizika"

Akkor a tanár csak nevetett ezen, de Deniss Osborne fizikaprofesszor, aki valamikor ugyanabba az iskolába járt, ahol Erasto is tanult, kísérletileg megerősítette egy ilyen hatás létezését, bár erre akkor még nem volt magyarázat. . 1969-ben a népszerű tudományos folyóirat közös cikket publikált e két emberről, akik leírták ezt a különös hatást.

Azóta egyébként annak a kérdésnek, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg, saját neve van - a hatás, vagy paradoxon, Mpemba.

A kérdés már régóta fennáll

Ilyen jelenség természetesen korábban is előfordult, és más tudósok munkái is megemlítették. Nemcsak az iskolás fiút érdekelte ez a kérdés, hanem Rene Descartes, sőt Arisztotelész is gondolkodott rajta egy időben.

Íme csak megközelítések megoldására ez a paradoxon kezdett nézni csak a végén a huszadik században.

A paradoxon előfordulásának feltételei

A fagylalthoz hasonlóan nem csak a közönséges víz fagy meg a kísérlet során. Bizonyos feltételeknek teljesülniük kell ahhoz, hogy vitába kerüljön, melyik víz fagy le gyorsabban – hideg vagy meleg. Mi befolyásolja ezt a folyamatot?

Most, a 21. században több lehetőséget is felvetettek, amelyek megmagyarázhatják ezt a paradoxont. Hogy melyik víz fagy le gyorsabban, meleg vagy hideg, attól függhet, hogy nagyobb a párolgási sebessége, mint a hideg víznek. Így a térfogata csökken, és a térfogat csökkenésével a fagyási idő is rövidebb lesz, mintha hasonló kezdeti térfogatú hideg vizet vennénk.

A fagyasztó már régóta kiolvasztva

Hogy melyik víz fagy le gyorsabban, és miért, azt befolyásolhatja a kísérlethez használt hűtőszekrény fagyasztójában esetleg előforduló hóréteg. Ha két azonos térfogatú edényt veszünk, de az egyikben meleg, a másikban hideg víz van, akkor a melegvizes tartály megolvasztja alatta a havat, ezáltal javítva a hőszint érintkezését a hűtőszekrény falával. Egy hideg vizes tartály erre nem képes. Ha a hűtőszekrényben nincs ilyen hóval borított bélés, akkor a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia.

Felső - alsó

A következőképpen magyarázzuk azt a jelenséget is, amikor a víz gyorsabban fagy le - melegen vagy hidegen. Bizonyos törvények szerint a hideg víz a felső rétegekből fagyni kezd, amikor a forró víz fordítva - alulról felfelé kezd fagyni. Kiderült, hogy a hideg víz, amelynek tetején helyenként már jégréteg is van, így rontja a konvekciós és hősugárzási folyamatokat, megmagyarázva, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg. Mellékeltek egy fotót az amatőr kísérletekből, és itt jól látható.

A hő kimegy, felfelé hajlik, és ott találkozik egy nagyon hideg réteggel. A hősugárzásnak nincs szabad útja, így a hűtési folyamat megnehezül. A meleg víznek egyáltalán nincsenek ilyen akadályai az útjában. Melyik fagy le gyorsabban - hidegen vagy melegen, amelytől függ a várható kimenetel, arra a választ kibővítheti azzal, hogy minden vízben vannak oldva bizonyos anyagok.

A víz összetételében lévő szennyeződések, mint az eredményt befolyásoló tényező

Ha nem csal, és ugyanolyan összetételű vizet használ, ahol bizonyos anyagok koncentrációja azonos, akkor a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia. De ha olyan helyzet áll elő, amikor a feloldódott kémiai elemek csak meleg vízben érhetők el, míg hideg vízben nincsenek, akkor lehetőség van a meleg víz korábbi megfagyására. Ez azzal magyarázható, hogy a vízben oldott anyagok kristályosodási centrumokat hoznak létre, és ezeknek a központoknak kevés száma esetén a víz szilárd halmazállapotúvá alakulása nehézkes. Még a víz túlhűtése is lehetséges, abban az értelemben, hogy nulla alatti hőmérsékleten folyékony halmazállapotú lesz.

De ezek a verziók nyilvánvalóan nem feleltek meg a tudósoknak, és továbbra is dolgoztak ezen a kérdésen. 2013-ban egy szingapúri kutatócsoport azt mondta, hogy megfejtették az ősrégi rejtélyt.

Kínai tudósok egy csoportja azt állítja, hogy ennek a hatásnak a titka abban rejlik, hogy mekkora energia raktározódik a vízmolekulák között annak kötéseiben, az úgynevezett hidrogénkötésekben.

A válasz kínai tudósoktól

További információk következnek, amelyek megértéséhez kémiai ismeretekre van szükség, hogy kitaláljuk, melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg. Mint tudják, két H (hidrogén) atomból és egy O (oxigén) atomból áll, amelyeket kovalens kötések tartanak össze.

De az egyik molekula hidrogénatomja vonzódik a szomszédos molekulákhoz, oxigénkomponensükhöz is. Ezeket a kötéseket hidrogénkötéseknek nevezzük.

Ugyanakkor érdemes megjegyezni, hogy ugyanakkor a vízmolekulák taszítóan hatnak egymásra. A tudósok megjegyezték, hogy amikor a vizet melegítik, megnő a molekulái közötti távolság, és ezt a taszító erők segítik elő. Kiderül, hogy hideg állapotban a molekulák közötti távolságot elfoglalva azt mondhatjuk, hogy megnyúlnak, és nagyobb az energiaellátásuk. Ez az energiatartalék szabadul fel, amikor a vízmolekulák közeledni kezdenek egymáshoz, vagyis lehűlés következik be. Kiderült, hogy a meleg vízben nagyobb energiaellátás, és nulla fok alá hűtve nagyobb felszabadulása gyorsabban megy végbe, mint a hideg vízben, amelynek kisebb az energiakészlete. Tehát melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg? Az utcán és a laboratóriumban fel kell lépnie a Mpemba paradoxonnak, és a forró víznek gyorsabban jéggé kell alakulnia.

De a kérdés még nyitott

Ennek a nyomnak csak elméleti megerősítése van - mindez gyönyörű képletekkel van megírva, és hihetőnek tűnik. De amikor a kísérleti adatokat, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hidegen vagy melegen, gyakorlati értelemben fogjuk értelmezni, és bemutatjuk az eredményeiket, akkor lehetőség nyílik a Mpemba-paradoxon kérdésének lezártnak tekinteni.