A víz tulajdonságai nem szűnnek meg ámulatba ejteni a tudósokat. A víz kémiai szempontból meglehetősen egyszerű anyag, ugyanakkor számos szokatlan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek soha nem szűnnek meg ámulatba ejteni a tudósokat. Az alábbiakban felsorolunk néhány tényt, amelyekről kevesen tudnak.

1. Melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg?

Vegyünk két edény vizet: az egyikbe öntsünk forró, a másikba hideg vizet, és helyezzük be a fagyasztóba. A meleg víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg, bár logikusan a hideg víznek előbb jéggé kellett volna alakulnia: a forró víznek ugyanis először hidegre kell hűlnie, majd jéggé kell alakulnia, hideg víz nem kell lehűteni. Miért történik ez?

1963-ban egy Erasto B. Mpemba nevű tanzániai diák egy elkészített fagylaltkeverék fagyasztása közben észrevette, hogy a forró keverék gyorsabban megszilárdul a fagyasztóban, mint a hideg. Amikor a fiatalember megosztotta felfedezését egy fizikatanárral, csak nevetett rajta. Szerencsére a diák kitartó volt, és meggyőzte a tanárt, hogy végezzen kísérletet, ami megerősítette felfedezését: bizonyos feltételek mellett forró víz tényleg gyorsabban fagy, mint a hideg.

Ma ezt a jelenséget, amikor a forró víz gyorsabban fagy, mint a hideg víz, Mpemba-effektusnak nevezik. Igaz, jóval előtte a víznek ezt az egyedülálló tulajdonságát Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes is feljegyezte.

A tudósok nem értik teljesen ennek a jelenségnek a természetét, vagy a hipotermia, a párolgás, a jégképződés, a konvekció vagy a cseppfolyósított gázok hideg és meleg vízre gyakorolt ​​hatásával magyarázzák.

2. Azonnal képes megfagyni

Mindenki tudja, hogy a víz 0°C-ra lehűlve mindig jéggé változik...egyes esetek kivételével! Ilyen eset például a túlhűtés, amely a nagyon tiszta víz azon tulajdonsága, hogy fagypont alá hűtve is folyékony marad. Ez a jelenség annak köszönhető, hogy a környezet nem tartalmaz olyan kristályosodási központokat vagy magokat, amelyek jégkristályok képződését provokálhatnák. Így a víz folyékony formában marad, még akkor is, ha nulla Celsius-fok alá hűtjük.

A kristályosodási folyamatot kiválthatják például gázbuborékok, szennyeződések (szennyeződés), a tartály egyenetlen felülete. Ezek nélkül a víz bent marad folyékony halmazállapot. Amikor beindul a kristályosodási folyamat, megnézheti, hogyan válik a szuperhűtött víz azonnal jéggé.

Vegye figyelembe, hogy a "túlhevített" víz akkor is folyékony marad, ha forráspontja fölé melegítjük.

3. A víz 19 állapota

Habozás nélkül nevezze meg, hány különböző halmazállapotú a víz? Ha hármat válaszoltál: szilárd, folyékony, gáznemű, akkor tévedsz. A tudósok a víznek legalább 5 különböző halmazállapotát különböztetik meg folyékony és 14 fagyott formában.

Emlékszel a szuperhűtött vízről szóló beszélgetésre? Tehát bármit is csinál, -38 °C-on a legtisztább szuperhűtött víz is hirtelen jéggé változik. Mi történik, ha tovább csökken a hőmérséklet? -120°C-on valami furcsa dolog kezd megtörténni a vízzel: szuperviszkózussá vagy viszkózussá válik, mint a melasz, és -135°C alatti hőmérsékleten "üveges" vagy "üveges" vízzé - szilárd anyaggá, kristályos szerkezete hiányzik.

4. A víz meglepi a fizikusokat

Molekuláris szinten a víz még meglepőbb. 1995-ben a tudósok által végzett neutronszórási kísérlet azt adta váratlan eredmény: A fizikusok azt találták, hogy a vízmolekulákat célzó neutronok a vártnál 25%-kal kevesebb hidrogén protont "látnak".

Kiderült, hogy egy attoszekundum (10-18 másodperc) sebességgel szokatlan kvantumhatás lép fel, és kémiai formula a víz H2O helyett H1,5O lesz!

5. Víz memória

A hivatalos orvoslás alternatívája, a homeopátia azt állítja, hogy híg oldat gyógyszerkészítmény terápiás hatást gyakorolhat a szervezetre, még akkor is, ha a hígítási tényező akkora, hogy az oldatban nem marad más, csak vízmolekulák. A homeopátia hívei ezt a paradoxont ​​a „vízmemória” fogalommal magyarázzák, amely szerint a víz molekuláris szinten „memóriája” van a benne feloldott anyagnak, és megőrzi az eredeti koncentrációjú oldat tulajdonságait, miután nem a víz. az összetevő egyetlen molekulája marad benne.

A homeopátia alapelveit kritizáló Madeleine Ennis, a Belfasti Queen Egyetem professzora által vezetett nemzetközi tudóscsoport 2002-ben kísérletet végzett, hogy végleg cáfolja a koncepciót. Az eredmény az ellenkezője lett. Ezt követően a tudósok azt mondták, hogy be tudták bizonyítani a „vízmemória” hatás valóságát. A független szakértők felügyelete mellett végzett kísérletek azonban nem hoztak eredményt. Folytatódnak a viták a „vízmemória” jelenség létezéséről.

A víznek számos egyéb szokatlan tulajdonsága van, amelyekre ebben a cikkben nem tértünk ki. Például a víz sűrűsége a hőmérséklettel változik (a jég sűrűsége kisebb, mint a víz sűrűsége)

a víznek meglehetősen nagy felületi feszültsége van

folyékony halmazállapotban a víz egy összetett és dinamikusan változó vízklaszter-hálózat, és a klaszterek viselkedése befolyásolja a víz szerkezetét stb.

A víz ezekről és sok más váratlan tulajdonságáról olvashat Martin Chaplin, a Londoni Egyetem professzorának "A víz rendellenes tulajdonságai" című cikkében.

Ez igaz, bár hihetetlenül hangzik, mert a fagyás során az előmelegített víznek át kell haladnia a hideg víz hőmérsékletén. Eközben ezt a hatást széles körben alkalmazzák, például a korcsolyapályákat és csúszdákat télen hideg víz helyett meleg vízzel töltik fel. A szakértők azt tanácsolják az autósoknak, hogy télen inkább hideg, ne meleg vizet öntsenek a mosótartályba. A paradoxont ​​világszerte "Mpemba-effektusként" ismerik.

Ezt a jelenséget egykor Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes is megemlítette, de csak 1963-ban figyeltek fel rá a fizikaprofesszorok és próbálták vizsgálni. Az egész azzal kezdődött, hogy a tanzániai iskolás, Erasto Mpemba észrevette, hogy a fagylalt készítéséhez használt édesített tej gyorsabban megszilárdul, ha előmelegítik, és azt javasolta, hogy a forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. A fizikatanárhoz fordult pontosításért, de ő csak nevetett a diákon, mondván: "Ez nem világfizika, hanem Mpemba fizikája."

Szerencsére egy napon Dennis Osborn, a Dar es Salaam Egyetem fizikaprofesszora meglátogatta az iskolát. És Mpemba ugyanezzel a kérdéssel fordult hozzá. A professzor kevésbé volt szkeptikus, azt mondta, hogy nem tudja megítélni azt, amit soha nem látott, és hazatérve felkérte a személyzetet, hogy végezzenek megfelelő kísérleteket. Úgy tűnik, megerősítették a fiú szavait. Mindenesetre 1969-ben Osborne az „Eng. FizikaOktatás". Ugyanebben az évben George Kell, a Kanadai Nemzeti Kutatási Tanácstól megjelent egy angol nyelvű cikk, amelyben leírja a jelenséget. AmerikaiFolyóiratnak,-nekFizika».

Ennek a paradoxonnak több lehetséges magyarázata is van:

• A forró víz gyorsabban elpárolog, ezáltal csökken a térfogata, kisebb térfogatú, azonos hőmérsékletű víz pedig gyorsabban fagy meg. A légmentesen záródó tartályokban a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia.
• A hóréteg jelenléte. A melegvíztartály megolvasztja az alatta lévő havat, ezáltal javítja a hőkontaktust a hűtőfelülettel. A hideg víz nem olvasztja meg alatta a havat. Ha nincs hóborítás, a hidegvizes tartálynak gyorsabban le kell fagynia.
• 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. A tartályokban lévő víz további mechanikus keverésével a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia.
• A kristályosodási központok jelenléte a lehűtött vízben - benne oldott anyagok. Hideg vízben kevés ilyen centrum esetén a víz jéggé alakulása nehézkes, és még a túlhűtése is lehetséges, ha folyékony állapotban marad, nulla alatti hőmérsékleten.

Nemrég egy másik magyarázat is megjelent. Dr. Jonathan Katz (Jonathan Katz) a Washingtoni Egyetemről vizsgálta ezt a jelenséget, és arra a következtetésre jutott fontos szerep vízben oldott anyagok játsszák, amelyek hevítéskor kicsapódnak.
Alatt feloldódott anyagok dr A Katz a kemény vízben található kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátokra utal. A víz felmelegítésekor ezek az anyagok kicsapódnak, a víz "puhává" válik. A soha nem melegített víz tartalmazza ezeket a szennyeződéseket és „kemény”. Ahogy fagy és jégkristályok képződnek, a szennyeződések koncentrációja a vízben 50-szeresére nő. Ez csökkenti a víz fagyáspontját.

Ez a magyarázat számomra nem tűnik meggyőzőnek, mert. nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a hatást fagylalttal végzett kísérletekben találták meg, és nem kemény vízzel. Valószínűleg a jelenség okai termofizikaiak, és nem kémiaiak.

Eddig nem érkezett egyértelmű magyarázat a Mpemba-paradoxonra. Azt kell mondanom, hogy egyes tudósok ezt a paradoxont ​​nem tartják figyelemre méltónak. Nagyon érdekes azonban, hogy egy egyszerű iskolás fiú elérte a fizikai hatás elismerését, és kíváncsisága és kitartása révén tett szert népszerűségre.

Hozzáadva 2014 februárjában

A jegyzet 2011-ben íródott. Azóta új tanulmányok jelentek meg az Mpemba-effektusról és újabb kísérletek a magyarázatára. Így 2012-ben a Nagy-Britannia Királyi Kémiai Társasága nemzetközi versenyt hirdetett a „The Mpemba Effect” tudományos rejtély megfejtésére 1000 font díjalappal. A határidő 2012. július 30. volt. A győztes Nikola Bregovik lett, a Zágrábi Egyetem laboratóriumából. Közzétette munkáját, amelyben elemezte a jelenség magyarázatára tett korábbi kísérleteket, és arra a következtetésre jutott, hogy azok nem voltak meggyőzőek. Az általa javasolt modell a víz alapvető tulajdonságain alapul. Az érdeklődők a http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp oldalon találhatnak állást

A kutatás ezzel nem ért véget. 2013-ban szingapúri fizikusok elméletileg bebizonyították a Mepemba-effektus okát. A munka megtalálható a http://arxiv.org/abs/1310.6514 címen.

Kapcsolódó cikkek az oldalon:

A rovat további cikkei

Hozzászólások:

Alekszej Mishnev. , 2012.10.06. 04:14

Miért párolog el gyorsabban a forró víz? A tudósok gyakorlatilag bebizonyították, hogy egy pohár forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg víz. A tudósok nem tudják megmagyarázni ezt a jelenséget, mert nem értik a jelenségek lényegét: a meleget és a hideget! A hő és a hideg olyan fizikai érzet, amelyet az anyag részecskéinek kölcsönhatása okoz, a tér oldaláról és a Föld középpontjáról elmozduló mágneses hullámok ellensűrítése formájában. Ezért minél nagyobb ennek a mágneses feszültségnek a potenciálkülönbsége, annál gyorsabban megy végbe az energiacsere az egyik hullámnak a másikba való áthatolásának módszerével. Vagyis diffúzióval! A cikkemre reagálva az egyik ellenfél ezt írja: 1) „..A forró víz GYORSABBAN elpárolog, aminek következtében kevesebb van belőle, így gyorsabban megfagy” Kérdés! Milyen energia hatására párolog el gyorsabban a víz? 2) Cikkemben pohárról van szó, és nem favályúról, amire az ellenfél ellenérvként hivatkozik. Mi nem helyes! A kérdésre válaszolok: MIÉRT A VÍZ PÁROLGÁSA A TERMÉSZETBEN? A mágneses hullámok, amelyek mindig a Föld középpontjából az űrbe mozognak, leküzdve a mágneses kompressziós hullámok ellennyomását (amelyek mindig az űrből a Föld közepe felé mozognak), ugyanakkor vízrészecskéket permeteznek, mivel az űrbe költöznek. , növelik a hangerőt. Azaz bővítsd! A kompresszió mágneses hullámainak leküzdése esetén ezek a vízgőzök összenyomódnak (kondenzálódnak) és ezen mágneses kompressziós erők hatására a víz csapadék formájában visszatér a talajba! Tisztelettel! Alekszej Mishnev. 2012. október 6.

Alekszej Mishnev. , 2012.10.06. 04:19

Mi a hőmérséklet. A hőmérséklet a mágneses hullámok elektromágneses igénybevételének mértéke a kompressziós és tágulási energiával. Ezen energiák egyensúlyi állapota esetén a test vagy az anyag hőmérséklete stabil állapotban van. Ha ezeknek az energiáknak az egyensúlyi állapota megbomlik, a tágulási energia felé a test vagy anyag a tér térfogata megnövekszik. A mágneses hullámok energiájának a kompresszió irányú túllépése esetén a test vagy anyag a tér térfogata csökken. Az elektromágneses feszültség mértékét a referenciatest tágulásának vagy összehúzódásának mértéke határozza meg. Alekszej Mishnev.

Moiseeva Natalia, 2012.10.23. 11:36 | VNIIM

Alexey, ön egy cikkről beszél, amely felvázolja a hőmérséklet fogalmával kapcsolatos gondolatait. De senki nem olvasta. Kérlek adj egy linket. Általában véve nagyon sajátos a fizikával kapcsolatos nézeteid. Soha nem hallottam a "referenciatest elektromágneses tágulásáról".

Jurij Kuznyecov , 2012.12.04. 12:32

Feltételezik, hogy ez az intermolekuláris rezonancia és az általa generált molekulák közötti ponderomotive vonzás eredménye. Hideg vízben a molekulák véletlenszerűen, különböző frekvenciákkal mozognak és rezegnek. Víz melegítésekor a rezgési frekvencia növekedésével tartományuk beszűkül (a folyékony forró víztől a párolgásig csökken a frekvenciakülönbség), a molekulák rezgési frekvenciái közelítenek egymáshoz, aminek következtében rezonancia lép fel. a molekulák között. Lehűtve ez a rezonancia részben megmarad, nem hal ki azonnal. Próbálja meg megnyomni a rezonanciában lévő két gitárhúr egyikét. Most engedd el - a húr újra vibrálni kezd, a rezonancia helyreállítja rezgéseit. A fagyott vízben tehát a külső lehűtött molekulák megpróbálják elveszíteni a rezgések amplitúdóját és frekvenciáját, de az ér belsejében lévő „meleg” molekulák „visszahúzzák” a rezgéseket, vibrátorként, a külsők pedig rezonátorként működnek. A vibrátorok és a rezonátorok között keletkezik a ponderomotív vonzalom*. Amikor a ponderomotoros erő nagyobb lesz, mint a molekulák kinetikus energiája által kiváltott erő (amely nem csak rezeg, hanem lineárisan is mozog), felgyorsul a kristályosodás - az "Mpemba-effektus". A ponderomotoros kapcsolat nagyon instabil, az Mpemba-effektus erősen függ minden kísérő tényezőtől: a fagyasztandó víz mennyiségétől, fűtésének jellegétől, fagyási körülményeitől, hőmérsékletétől, konvekciójától, hőcserélő körülményeitől, gáztelítettségétől, a hűtőegység vibrációjától. , szellőzés, szennyeződések, párolgás stb. Talán még a világítástól is... Ezért a hatásnak sok magyarázata van, és néha nehezen reprodukálható. Ugyanezen „rezonancia” okból a forralt víz gyorsabban forr, mint a forralatlan - a forralás után egy ideig a rezonancia megőrzi a vízmolekulák rezgésének intenzitását (a hűtés során bekövetkező energiaveszteség főként a molekulák lineáris mozgásának kinetikus energiájának elvesztése miatt következik be ). Intenzív melegítéskor a vibrátormolekulák szerepet cserélnek a rezonátor molekulákkal szemben a fagyáshoz képest - a vibrátorok frekvenciája kisebb, mint a rezonátoroké, ami azt jelenti, hogy a molekulák között nem vonzás, hanem taszítás van, ami felgyorsítja az átmenetet másikba az összesítés állapota(pár).

Vlad, 2012.12.11. 03:42

Eltörte az agyam...

Anton , 2013.02.04. 02:02

1. Ez a ponderomotív vonzalom valóban olyan nagy, hogy befolyásolja a hőátadási folyamatot? 2. Ez azt jelenti, hogy ha minden testet felmelegítenek egy bizonyos hőmérsékletre, szerkezeti részecskéi rezonanciába lépnek? 3. Miért tűnik el ez a rezonancia lehűléskor? 4. Ez a te tipped? Ha van forrás, kérjük jelezze. 5. Ezen elmélet szerint az edény alakja lesz fontos szerepe, és ha vékony és lapos, akkor a fagyási idő különbsége nem lesz nagy, i.e. ellenőrizheti.

Gudrat , 2013.03.11. 10:12 | METAK

A hideg vízben már vannak nitrogénatomok, és a vízmolekulák közötti távolság kisebb, mint a forró vízben. Vagyis a következtetés: A forró víz gyorsabban szívja fel a nitrogénatomokat, ugyanakkor gyorsan meg is fagy, mint a hideg víz - ez a vas keményedéséhez hasonlítható, mivel a forró víz jéggé alakul, a forró vas pedig gyors lehűlés hatására megkeményedik!

Vladimir , 2013.03.13., 06:50

vagy talán ez: a forró víz és a jég sűrűsége kisebb, mint a hideg víz sűrűsége, ezért a víznek nem kell változtatnia a sűrűségén, ezzel veszít egy kis időt, és megfagy.

Alexey Mishnev , 2013.03.21 11:50

Mielőtt a részecskék rezonanciájáról, vonzásáról és rezgéseiről beszélnénk, meg kell értenünk és meg kell válaszolnunk a kérdést: Milyen erők késztetik a részecskéket rezgésbe? Mivel, anélkül kinetikus energia, nem tömöríthető. Tömörítés nélkül nem lehet bővíteni. Tágulás nélkül nem létezhet mozgási energia! Amikor elkezdesz a húrok rezonanciájáról beszélni, először arra törekedtél, hogy ezek közül a húrok közül az egyik rezegni kezdjen! Amikor a vonzásról beszélünk, mindenekelőtt azt az erőt kell jelezni, amely vonzza ezeket a testeket! Megerősítem, hogy minden testet összenyom a légkör elektromágneses energiája, amely minden testet, anyagot és elemi részecskét 1,33 kg-os erővel összenyom. nem cm2-re, hanem elemi részecskére.Mivel a légkör nyomása nem lehet szelektív!Ne keverjük össze az erő nagyságával!

Dodik , 2013.05.31. 02:59

Úgy tűnik számomra, hogy elfelejtett egy igazságot: "A tudomány ott kezdődik, ahol a mérések kezdődnek." Milyen hőmérsékletű a "forró" víz? Milyen hőmérsékletű a "hideg" víz? A cikk egy szót sem szól róla. Ebből arra következtethetünk - az egész cikk egy baromság!

Grigorij, 2013.04.06. 12:17

Dodik, mielőtt hülyeségnek neveznénk egy cikket, gondolkodni kell, hogy tanuljunk, legalább egy kicsit. És nem csak mérni.

Dmitrij, 2013.12.24. 10:57

A forró víz molekulái gyorsabban mozognak, mint a hideg vízben, ezért szorosabb a kapcsolatuk környezet, úgy tűnik, felszívják az összes hideget gyorsan lelassul.

Iván, 2014.01.10. 05:53

Meglepő, hogy egy ilyen névtelen cikk jelent meg ezen az oldalon. A cikk teljesen tudománytalan. A szerző és a kommentátorok is egymással versengve keresték a jelenség magyarázatát, nem törődve azzal, hogy a jelenséget egyáltalán megfigyelik-e, és ha megfigyelik, akkor milyen feltételek mellett. Sőt, még abban sincs egyetértés, hogy valójában mit is figyelünk meg! Tehát a szerző ragaszkodik ahhoz, hogy meg kell magyarázni a forró fagylalt gyors fagyasztásának hatását, bár a teljes szövegből (és a "hatást fagylaltkísérletek során fedezték fel" szavakból) az következik, hogy ő maga nem állított fel ilyet. kísérletek. A cikkben felsorolt ​​jelenség "magyarázatának" változataiból látható, hogy teljesen más kísérleteket írnak le, különböző körülmények között, különböző vizes oldatok. Mind a magyarázatok lényege, mind a bennük lévő szubjunktív hangulat arra utal, hogy a megfogalmazott gondolatok elemi ellenőrzése sem történt meg. Valaki véletlenül hallott egy furcsa történetet, és lazán kifejtette spekulatív következtetését. Sajnálom, de ez nem fizikai Tudományos kutatásés beszélgetés egy dohányzóban.

Ivan , 2014.01.10., 06:10

A hengerek forró vízzel és hideg mosótartályokkal való feltöltésével kapcsolatos cikkben található megjegyzésekkel kapcsolatban. Az elemi fizika szempontjából minden egyszerű. A korcsolyapályát csak azért töltik fel forró vízzel, mert lassabban fagy be. A jégpályának vízszintesnek és simának kell lennie. Próbáld meg feltölteni hideg vízzel - dudorokat és "befolyásokat" kapsz, mert. a víz _gyorsan_ megfagy anélkül, hogy ideje lenne egyenletes rétegben szétterülni. A forrónak pedig lesz ideje egyenletes rétegben szétterülni, és megolvasztja a meglévő jég- és hódudorokat. Az alátéttel szintén nem nehéz: nincs értelme fagyban tiszta vizet önteni - az üvegre fagy (még forrón is); a forró, nem fagyos folyadék pedig a hideg üveg megrepedéséhez vezethet, ráadásul megnövekszik a fagyáspontja az üvegen az alkoholok gyorsuló párolgása miatt az üveg felé vezető úton (mindenki ismeri még a holdfény elvét? - az alkohol elpárolog, víz marad).

Ivan , 2014.10.01. 06:34

De valójában ez a jelenség, ostobaság feltenni a kérdést, hogy két különböző kísérlet különböző körülmények között miért megy eltérően. Ha a kísérletet tisztán állítják be, akkor azonos kémiai összetételű hideg és meleg vizet kell venni - ugyanabból a vízforralóból előhűtött forrásban lévő vizet veszünk. Öntsük azonos edényekbe (például vékony falú poharakba). Nem a hóra tesszük, hanem ugyanarra az egyenletes, száraz alapra, például egy fa asztalra. És nem mikrofagyasztóban, hanem kellően terjedelmes termosztátban - pár éve végeztem egy kísérletet az országban, amikor kint stabilan fagyos idő volt, -25C körül. A víz bizonyos hőmérsékleten kristályosodik a kristályosodáshő felszabadulását követően. A hipotézis abból az állításból fakad, hogy a meleg víz gyorsabban hűl (ez igaz, a klasszikus fizika szerint a hőátadási sebesség arányos a hőmérséklet-különbséggel), de fenntartja a megnövelt hűtési sebességet akkor is, ha a hőmérséklete megegyezik a hőmérséklettel. hideg vízből. A kérdés az, hogy miben különbözik a kint +20C-ra lehűlt víz az egy órával azelőtt +20C-ra hűlt, de helyiségben pontosan ugyanilyen víztől? A klasszikus fizika (mellesleg nem dohányzóhelyi csacsogásra, hanem százezer és millió kísérletre alapozva) azt mondja: igen, semmi, a további hűtési dinamika ugyanaz lesz (csak a forrásban lévő víz éri el később a +20 pontot ). A kísérlet pedig ugyanezt mutatja: amikor egy pohár kezdetben hideg vízben már szilárd jégkéreg van, a forró víznek eszébe sem jutott megfagyni. P.S. Jurij Kuznyecov megjegyzéseire. Egy bizonyos hatás jelenléte akkor tekinthető megállapítottnak, ha az előfordulásának feltételeit leírják és stabilan reprodukálják. És amikor érthetetlen kísérleteink vannak ismeretlen körülmények között, akkor még korai elméleteket építeni a magyarázatukra, és ez tudományos szempontból nem ad semmit. P.P.S. Nos, Alekszej Mishnev megjegyzéseit lehetetlen az érzelmek könnyei nélkül olvasni - az ember valamiféle kitalált világban él, amelynek semmi köze a fizikához és a valódi kísérletekhez.

Grigorij, 2014.01.13. 10:58

Ivan, jól értem, hogy cáfolod az Mpemba-effektust? Nem létezik, ahogy a kísérletei mutatják? Miért olyan híres a fizikában, és miért próbálják sokan megmagyarázni?

Ivan , 2014.02.14., 01:51

Jó napot, Gregory! Létezik egy tisztátalanul megrendezett kísérlet hatása. De amint megérti, ez nem ok arra, hogy új mintákat keressünk a fizikában, hanem a kísérletező készségeinek fejlesztésére. Ahogy a kommentekben már megjegyeztem, az „Mpemba-effektus” magyarázatára tett kísérletek mindegyikében a kutatók még azt sem tudják egyértelműen megfogalmazni, hogy mit és milyen körülmények között mérnek pontosan. És azt akarod mondani, hogy ezek kísérleti fizikusok? Ne nevettes. A hatást nem a fizika ismeri, hanem a különböző fórumokon és blogokon folyó áltudományos viták, amelyeknek ma a tenger. Valódi fizikai hatásként (olyan értelemben, mint valami új fizikai törvények, és nem egy helytelen értelmezés vagy csak egy mítosz eredményeként) érzékelik a fizikától távol álló emberek. Nincs okunk tehát egyetlen fizikai hatásként beszélni a teljesen eltérő körülmények között felállított különböző kísérletek eredményeiről.

Pavel, 2014.02.18., 09:59

hmm srácok... cikk a "Speed ​​​​Info"-hoz... Ne sértődj meg... ;) Ivánnak mindenben igaza van...

Gergely, 2014.02.19. 12:50

Ivan, egyetértek azzal, hogy most sok áltudományos oldal tesz közzé ellenőrizetlen szenzációs anyagokat. Végül is az Mpemba hatását még mindig tanulmányozzák. Ráadásul egyetemi tudósok kutatnak. Például 2013-ban ezt a hatást egy csoport tanulmányozta Műszaki Egyetem Szingapúrban. Tekintse meg a http://arxiv.org/abs/1310.6514 linket. Úgy vélik, megtalálták a magyarázatot erre a hatásra. A felfedezés lényegéről nem írok részletesen, de véleményük szerint a hatás a hidrogénkötésekben tárolt energiák különbségével függ össze.

Moiseeva N.P. , 2014.02.19. 03:04

Mindenki számára, aki érdeklődik az Mpemba-effektussal kapcsolatos kutatások iránt, némileg kiegészítettem a cikk anyagát, és hivatkozásokat adtam, ahol megismerkedhetnek a legújabb eredményekkel (lásd a szöveget). Köszönöm a hozzászólásokat.

Ildar , 2014.02.24. 04:12 | nincs értelme mindent felsorolni

Ha ez az Mpemba-effektus valóban megvalósul, akkor a magyarázatot szerintem a víz molekulaszerkezetében kell keresni. A víz (amint azt a népszerű tudományos irodalomból megtudtam) nem egyedi H2O molekulákként létezik, hanem több molekula (akár tucatnyi) klasztereként. A vízhőmérséklet emelkedésével a molekulák mozgási sebessége megnő, a klaszterek felbomlanak egymás ellen, és a molekulák vegyértékkötéseinek nincs idejük nagy klasztereket összeállítani. Kicsit több időbe telik a klaszterek kialakítása, mint a molekulák sebességének lelassítása. És mivel a klaszterek kisebbek, a kristályrács kialakulása gyorsabb. Hideg vízben láthatóan nagy, meglehetősen stabil fürtök akadályozzák meg a rács kialakulását, elpusztulásukhoz idő kell. Jómagam a tévében láttam egy különös hatást, amikor egy tégelyben csendesen álló hideg víz több órán keresztül hidegben folyékony maradt. Ám amint az edényt felemelték, vagyis kissé elmozdították a helyéről, az edényben lévő víz azonnal kikristályosodott, átlátszatlanná vált, és az üveg szétrepedt. Nos, a pap, aki ezt a hatást mutatta, azzal magyarázta, hogy a vizet megszentelték. Mellesleg kiderül, hogy a víz a hőmérséklettől függően nagymértékben megváltoztatja a viszkozitását. Mi, nagy lények ezt nem vesszük észre, de a kisméretű (mm és annál kisebb) rákfélék, és még inkább a baktériumok szintjén a víz viszkozitása igen jelentős tényező. Ezt a viszkozitást szerintem a vízfürtök mérete is megadja.

SZÜRKE , 2014.03.15. 05:30

minden, amit látunk, felületi jellemzők (tulajdonságok), tehát csak azt veszünk energiának, amit a létezést bármilyen módon mérni, bizonyítani tudjuk, különben zsákutca. Ez a jelenség, az Mpemba-effektus csak egy egyszerű térfogati elmélettel magyarázható, amely az összes fizikai modellt egyetlen kölcsönhatási struktúrában fogja egyesíteni. valójában egyszerű

Nikita, 2014. 06. 06. 04:27 | autó

de hogyan lehet elérni, hogy a víz hideg maradjon és ne legyen meleg, amikor bemész az autóba!

Alexey, 2014.10.03. 01:09

És itt egy újabb "felfedezés", útközben. A műanyag palackban lévő víz nyitott dugóval sokkal gyorsabban lefagy. A szórakozás kedvéért sokszor kísérleteztem komoly fagyban. A hatás nyilvánvaló. Sziasztok teoretikusok!

Eugene, 2014.12.27., 08:40

Az elpárologtató hűtő elve. Két hermetikusan lezárt palackot veszünk hideg és meleg vízzel. Hűtőbe tesszük. A hideg víz gyorsabban lefagy. Most ugyanazokat a palackokat hideg és meleg vízzel vesszük, kinyitjuk és hidegbe tesszük. A forró víz gyorsabban megfagy, mint a hideg. Ha két medencét veszünk hideg és meleg vízzel, akkor a forró víz sokkal gyorsabban megfagy. Ez annak köszönhető, hogy növeljük a kapcsolatot a légkörrel. Minél intenzívebb a párolgás, annál gyorsabban csökken a hőmérséklet. Itt szükséges megemlíteni a páratartalom tényezőjét. Minél alacsonyabb a páratartalom, annál erősebb a párolgás és annál erősebb a hűtés.

szürke TOMSK, 2015. 03. 01. 10:55

SZÜRKE, 2014.03.15. 05:30 - folytatás Amit a hőmérsékletről tudsz, az nem minden. Van még valami. Ha helyesen állítja össze a hőmérséklet fizikai modelljét, akkor ez lesz a kulcs az energiafolyamatok leírásához a diffúziótól, az olvadástól és a kristályosodástól az olyan méretig, mint a hőmérséklet növekedése a nyomás növekedésével, a nyomás növekedése a hőmérséklet növekedésével. A fentiekből még a Nap energiájának fizikai modellje is világossá válik. télen vagyok. . 20013 kora tavaszán a hőmérsékleti modellek áttekintése után egy általános hőmérsékleti modellt állítottam össze. Pár hónap múlva eszembe jutott a hőmérsékleti paradoxon, majd rájöttem... hogy az én hőmérsékleti modellem az Mpemba paradoxont ​​is leírja. Ez 2013 május-júniusában volt. Egy év késéssel, de ez a legjobb. Az én fizikai modellem egy kimerevített keret, amely előre és hátra is görgethető, és rendelkezik a tevékenység motoros készségeivel, pontosan azzal a tevékenységgel, amelyben minden mozog. 8 osztályos iskola és 2 év főiskola van a téma ismétlésével. 20 év telt el. Tehát nem tudok semmiféle híres tudósok fizikai modelljét és képletét tulajdonítani. Nagyon sajnáljuk.

Andrey, 2015.11.08., 08:52

Általában van egy ötletem arról, hogy a meleg víz miért fagy le gyorsabban, mint a hideg. És az én magyarázataimban minden nagyon egyszerű, ha érdekel, írj nekem egy e-mailt: [e-mail védett]

Andrey, 2015.11.08., 08:58

Elnézést, rossz postafiókot adtam meg, itt a helyes e-mail: [e-mail védett]

Victor, 2015.12.23. 10:37

Nekem úgy tűnik, hogy minden egyszerűbb, nálunk esik a hó, ez elpárolgott gáz, lehűtve, ezért lehet, hogy fagyban gyorsabban hűl le forrón, mert elpárolog és azonnal kikristályosodik messze a felemelkedéstől, és a víz gáz halmazállapotú gyorsabban hűl, mint a folyadékban. )

Bekzhan, 2016.01.28., 09:18

Még ha valaki fel is fedné a világnak ezeket a törvényeit, amelyek ehhez a hatáshoz kapcsolódnak, nem írna ide. Az én szempontomból nem lenne logikus felfedni a titkait az internetezők előtt, amikor híres tudományos folyóiratokban, ill. bizonyítsd be a nép előtt.Szóval amit itt majd erről a hatásról írnak,nem logikus ez az egész többség.)))

Alex, 2016.02.22. 12:48

Helló Kísérletezők Igazad van abban, hogy a tudomány ott kezdődik, ahol... nem a mérésekkel, hanem a számításokkal. "Kísérlet" - örök és nélkülözhetetlen érv a képzelettől és a lineáris gondolkodástól megfosztottak számára Mindenkit megsértett, most az E \u003d mc2 esetében - mindenki emlékszik? A hideg vízből a légkörbe kirepülő molekulák sebessége határozza meg az általuk a vízből elszállított energia mennyiségét (lehűlés - energiavesztés) A meleg vízből érkező molekulák sebessége sokkal nagyobb, és az elszállított energia négyzetes (a a maradék víztömeg lehűtése) Ez minden, ha kilép a "kísérletezésből" és emlékszik a tudomány alapjaira

Vladimir , 2016. 04. 25. 10:53 | Meteo

Azokban az időkben, amikor a fagyálló ritkaság volt, az autók hűtőrendszeréből a vizet egy autóflotta fűtetlen garázsában egy munkanap után leeresztették, hogy ne olvadjon le a hengerblokk vagy a hűtő – néha mindkettő együtt. Reggel forró vizet öntöttek. Erős fagyban a motorok gond nélkül beindultak. Valahogy a meleg víz hiánya miatt a csapból kifolyt a víz. A víz azonnal megfagyott. A kísérlet drága volt – pontosan annyiba, amennyibe egy ZIL-131 autó hengerblokkjának és hűtőjének vásárlása és cseréje kerül. Aki nem hiszi, nézze meg. és Mpemba fagylalttal kísérletezett. A fagylaltban a kristályosodás másképp megy végbe, mint a vízben. Próbáljon meg a fogaival leharapni egy darab fagylaltot és egy darab jeget. Valószínűleg nem fagyott meg, hanem a lehűlés hatására besűrűsödött. A friss víz pedig, akár meleg, akár hideg, 0*C-on megfagy. A hideg víz gyors, de a forró víznek időre van szüksége, hogy lehűljön.

Vándor , 2016.05.06 12:54 | Alexnek

"c" - fénysebesség vákuumban E=mc^2 - a tömeg és az energia egyenértékűségét kifejező képlet

Albert , 2016.07.27. 08:22

Először is egy analógia a szilárd testek(nincs párolgási folyamat). Nemrég forrasztott réz vízcsövek. A folyamat úgy történik, hogy a gázégőt a forraszanyag olvadáspontjára melegítjük. Egy kötés felfűtési ideje a tengelykapcsolóval körülbelül egy perc. Egy kötést forrasztottam a kuplunggal és pár perc múlva rájöttem, hogy rosszul forrasztottam. Kicsit eltartott a cső görgetése a csatlakozóban. Újra elkezdtem égővel melegíteni a hézagot, és meglepő módon 3-4 percig tartott, amíg a hézag olvadáspontig melegedett. Hogy hogy!? Végül is a cső még mindig forró, és úgy tűnik, hogy sokkal kevesebb energiára van szükség ahhoz, hogy olvadáspontig melegítse, de minden az ellenkezőjére vált. Minden a hővezető képességről szól, ami egy már felfűtött csőnél jóval magasabb, és a fűtött és hideg cső határvonala két perc alatt sikerült messze elmozdulni a csomóponttól. Most a vízről. A meleg és félig fűtött edény fogalmával fogunk működni. A forró edényben a forró, erősen mozgékony részecskék és a lassan mozgó, hideg részecskék között szűk hőmérsékleti határ képződik, amely viszonylag gyorsan mozog a perifériáról a középpontba, mert ezen a határon. gyors részecskék gyorsan feladják energiájukat (lehűlnek) a határ túloldalán lévő részecskék által. Mivel a külső hideg részecskék térfogata nagyobb, akkor a gyors részecskék, így adják be hőenergia, nem tudja jelentősen felmelegíteni a külső hideg részecskéket. Ezért a forró víz hűtésének folyamata viszonylag gyorsan megy végbe. A félig melegített víz viszont jóval alacsonyabb hővezető képességgel rendelkezik, és a félig melegített és hideg részecskék közötti határ szélessége sokkal szélesebb. Az ilyen széles határvonal közepére való elmozdulás sokkal lassabban megy végbe, mint egy forró edény esetében. Ennek eredményeként a forró edény gyorsabban lehűl, mint a meleg. Szükségesnek tartom a különböző hőmérsékletű víz lehűlési folyamatának dinamikáját követni úgy, hogy több hőmérsékletérzékelőt kell elhelyezni az edény közepétől a széléig.

Max , 2016.11.19. 05:07

Beigazolódott: Jamalban fagyban lefagy egy cső a forró vízzel és fel kell melegíteni, de nem hidegen!

Artem, 2016.12.09. 01:25

Nehéz, de szerintem a hideg víz sűrűbb, mint a forró, még a forralt víznél is jobb, és akkor van egy gyorsulás a lehűlésben, pl. a meleg víz eléri a hideg hőmérsékletet és túlszárnyalja azt, és ha figyelembe vesszük, hogy a meleg víz alulról fagy le, és nem felülről, ahogy fent írták, ez nagyon felgyorsítja a folyamatot!

Alekszandr Szergejev, 21.08.2017 10:52

Nincs ilyen hatás. Jaj. 2016-ban részletes cikk jelent meg a témában a Nature-ben: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Ebből jól látható, hogy ha a kísérleteket körültekintően végzik (ha a meleg és hideg víz mintái mindenben ugyanaz, kivéve a hőmérsékletet), a hatás nem figyelhető meg .

Headlab, 2017.08.22. 05:31

Victor, 2017.10.27. 03:52

– Valóban az. - ha az iskola nem értette, mi az a hőkapacitás és az energiamegmaradás törvénye. Könnyű ellenőrizni - ehhez kell: vágy, fej, kezek, víz, hűtőszekrény és ébresztőóra. A korcsolyapályákat pedig, ahogy a szakemberek írják, hideg vízzel lefagyasztják (töltik), meleg vízzel pedig egyengetik a vágott jeget. És télen fagyálló folyadékot kell önteni a mosótartályba, nem vizet. A víz úgyis megfagy, a hideg víz pedig gyorsabban megfagy.

Irina , 2018.01.23. 10:58

A tudósok világszerte Arisztotelész óta küzdenek ezzel a paradoxonnal, és Viktor, Zavlab és Szergejev bizonyult a legokosabbnak.

Denis, 2018.02.01. 08:51

Minden rendben van a cikkben. De az ok némileg más. A forralás során a benne oldott levegő elpárolog a vízből, ezért a forrásban lévő víz lehűlésével sűrűsége kisebb lesz, mint az azonos hőmérsékletű nyersvízé. Az eltérő hővezetőképességnek az eltérő sűrűségen kívül nincs más oka.

Headlab, 2018.01.03. 08:58 | fej labor

Irina :), "az egész világ tudósai" nem küzdenek ezzel a "paradoxonnal", az igazi tudósok számára ez a "paradoxon" egyszerűen nem létezik - ez jól reprodukálható körülmények között könnyen ellenőrizhető. A "paradoxon" az afrikai fiú, Mpemba megismételhetetlen kísérletei miatt jelent meg, és hasonló "tudósok" fújták fel :)

miroland, 2019.03.23 07:20

egy Afrika szívében élő tanzániai fiú, akinek nagy valószínűséggel még soha nem látott havat a szemében... ;-D Nem keverek össze semmit ???)))

Szergej , 2019.04.14. 02:02

Vegyünk két rugalmas szalagot, mindkettőt megnyújtjuk, és az egyik nagyobb, mint a másik (analógia a hideg és meleg víz belső energiájával), ugyanakkor a rugalmas szalagok egyik végét elengedjük. Melyik gumi zsugorodik gyorsabban?

Artanis , 2019.08.05. 03:34

Csak magamnak volt ilyen élményem. Két egyforma csésze hideg és meleg vizet tettem a fagyasztóba. A hideg sokkal gyorsabban fagyott meg. A forró még meleg volt egy kicsit. Mi a baj az én tapasztalataim szerint?

Headlab, 2019.09.05. 06:21 |

Artanis, Az Ön tapasztalata szerint "minden rendben van" :) - Az "Mpemba-effektus" nem létezik egy megfelelően elvégzett kísérletnél, amely azonos térfogatú víz esetén csak eltérő kezdeti hőmérséklet mellett biztosítja a hűtési feltételek azonosságát. Gratulálunk – a fény, az értelem és az alapvető fizikai törvények diadala oldalára kerültél, és elkezdtél eltávolodni az „Mpemba szektától” és a YouTube-videók rajongóitól a „miről hazudtak nekünk fizikaórákon” stílusban. "... :)

Moiseeva N.P. , 2019.05.16. 04:30 | Ch. szerkesztő

Igazad van, sok múlik a kísérlet körülményein. De ha a hatás egyáltalán nem figyelhető meg, akkor nem lennének kutatások és publikációk komoly folyóiratokban. Végig olvastad a jegyzetet? Itt nincs szó YouTube-videókról.

Headlab, 2019. 08. 06. 05:26 | SlavOilGas-SouthNorthWestVostok-SintezBármi

Natalja Petrovna, a tudomány „reprodukálhatósági válságának” korszakát éljük, amikor a „közzététel vagy elpusztul” szlogen alatti idézettségi index növelése érdekében a „szerencsétlen tudósok” előszeretettel versenyeznek őrült elméletek feltalálásában, amelyek nyilvánvalóan alátámasztják. kétes kísérleti adatok ahelyett, hogy egy kis időt és erőforrást költenének ezeknek az adatoknak az ellenőrzésére, mielőtt egy pusztán elméleti cikkhez ülnének. Az ilyen "szerencsétlen tudósok" példája csak a cikkben említett "szingapúri fizikusok" - publikációjuk nem tartalmazza saját kísérleti adataikat, hanem csak csupasz elméleti érveket az "O: HO" absztrazus jelenség lehetséges hatásáról. Bond Anomalous Relaxation" a víz rendellenes fagyásának folyamatáról, amelyet mind Francis Bacon, mind Rene Descartes, sőt Arisztotelész is megfigyelt már ie 350 évben. ... És személy szerint nagyon örülök, hogy Nikola Bregovic, a Zágrábi Egyetemről megkapta az 1000 fontot a Nagy-Britannia Királyi Kémiai Társaságától, miután fizikailag megmagyarázható eredményeket mért, anomáliák nélkül jó berendezésen, reprodukálható körülmények között, és megkérdezték. ezek ügyetlen mérések, Mpemba fiú és adeptusai, és azok megfelelősége, akik megpróbálták ezeket az ügyetlen kísérleteket "elméleti alapot" hozni.

Mpemba hatás(Mpemba paradoxon) - paradoxon, amely kimondja, hogy a forró víz bizonyos körülmények között gyorsabban fagy, 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 sima vízzel is kísérletezett. Mindenesetre, már az Mkwawa High School diákjaként megkérdezte Dennis Osborne professzort a Dar es Salaam-i Egyetemi Főiskoláról (az iskola igazgatója meghívta, hogy tartson előadást a fizikáról a diákoknak) a vízről: „Ha veszed két azonos tartály egyenlő térfogatú vízzel úgy, hogy az egyikben a víz hőmérséklete 35 ° C, a másikban - 100 ° C legyen, és tedd a fagyasztóba, majd a másodikban a víz gyorsabban megfagy. 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, hogy annak az időnek, amely alatt a test lehűl a környezeti hőmérsékletre, 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 vízrétegeket 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. Amikor a vizet melegítjük, ezek a gázok felszabadulnak a vízből, mivel vízben való oldhatóságuk at magas hőmérsékletű lent. 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 megolvasztja az alatta lévő fagyasztó jegét, ezáltal javítva a fagyasztó falával való termikus érintkezést 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 néhány benne oldott só 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.

O. V. Mosin

Irodalmiforrások:

"A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Miért teszi ezt?", Jearl Walker: The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237. sz. 3, 246-257. 1977. szeptember.

"A hideg és meleg víz megfagyása", G.S. Kell: American Journal of Physics, Vol. 37. sz. 5, 564-565. 1969. május.

"Supercooling and the Mpemba-effektus", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63. sz. 10., 882-885. 1995. okt.

"The Mpemba-effektus: A hideg és meleg víz fagyási ideje", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, sz. 5, 524. o.; 1996. május.

A víz a világ egyik legcsodálatosabb folyadéka, amely szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik. Például a jég szilárd folyékony halmazállapotú, fajsúlya kisebb, mint maga a víz, ami sok szempontból lehetővé tette az élet kialakulását és fejlődését a Földön. Ezen túlmenően a tudományhoz közeli, sőt a tudományos világban viták folynak arról, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg. Aki bizonyos körülmények között bebizonyítja a forró folyadék gyorsabb lefagyasztását, és döntését tudományosan alátámasztja, az 1000 font díjat kap a Brit Királyi Kémikusok Társaságától.

Háttér

Az a tény, hogy a meleg víz számos körülmény között megelőzi a hideg vizet a fagyás sebességét tekintve, már a középkorban észrevették. Francis Bacon és René Descartes sok erőfeszítést tett a jelenség magyarázatára. A klasszikus hőtechnika szemszögéből azonban ez a paradoxon nem magyarázható, és szemérmesen próbálták elhallgatni. A vita folytatásának ösztönzője egy kissé furcsa történet volt, amely a tanzániai iskolás fiúval, Erasto Mpembával (Erasto Mpemba) történt 1963-ban. Egyszer, egy desszertkészítési órán egy főzőiskolában egy fiú, akit más dolgok tereltek el, nem volt ideje lehűteni a fagylaltkeveréket, és forró tejjel készült cukoroldatot tenni a fagyasztóba. Meglepetésére a termék valamivel gyorsabban hűlt le, mint a gyakorló társai, akik megfigyelték a fagylaltkészítés hőmérsékleti rendszerét.

A fiú a jelenség lényegét próbálva megérteni egy fizikatanárhoz fordult, aki a részletekbe nem bocsátkozva kigúnyolta kulináris kísérleteit. Erastót azonban irigylésre méltó kitartás jellemezte, és már nem tejjel, hanem vízzel folytatta kísérleteit. Gondoskodott arról, hogy bizonyos esetekben a forró víz gyorsabban fagyjon meg, mint a hideg.

A Dar es Salaam Egyetemre lépve Erasto Mpembe részt vett Dennis G. Osborne professzor előadásán. A diploma megszerzése után a diák zavarba ejtette a tudóst a víz hőmérsékletétől függően fagyás sebességének problémájával. DG Osborne már a kérdés feltevésén nevetségessé tette, és dühösen kijelentette, hogy minden vesztes tudja, hogy a hideg víz gyorsabban megfagy. A fiatalember természetes szívóssága azonban éreztette magát. Fogadást kötött a professzorral, és felajánlotta, hogy itt, a laboratóriumban végez egy kísérleti tesztet. Az Erasto két tartály vizet helyezett a fagyasztóba, az egyiket 35 °C-os, a másikat pedig 100 °C-os hőmérsékletű vízzel. Mi volt a meglepetése a professzornak és a környező "rajongóknak", amikor a második tartályban gyorsabban fagyott meg a víz. Azóta ezt a jelenséget "Mpemba-paradoxonnak" hívják.

A mai napig azonban nincs koherens elméleti hipotézis, amely megmagyarázná az "Mpemba-paradoxont". Nem világos, hogy milyen külső tényezők kémiai összetétel víz, a benne oldott gázok és ásványi anyagok jelenléte befolyásolja a folyadékok fagyásának sebességét különböző hőmérsékleteken. Az "Mpemba-effektus" paradoxona, hogy ellentmond az I. Newton által felfedezett egyik törvénynek, amely szerint a víz lehűlési ideje egyenesen arányos a folyadék és a környezet hőmérséklet-különbségével. És ha minden más folyadékra teljes mértékben ez a törvény vonatkozik, akkor bizonyos esetekben a víz kivétel.

Miért fagy le gyorsabban a forró víz?T

Számos változat létezik arra vonatkozóan, hogy miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg. A főbbek a következők:

• a forró víz gyorsabban elpárolog, miközben térfogata csökken, és kisebb térfogatú folyadék gyorsabban lehűl - ha a vizet + 100 ° С-ról 0 ° С-ra hűtik, térfogatveszteségek légköri nyomás eléri a 15%-ot;
• a folyadék és a környezet közötti hőcsere intenzitása minél nagyobb, annál nagyobb a hőmérséklet-különbség, így a forrásban lévő víz hővesztesége gyorsabban halad át;
• amikor a forró víz lehűl, a felületén jégkéreg képződik, amely megakadályozza a folyadék teljes megfagyását és elpárolgását;
• magas vízhőmérsékleten konvekciós keveredés következik be, csökkentve a fagyasztási időt;
• a vízben oldott gázok csökkentik a fagyáspontot, energiát vesznek fel a kristályképzéshez - a forró vízben nincsenek oldott gázok.

Mindezeket a feltételeket ismételt kísérleti ellenőrzésnek vetették alá. David Auerbach német tudós különösen azt találta, hogy a forró víz kristályosodási hőmérséklete valamivel magasabb, mint a hideg vízé, ami lehetővé teszi az előbbi gyorsabb lefagyasztását. Később azonban bírálat érte kísérleteit, és sok tudós meg van győződve arról, hogy az „Mpemba-effektus”, amelyről a víz gyorsabban fagy - melegen vagy hidegen - csak bizonyos feltételek mellett reprodukálható, amelyeket eddig senki sem keresett és konkretizált.

Azt, hogy melyik víz fagy meg gyorsabban, meleg vagy hideg, számos tényező befolyásolja, de maga a kérdés kissé furcsának tűnik. Magától értetődik, 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. A hideg víz bizonyos törvények betartásával a felső rétegekből fagyni kezd, amikor a forró víz fordítva - alulról felfelé kezd megfagyni. 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 láthatóan 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 a 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 a nagyobb energiaellátás és a nulla alatti hőmérsékletre hűtött nagyobb felszabadulás 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 ezek eredményeit bemutatjuk, akkor az Mpemba-paradoxon kérdését lezártnak tekinthetjük.