Le proprietà dell'acqua non finiscono mai di stupire gli scienziati. L'acqua è una sostanza abbastanza semplice dal punto di vista chimico, ma allo stesso tempo ha una serie di proprietà insolite che non smettono mai di stupire gli scienziati. Di seguito sono riportati alcuni fatti che poche persone conoscono.
1. Quale acqua si congela più velocemente, fredda o calda?
Prendete due contenitori d'acqua: versate l'acqua calda in uno e l'acqua fredda nell'altro e metteteli nel congelatore. L'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda, anche se logicamente l'acqua fredda dovrebbe prima trasformarsi in ghiaccio: dopotutto, l'acqua calda deve prima raffreddarsi a temperatura fredda, quindi trasformarsi in ghiaccio, mentre acqua fredda non c'è bisogno di raffreddare. Perché sta succedendo?
Nel 1963, uno studente tanzaniano di nome Erasto B. Mpemba, mentre congelava una miscela di gelato preparata, notò che la miscela calda si solidificava più velocemente nel congelatore di quella fredda. Quando il giovane ha condiviso la sua scoperta con un insegnante di fisica, si è limitato a ridere di lui. Fortunatamente, lo studente è stato tenace e ha convinto l'insegnante a condurre un esperimento, che ha confermato la sua scoperta: a determinate condizioni acqua calda si congela davvero più velocemente del freddo.
Ora questo fenomeno di congelamento dell'acqua calda più veloce dell'acqua fredda è chiamato effetto Mpemba. È vero, molto prima di lui, questa proprietà unica dell'acqua è stata notata da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes.
Gli scienziati non comprendono appieno la natura di questo fenomeno, spiegandolo con la differenza di ipotermia, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o effetto dei gas liquefatti sull'acqua calda e fredda.
2. È in grado di congelarsi all'istante
Tutti sanno che l'acqua si trasforma sempre in ghiaccio quando si raffredda fino a 0°C...tranne in alcuni casi! Un caso del genere è, ad esempio, il superraffreddamento, che è la proprietà di un'acqua molto pura di rimanere liquida anche se raffreddata sotto lo zero. Questo fenomeno diventa possibile per il fatto che l'ambiente non contiene centri di cristallizzazione o nuclei che potrebbero provocare la formazione di cristalli di ghiaccio. E così l'acqua rimane in forma liquida, anche quando viene raffreddata a temperature inferiori a zero gradi Celsius.
Il processo di cristallizzazione può essere innescato, ad esempio, da bolle di gas, impurità (inquinamento), superficie irregolare del contenitore. Senza di loro, l'acqua rimarrà dentro stato liquido. Quando inizia il processo di cristallizzazione, puoi osservare come l'acqua super raffreddata si trasforma istantaneamente in ghiaccio.
Si noti che anche l'acqua "surriscaldata" rimane liquida anche se riscaldata al di sopra del suo punto di ebollizione.
3. 19 stati d'acqua
Senza esitazione, nomina quanti stati diversi ha l'acqua? Se hai risposto a tre: solido, liquido, gassoso, allora ti sbagli. Gli scienziati distinguono almeno 5 diversi stati dell'acqua in forma liquida e 14 stati in forma congelata.
Ricordi la conversazione sull'acqua super-refrigerata? Quindi, qualunque cosa tu faccia, a -38°C, anche l'acqua super raffreddata più pura si trasformerà improvvisamente in ghiaccio. Cosa succede quando la temperatura scende ulteriormente? A -120°C, all'acqua comincia ad accadere qualcosa di strano: diventa super viscosa o viscosa, come la melassa, e a temperature inferiori a -135°C, si trasforma in acqua "vetrosa" o "vetrosa", una sostanza solida che manca di struttura cristallina.
4. L'acqua sorprende i fisici
A livello molecolare, l'acqua è ancora più sorprendente. Nel 1995, un esperimento di diffusione dei neutroni condotto dagli scienziati ha dato risultato inaspettato: I fisici hanno scoperto che i neutroni puntati sulle molecole d'acqua "vedono" il 25% in meno di protoni di idrogeno del previsto.
Si è scoperto che alla velocità di un attosecondo (10 -18 secondi) si verifica un insolito effetto quantistico e formula chimica l'acqua invece di H2O diventa H1.5O!
5. Memoria dell'acqua
L'omeopatia, un'alternativa alla medicina ufficiale, afferma che una soluzione diluita medicinale può avere un effetto terapeutico sull'organismo, anche se il fattore di diluizione è così grande che nella soluzione non rimangono altro che molecole d'acqua. I fautori dell'omeopatia spiegano questo paradosso con un concetto chiamato "memoria dell'acqua", secondo il quale l'acqua a livello molecolare ha una "memoria" della sostanza una volta disciolta in essa e conserva le proprietà della soluzione della concentrazione originaria dopo non una al suo interno rimane una singola molecola dell'ingrediente.
Un team internazionale di scienziati guidato dalla professoressa Madeleine Ennis della Queen's University di Belfast, che ha criticato i principi dell'omeopatia, ha condotto un esperimento nel 2002 per smentire il concetto una volta per tutte. Il risultato è stato il contrario. Successivamente, gli scienziati hanno affermato di essere stati in grado di dimostrare la realtà dell'effetto "memoria dell'acqua". Tuttavia, gli esperimenti condotti sotto la supervisione di esperti indipendenti non hanno prodotto risultati. Continuano le controversie sull'esistenza del fenomeno della "memoria dell'acqua".
L'acqua ha molte altre proprietà insolite che non abbiamo trattato in questo articolo. Ad esempio, la densità dell'acqua cambia con la temperatura (la densità del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua)
l'acqua ha una tensione superficiale abbastanza alta
allo stato liquido, l'acqua è una rete complessa e dinamicamente mutevole di ammassi d'acqua, ed è il comportamento degli ammassi che influenza la struttura dell'acqua, ecc.
Puoi leggere queste e molte altre caratteristiche inaspettate dell'acqua nell'articolo "Le proprietà anomale dell'acqua" di Martin Chaplin, professore all'Università di Londra.
Questo è vero, anche se sembra incredibile, perché nel processo di congelamento, l'acqua preriscaldata deve superare la temperatura dell'acqua fredda. Nel frattempo, questo effetto è ampiamente utilizzato: ad esempio, le piste di pattinaggio e gli scivoli vengono riempiti con acqua calda anziché fredda in inverno. Gli esperti consigliano agli automobilisti di versare acqua fredda anziché calda nel serbatoio della lavatrice in inverno. Il paradosso è conosciuto in tutto il mondo come "Effetto Mpemba".
Questo fenomeno fu menzionato un tempo da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes, ma solo nel 1963 i professori di fisica vi prestarono attenzione e cercarono di investigarlo. Tutto è iniziato quando lo scolaro tanzaniano Erasto Mpemba ha notato che il latte zuccherato che usava per fare il gelato si solidificava più velocemente se era preriscaldato e ha suggerito che l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Si è rivolto all'insegnante di fisica per chiarimenti, ma si è limitato a ridere dello studente, dicendo quanto segue: "Questa non è la fisica del mondo, ma la fisica di Mpemba".
Fortunatamente, un giorno Dennis Osborn, un professore di fisica dell'Università di Dar es Salaam, visitò la scuola. E Mpemba si rivolse a lui con la stessa domanda. Il professore era meno scettico, disse che non poteva giudicare ciò che non aveva mai visto e al ritorno a casa chiese al personale di condurre esperimenti appropriati. Sembra che abbiano confermato le parole del ragazzo. In ogni caso, nel 1969, Osborne parlò di lavorare con Mpemba sulla rivista "Ing. FisicaFormazione scolastica". Nello stesso anno, George Kell del Canadian National Research Council ha pubblicato un articolo che descrive il fenomeno in inglese. americanorivistadiFisica».
Ci sono diverse possibili spiegazioni per questo paradosso:
- L'acqua calda evapora più velocemente, riducendo così il suo volume, e un volume d'acqua più piccolo con la stessa temperatura si congela più velocemente. In contenitori ermetici, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
- La presenza del manto nevoso. Il serbatoio dell'acqua calda scioglie la neve sottostante, migliorando così il contatto termico con la superficie di raffreddamento. L'acqua fredda non scioglie la neve sotto di essa. Senza il rivestimento di neve, il contenitore dell'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
- L'acqua fredda inizia a congelare dall'alto, peggiorando così i processi di irraggiamento e convezione del calore, e quindi la perdita di calore, mentre l'acqua calda inizia a congelare dal basso. Con un'ulteriore agitazione meccanica dell'acqua nei contenitori, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
- La presenza di centri di cristallizzazione nell'acqua raffreddata - sostanze disciolte in essa. Con un piccolo numero di tali centri in acqua fredda, la trasformazione dell'acqua in ghiaccio è difficile e anche il suo superraffreddamento è possibile quando rimane allo stato liquido, con una temperatura inferiore allo zero.
Un'altra spiegazione è stata recentemente pubblicata. Il dottor Jonathan Katz (Jonathan Katz) dell'Università di Washington ha studiato questo fenomeno ed è giunto alla conclusione che ruolo importanteè svolto da sostanze disciolte in acqua, che precipitano quando riscaldate.
Sotto disciolto sostanze dott Katz si riferisce ai bicarbonati di calcio e magnesio che si trovano nell'acqua dura. Quando l'acqua viene riscaldata, queste sostanze precipitano, l'acqua diventa "morbida". L'acqua che non è mai stata riscaldata contiene queste impurità ed è "dura". Quando si congela e si formano cristalli di ghiaccio, la concentrazione di impurità nell'acqua aumenta di 50 volte. Questo abbassa il punto di congelamento dell'acqua.
Questa spiegazione non mi sembra convincente, perché. non dobbiamo dimenticare che l'effetto è stato riscontrato negli esperimenti con il gelato e non con l'acqua dura. Molto probabilmente, le cause del fenomeno sono termofisiche e non chimiche.
Finora non è stata ricevuta alcuna spiegazione univoca del paradosso di Mpemba. Devo dire che alcuni scienziati non considerano questo paradosso degno di attenzione. Tuttavia, è molto interessante che un semplice scolaro abbia ottenuto il riconoscimento dell'effetto fisico e guadagnato popolarità grazie alla sua curiosità e perseveranza.
Aggiunto febbraio 2014
La nota è stata scritta nel 2011. Da allora sono comparsi nuovi studi sull'effetto Mpemba e nuovi tentativi di spiegarlo. Così, nel 2012, la Royal Society of Chemistry of Great Britain ha indetto un concorso internazionale per svelare il mistero scientifico "The Mpemba Effect" con un montepremi di 1000 sterline. La scadenza è stata fissata al 30 luglio 2012. Il vincitore è stato Nikola Bregovik del laboratorio dell'Università di Zagabria. Ha pubblicato il suo lavoro, in cui ha analizzato i precedenti tentativi di spiegare questo fenomeno ed è giunto alla conclusione che non erano convincenti. Il modello da lui proposto si basa sulle proprietà fondamentali dell'acqua. Chi è interessato può trovare lavoro su http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp
La ricerca non è finita qui. Nel 2013, i fisici di Singapore hanno teoricamente dimostrato la causa dell'effetto Mepemba. Il lavoro può essere trovato su http://arxiv.org/abs/1310.6514.
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Commenti:
Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14
Perché l'acqua calda evapora più velocemente? Gli scienziati hanno praticamente dimostrato che un bicchiere di acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Gli scienziati non possono spiegare questo fenomeno perché non capiscono l'essenza dei fenomeni: caldo e freddo! Caldo e freddo sono sensazioni fisiche provocate dall'interazione di particelle di Materia, sotto forma di controcompressione di onde magnetiche che si muovono dal lato dello spazio e dal centro della terra. Pertanto, maggiore è la differenza di potenziale di questa tensione magnetica, più veloce è lo scambio di energia effettuato con il metodo della contropenetrazione di un'onda nell'altra. Cioè per diffusione! In risposta al mio articolo, un avversario scrive: 1) "..L'acqua calda evapora PIÙ VELOCEMENTE, per cui ce n'è meno, quindi si congela più velocemente" Domanda! Quale energia fa evaporare l'acqua più velocemente? 2) Nel mio articolo si tratta di un bicchiere, e non di un trogolo di legno, che l'avversario cita come controargomentazione. Cosa non è corretto! Rispondo alla domanda: "PER QUALE RAGIONE L'EVAPORAZIONE DELL'ACQUA IN NATURA?" Le onde magnetiche, che si spostano sempre dal centro della terra nello spazio, vincendo la contropressione delle onde magnetiche di compressione (che si spostano sempre dallo spazio al centro della terra), spruzzano allo stesso tempo particelle d'acqua, poiché si spostano nello spazio , aumentano di volume. Cioè, espandi! In caso di superamento delle onde magnetiche di compressione, questi vapori d'acqua vengono compressi (condensati) e sotto l'influenza di queste forze di compressione magnetica, l'acqua ritorna al suolo sotto forma di precipitazione! Cordiali saluti! Alexey Mishnev. 6 ottobre 2012.
Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19
Cos'è la temperatura La temperatura è il grado di stress elettromagnetico delle onde magnetiche con l'energia di compressione ed espansione. Nel caso di uno stato di equilibrio di queste energie, la temperatura del corpo o della sostanza è in uno stato stabile. Se lo stato di equilibrio di queste energie è disturbato, verso l'energia di espansione, il corpo o la sostanza aumenta nel volume dello spazio. In caso di superamento dell'energia delle onde magnetiche nella direzione di compressione, il corpo o la sostanza diminuisce nel volume dello spazio. Il grado di sollecitazione elettromagnetica è determinato dal grado di espansione o contrazione del corpo di riferimento. Alexey Mishnev.
Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM
Alexey, stai parlando di un articolo che delinea i tuoi pensieri sul concetto di temperatura. Ma nessuno lo ha letto. Per favore dammi un link. In generale, le tue opinioni sulla fisica sono molto peculiari. Non ho mai sentito parlare di "espansione elettromagnetica del corpo di riferimento".
Yuri Kuznetsov , 04.12.2012 12:32
Si propone un'ipotesi che questo sia il lavoro della risonanza intermolecolare e dell'attrazione ponderomotrice tra le molecole da essa generate. In acqua fredda, le molecole si muovono e vibrano in modo casuale, con frequenze diverse. Quando l'acqua viene riscaldata, con un aumento della frequenza di oscillazione, la loro gamma si restringe (la differenza di frequenza dall'acqua calda liquida al punto di vaporizzazione diminuisce), le frequenze di oscillazione delle molecole si avvicinano, a seguito della quale si verifica una risonanza tra le molecole. Una volta raffreddata, questa risonanza viene parzialmente preservata, non si estingue immediatamente. Prova a premere una delle due corde della chitarra che sono in risonanza. Ora lascia andare: la corda inizierà a vibrare di nuovo, la risonanza ripristinerà le sue vibrazioni. Quindi, nell'acqua ghiacciata, le molecole raffreddate esterne cercano di perdere l'ampiezza e la frequenza delle vibrazioni, ma le molecole "calde" all'interno del recipiente "ritraggono" le vibrazioni, agiscono come vibratori e quelle esterne agiscono come risonatori. È tra i vibratori ei risuonatori che sorge l'attrazione ponderomotrice*. Quando la forza ponderomotrice diventa maggiore della forza causata dall'energia cinetica delle molecole (che non solo vibrano, ma si muovono anche linearmente), si verifica una cristallizzazione accelerata - l'"Effetto Mpemba". Il collegamento ponderomotivo è molto instabile, l'effetto Mpemba dipende fortemente da tutti i fattori che lo accompagnano: il volume dell'acqua da congelare, la natura del suo riscaldamento, le condizioni di congelamento, la temperatura, la convezione, le condizioni di scambio termico, la saturazione del gas, la vibrazione della refrigerazione unità, ventilazione, impurità, evaporazione, ecc. Forse anche dall'illuminazione... Pertanto, l'effetto ha molte spiegazioni ed è talvolta difficile da riprodurre. Per lo stesso motivo di "risonanza", l'acqua bollita bolle più velocemente dell'acqua non bollita - la risonanza per qualche tempo dopo l'ebollizione preserva l'intensità delle vibrazioni delle molecole d'acqua (la perdita di energia durante il raffreddamento è principalmente dovuta alla perdita di energia cinetica del movimento lineare delle molecole ). Con un riscaldamento intenso, le molecole del vibratore cambiano ruolo con le molecole del risonatore rispetto al congelamento: la frequenza dei vibratori è inferiore alla frequenza dei risonatori, il che significa che non c'è un'attrazione tra le molecole, ma una repulsione, che accelera la transizione ad un altro stato di aggregazione(coppia).
Vlad, 11.12.2012 03:42
mi ha rotto il cervello...
Anton , 04.02.2013 02:02
1. Questa attrazione ponderomotrice è davvero così grande da influenzare il processo di trasferimento del calore? 2. Questo significa che quando tutti i corpi vengono riscaldati a una certa temperatura, le loro particelle strutturali entrano in risonanza? 3. Perché questa risonanza scompare durante il raffreddamento? 4. È questa la tua ipotesi? Se c'è una fonte, si prega di indicare. 5. Secondo questa teoria, la forma della nave svolgerà un ruolo importante e, se è sottile e piatta, la differenza nel tempo di congelamento non sarà grande, ad es. puoi verificarlo.
Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK
L'acqua fredda ha già atomi di azoto e le distanze tra le molecole d'acqua sono inferiori rispetto all'acqua calda. Cioè, la conclusione: l'acqua calda assorbe gli atomi di azoto più velocemente e allo stesso tempo si congela rapidamente rispetto all'acqua fredda - questo è paragonabile all'indurimento del ferro, poiché l'acqua calda si trasforma in ghiaccio e il ferro caldo si indurisce con un rapido raffreddamento!
Vladimir , 13/03/2013 06:50
o forse questo: la densità dell'acqua calda e del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua fredda, e quindi l'acqua non ha bisogno di cambiare densità, perdendo tempo su questa e si congela.
Alexey Mishnev, 21/03/2013 11:50
Prima di parlare di risonanze, attrazione e vibrazioni delle particelle, è necessario comprendere e rispondere alla domanda: quali forze fanno vibrare le particelle? Dal momento che, senza energia cinetica, non può essere compresso. Senza compressione non ci può essere espansione. Senza espansione, non può esserci energia cinetica! Quando inizi a parlare della risonanza delle corde, per prima cosa hai fatto uno sforzo per far vibrare una di queste corde! Quando si parla di attrazione bisogna prima di tutto indicare la forza che fa attrarre questi corpi! Affermo che tutti i corpi sono compressi dall'energia elettromagnetica dell'atmosfera e che comprime tutti i corpi, le sostanze e le particelle elementari con una forza di 1,33 kg. non per cm2, ma per particella elementare. Poiché la pressione dell'atmosfera non può essere selettiva!Non confonderla con la quantità di forza!
Dodik , 31/05/2013 02:59
Mi sembra che tu abbia dimenticato una verità: "La scienza inizia dove iniziano le misurazioni". Qual è la temperatura dell'acqua "calda"? Qual è la temperatura dell'acqua "fredda"? L'articolo non dice una parola a riguardo. Da questo possiamo concludere: l'intero articolo è una stronzata!
Grigory, 06/04/2013 12:17
Dodik, prima di chiamare un articolo una sciocchezza, bisogna pensare di imparare, almeno un po'. E non solo misurare.
Dmitrij, 24/12/2013 10:57
Le molecole di acqua calda si muovono più velocemente che nell'acqua fredda, per questo c'è un contatto più stretto con ambiente, sembrano assorbire tutto il freddo rallentando velocemente.
Ivan, 10.01.2014 05:53
È sorprendente che un articolo così anonimo sia apparso su questo sito. L'articolo è completamente non scientifico. Sia l'autore che i commentatori in competizione tra loro si sono messi alla ricerca di una spiegazione del fenomeno, senza preoccuparsi di scoprire se il fenomeno viene osservato e, se sì, a quali condizioni. Inoltre, non c'è nemmeno un accordo su ciò che effettivamente osserviamo! Quindi l'autore insiste sulla necessità di spiegare l'effetto del congelamento rapido del gelato caldo, anche se dall'intero testo (e dalle parole "l'effetto è stato scoperto negli esperimenti con il gelato") ne consegue che lui stesso non ha istituito tale esperimenti. Dalle varianti di "spiegazione" del fenomeno elencate nell'articolo si evince che vengono descritti esperimenti completamente diversi, impostati in condizioni diverse con differenti soluzione acquosa. Sia l'essenza delle spiegazioni che il modo congiuntivo in esse contenuto suggeriscono che non è stata effettuata nemmeno una verifica elementare delle idee espresse. Qualcuno ha sentito per caso una storia curiosa e ha espresso casualmente la sua conclusione speculativa. Mi dispiace ma non è fisico Ricerca scientifica, e conversazione in una sala fumatori.
Ivan , 01/10/2014 06:10
Per quanto riguarda i commenti nell'articolo sul riempimento dei rulli con serbatoi di acqua calda e rondella fredda. Tutto è semplice dal punto di vista della fisica elementare. La pista di pattinaggio è piena di acqua calda solo perché gela più lentamente. La pista deve essere livellata e liscia. Prova a riempirlo con acqua fredda: otterrai dossi e "afflussi", perché. l'acqua gelerà _rapidamente_ senza avere il tempo di diffondersi in uno strato uniforme. E quello caldo avrà il tempo di diffondersi in uno strato uniforme e scioglierà i dossi di ghiaccio e neve esistenti. Anche con una lavatrice non è difficile: non ha senso versare acqua pulita nel gelo: si congela sul vetro (anche caldo); e il liquido caldo non congelante può causare la rottura del vetro freddo, inoltre avrà un punto di congelamento aumentato sul vetro a causa dell'evaporazione accelerata degli alcoli sulla strada per il vetro (tutti conoscono ancora il principio del chiaro di luna? - l'alcol evapora, l'acqua rimane).
Ivan , 01/10/2014 06:34
Ma in realtà il fenomeno, è sciocco chiedersi perché due esperimenti diversi in condizioni diverse procedono in modo diverso. Se l'esperimento è impostato in modo pulito, è necessario prendere acqua calda e fredda della stessa composizione chimica: prendiamo acqua bollente prerefrigerata dallo stesso bollitore. Versare in recipienti identici (ad esempio bicchieri a pareti sottili). Non mettiamo sulla neve, ma sulla stessa base uniforme e asciutta, ad esempio un tavolo di legno. E non in un microcongelatore, ma in un termostato sufficientemente voluminoso: ho condotto un esperimento un paio di anni fa in campagna, quando all'esterno c'era un clima gelido stabile, a circa -25°C. L'acqua cristallizza ad una certa temperatura dopo il rilascio del calore di cristallizzazione. L'ipotesi si riduce all'affermazione che l'acqua calda si raffredda più velocemente (questo è vero, secondo la fisica classica, la velocità di trasferimento del calore è proporzionale alla differenza di temperatura), ma mantiene una velocità di raffreddamento aumentata anche quando la sua temperatura è uguale alla temperatura di acqua fredda. La domanda è: in che modo l'acqua che si è raffreddata a una temperatura esterna di +20°C differisce esattamente dalla stessa acqua che si è raffreddata a una temperatura di +20°C un'ora prima, ma in una stanza? La fisica classica (a proposito, basata non sulle chiacchiere in una sala fumatori, ma su centinaia di migliaia e milioni di esperimenti) dice: sì, niente, l'ulteriore dinamica di raffreddamento sarà la stessa (solo l'acqua bollente raggiungerà i +20 punti dopo ). E l'esperimento mostra la stessa cosa: quando c'è già una solida crosta di ghiaccio in un bicchiere di acqua inizialmente fredda, l'acqua calda non ha nemmeno pensato al congelamento. PS Ai commenti di Yuri Kuznetsov. La presenza di un certo effetto si può ritenere accertata quando sono descritte le condizioni per il suo verificarsi e si riproduce stabilmente. E quando abbiamo esperimenti incomprensibili con condizioni sconosciute, è prematuro costruire teorie sulla loro spiegazione e questo non dà nulla dal punto di vista scientifico. P.P.S. Bene, è impossibile leggere i commenti di Alexei Mishnev senza lacrime di emozione: una persona vive in una sorta di mondo immaginario che non ha nulla a che fare con la fisica e gli esperimenti reali.
Grigory, 13/01/2014 10:58
Ivan, ho capito che confuti l'effetto Mpemba? Non esiste, come dimostrano i tuoi esperimenti? Perché è così famoso in fisica e perché molti cercano di spiegarlo?
Ivan , 14/02/2014 01:51
Buon pomeriggio Gregorio! L'effetto di un esperimento messo in scena in modo impuro esiste. Ma, come capisci, questo non è un motivo per cercare nuovi modelli in fisica, ma un motivo per migliorare l'abilità dello sperimentatore. Come ho già notato nei commenti, in tutti i tentativi citati di spiegare "l'effetto Mpemba", i ricercatori non riescono nemmeno ad articolare chiaramente cosa esattamente e in quali condizioni stanno misurando. E vuoi dire che questi sono fisici sperimentali? Non farmi ridere. L'effetto è noto non in fisica, ma in discussioni pseudo-scientifiche su vari forum e blog, di cui ora è il mare. Come un vero e proprio effetto fisico (nel senso come conseguenza di qualche novità leggi fisiche, e non come risultato di un'interpretazione errata o solo di un mito) viene percepito da persone che sono lontane dalla fisica. Quindi non c'è motivo di parlare come un singolo effetto fisico dei risultati di diversi esperimenti impostati in condizioni completamente diverse.
Pavel, 18/02/2014 09:59
hmm, ragazzi... articolo per "Speed Info"... Senza offesa... ;) Ivan ha ragione su tutto...
Gregorio, 19/02/2014 12:50
Ivan, sono d'accordo sul fatto che ora ci sono molti siti pseudo-scientifici che pubblicano materiale sensazionale non verificato.? Del resto, l'effetto di Mpemba è ancora allo studio. Inoltre, gli scienziati delle università stanno effettuando ricerche. Ad esempio, nel 2013 questo effetto è stato studiato da un gruppo di Università della Tecnologia a Singapore. Guarda il link http://arxiv.org/abs/1310.6514. Credono di aver trovato una spiegazione per questo effetto. Non scriverò in dettaglio sull'essenza della scoperta, ma secondo loro l'effetto è associato alla differenza di energie immagazzinate nei legami idrogeno.
Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04
Per tutti coloro che sono interessati alla ricerca sull'effetto Mpemba, ho leggermente integrato il materiale dell'articolo e fornito collegamenti in cui è possibile conoscere gli ultimi risultati (vedi testo). Grazie per i commenti.
Ildar , 24/02/2014 04:12 | non ha senso elencare tutto
Se questo effetto Mpemba ha davvero luogo, allora la spiegazione va cercata, credo, nella struttura molecolare dell'acqua. L'acqua (come ho appreso dalla letteratura scientifica popolare) non esiste come singole molecole di H2O, ma come gruppi di diverse molecole (anche dozzine). Con un aumento della temperatura dell'acqua, la velocità di movimento delle molecole aumenta, i cluster si rompono l'uno contro l'altro e i legami di valenza delle molecole non hanno il tempo di assemblare grandi cluster. Ci vuole un po' più di tempo per formare ammassi che per rallentare la velocità delle molecole. E poiché i cluster sono più piccoli, la formazione del reticolo cristallino è più veloce. In acqua fredda, a quanto pare, grandi ammassi piuttosto stabili impediscono la formazione di un reticolo e ci vuole del tempo per la loro distruzione. Io stesso ho visto in TV un effetto curioso, quando l'acqua fredda che stava tranquillamente in un barattolo è rimasta liquida per diverse ore al freddo. Ma non appena il vaso è stato raccolto, cioè leggermente spostato dal suo posto, l'acqua nel vaso si è immediatamente cristallizzata, è diventata opaca e il vaso è scoppiato. Ebbene, il sacerdote che ha mostrato questo effetto lo ha spiegato con il fatto che l'acqua era consacrata. A proposito, si scopre che l'acqua cambia notevolmente la sua viscosità a seconda della temperatura. Noi, come grandi creature, non ce ne accorgiamo e, a livello di piccoli crostacei (mm e meno), e ancor di più di batteri, la viscosità dell'acqua è un fattore molto significativo. Questa viscosità, credo, sia data anche dalle dimensioni degli ammassi d'acqua.
GRIGIO , 15/03/2014 05:30
tutto ciò che vediamo intorno sono caratteristiche superficiali (proprietà), quindi prendiamo per energia solo ciò che possiamo misurare o provare l'esistenza in qualsiasi modo, altrimenti è un vicolo cieco. Questo fenomeno, l'effetto Mpemba, può essere spiegato solo da una semplice teoria volumetrica che unirà tutti i modelli fisici in un'unica struttura di interazione. in realtà è semplice
Nikita, 06/06/2014 04:27 | auto
ma come fare in modo che l'acqua rimanga fredda e non sia calda quando vai in macchina!
aleksey, 03.10.2014 01:09
Ed ecco un'altra "scoperta", in movimento. L'acqua in una bottiglia di plastica si congela molto più velocemente con un tappo aperto. Per motivi di divertimento, ho sperimentato molte volte in condizioni di forte gelo. L'effetto è evidente. Ciao teorici!
Eugenio , 27/12/2014 08:40
Il principio di un raffreddatore evaporativo. Prendiamo due bottiglie ermeticamente chiuse con acqua fredda e calda. Lo mettiamo al freddo. L'acqua fredda si congela più velocemente. Ora prendiamo le stesse bottiglie con acqua fredda e calda, la apriamo e la mettiamo al freddo. L'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Se prendiamo due bacini con acqua fredda e calda, l'acqua calda si congelerà molto più velocemente. Ciò è dovuto al fatto che aumentiamo il contatto con l'atmosfera. Più intensa è l'evaporazione, più veloce è l'abbassamento della temperatura. Qui è necessario menzionare il fattore di umidità. Più bassa è l'umidità, più forte è l'evaporazione e più forte è il raffreddamento.
grigio TOMSK, 03/01/2015 10:55
GREY, 15.03.2014 05:30 - continua Quello che sai sulla temperatura non è tutto. C'è qualcos'altro. Se componi correttamente un modello fisico della temperatura, diventerà la chiave per descrivere i processi energetici dalla diffusione, fusione e cristallizzazione a scale come un aumento della temperatura con un aumento della pressione, un aumento della pressione con un aumento della temperatura. Anche il modello fisico dell'energia del Sole risulterà chiaro da quanto sopra. Sono in inverno. . all'inizio della primavera del 20013, dopo aver esaminato i modelli di temperatura, ho compilato un modello generale di temperatura. Dopo un paio di mesi, mi sono ricordato del paradosso della temperatura, e poi ho capito... che il mio modello di temperatura descrive anche il paradosso di Mpemba. Era maggio - giugno 2013. Un anno di ritardo, ma è meglio così. Il mio modello fisico è un fermo immagine e può essere fatto scorrere sia in avanti che all'indietro e ha le capacità motorie dell'attività, l'attività stessa in cui tutto si muove. Ho 8 classi di scuola e 2 anni di college con una ripetizione dell'argomento. Sono passati 20 anni. Quindi non posso attribuire nessun tipo di modello fisico a scienziati famosi, così come formule. Mi dispiace così tanto.
Andrey , 08.11.2015 08:52
In generale, ho un'idea del motivo per cui l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. E nelle mie spiegazioni è tutto molto semplice se sei interessato allora scrivimi una mail: [email protetta]
Andrey, 08.11.2015 08:58
Scusa, ho dato la casella di posta sbagliata, ecco l'e-mail corretta: [email protetta]
Victor , 23/12/2015 10:37
Mi sembra che tutto sia più semplice, la neve cade con noi, è gas evaporato, raffreddato, quindi magari nel gelo si raffredda più velocemente caldo perché evapora e cristallizza subito lontano dal salire, e l'acqua allo stato gassoso si raffredda più velocemente che allo stato liquido )
Bekzhan , 28/01/2016 09:18
Anche se qualcuno rivelasse queste leggi del mondo che sono associate a questo effetto, non scriverebbe qui. Dal mio punto di vista, non sarebbe logico svelare i suoi segreti agli utenti di Internet quando può pubblicarli su famose riviste scientifiche e dimostrarlo lui stesso davanti alla gente.Quindi, quello che verrà scritto su questo effetto qui, tutta questa maggioranza non è logico.)))
Alex , 22/02/2016 12:48
Ciao sperimentatori Hai ragione nel dire che la scienza inizia dove... non le misurazioni, ma i calcoli. "Esperimento" - argomento eterno e indispensabile per chi è privato dell'Immaginazione e del Pensiero Lineare Offeso tutti, ora nel caso di E \u003d mc2 - ricordano tutti? La velocità delle molecole che volano dall'acqua fredda nell'atmosfera determina la quantità di energia che portano via dall'acqua (raffreddamento - perdita di energia) La velocità delle molecole dall'acqua calda è molto più alta e l'energia trasportata è al quadrato (il tasso di raffreddamento della massa d'acqua rimanente) Questo è tutto, se si esce dalla "sperimentazione" e si ricordano le basi della scienza
Vladimir , 25/04/2016 10:53 | Meteo
In quei giorni in cui l'antigelo era una rarità, l'acqua del sistema di raffreddamento delle auto in un garage non riscaldato di un parco auto veniva scaricata dopo una giornata di lavoro per non sbrinare il blocco cilindri o il radiatore, a volte entrambi insieme. L'acqua calda è stata versata al mattino. In caso di forte gelo, i motori si sono avviati senza problemi. In qualche modo, a causa della mancanza di acqua calda, l'acqua veniva versata dal rubinetto. L'acqua si è congelata immediatamente. L'esperimento è stato costoso, esattamente quanto costa acquistare e sostituire il blocco cilindri e il radiatore di un'auto ZIL-131. Chi non crede, controlli. e Mpemba hanno sperimentato il gelato. Nel gelato, la cristallizzazione procede in modo diverso rispetto all'acqua. Prova a mordere un pezzo di gelato e un pezzo di ghiaccio con i denti. Molto probabilmente non si è congelato, ma si è addensato a causa del raffreddamento. E l'acqua dolce, calda o fredda, si congela a 0*C. L'acqua fredda è veloce, ma l'acqua calda ha bisogno di tempo per raffreddarsi.
Vagabondo , 06.05.2016 12:54 | ad Alessio
"c" - velocità della luce nel vuoto E=mc^2 - formula che esprime l'equivalenza di massa ed energia
Alberto , 27/07/2016 08:22
Innanzitutto, un'analogia con corpi solidi(non c'è processo di evaporazione). Tubi dell'acqua in rame recentemente saldati. Il processo avviene riscaldando il bruciatore a gas alla temperatura di fusione della saldatura. Il tempo di riscaldamento di un giunto con il raccordo è di circa un minuto. Ho saldato un giunto con il raccordo e dopo un paio di minuti mi sono accorto di aver saldato male. Ci è voluto un po' per far scorrere il tubo nel raccordo. Ho ricominciato a riscaldare il giunto con un bruciatore e, sorprendentemente, ci sono voluti 3-4 minuti per riscaldare il giunto fino al punto di fusione. Come mai!? Dopotutto, il tubo è ancora caldo e sembrerebbe che serva molta meno energia per riscaldarlo fino al punto di fusione, ma tutto si è rivelato essere il contrario. Riguarda la conducibilità termica, che è molto più alta per un tubo già riscaldato e il confine tra il tubo caldo e quello freddo è riuscito a spostarsi lontano dalla giunzione in due minuti. Ora riguardo all'acqua. Opereremo con i concetti di nave calda e semiriscaldata. In un recipiente caldo, si forma uno stretto confine di temperatura tra le particelle calde, altamente mobili e quelle fredde e lente, che si spostano in modo relativamente rapido dalla periferia al centro, perché a questo confine particelle veloci rinunciano rapidamente alla loro energia (raffreddamento) dalle particelle dall'altra parte del confine. Poiché il volume delle particelle fredde esterne è maggiore, le particelle veloci, dando loro energia termica, non può riscaldare in modo significativo le particelle fredde esterne. Pertanto, il processo di raffreddamento dell'acqua calda avviene in tempi relativamente brevi. L'acqua semiriscaldata, invece, ha una conduttività termica molto più bassa e la larghezza del confine tra particelle semiriscaldate e fredde è molto più ampia. Lo spostamento al centro di un confine così ampio avviene molto più lentamente che nel caso di una nave calda. Di conseguenza, un recipiente caldo si raffredda più velocemente di uno caldo. Penso che sia necessario tracciare in dinamica il processo di raffreddamento dell'acqua di diverse temperature posizionando diversi sensori di temperatura dal centro al bordo del vaso.
Massimo , 19/11/2016 05:07
È stato verificato: a Yamal, nel gelo, un tubo con l'acqua calda gela e deve essere riscaldato, ma non freddo!
Artem, 09.12.2016 01:25
È difficile, ma penso che l'acqua fredda sia più densa dell'acqua calda, anche meglio dell'acqua bollita, e quindi c'è un'accelerazione nel raffreddamento, ad es. l'acqua calda raggiunge la temperatura fredda e la supera, e dato che l'acqua calda gela dal basso e non dall'alto come scritto sopra, questo accelera molto il processo!
Aleksandr Sergeev, 21.08.2017 10:52
Non esiste un tale effetto. Ahimè. Nel 2016 è stato pubblicato su Nature un articolo dettagliato sull'argomento: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Da esso si evince che se gli esperimenti vengono eseguiti con attenzione (se i campioni di acqua calda e fredda sono lo stesso in tutto tranne la temperatura), l'effetto non viene osservato.
Headlab, 22/08/2017 05:31
Victor , 27/10/2017 03:52
"È davvero." - se la scuola non ha capito cosa sono la capacità termica e la legge di conservazione dell'energia. È facile da controllare - per questo sono necessari: un desiderio, una testa, le mani, l'acqua, un frigorifero e una sveglia. E le piste di pattinaggio, come scrivono gli esperti, sono ghiacciate (riempite) con acqua fredda e con acqua calda livellano il ghiaccio tagliato. E in inverno è necessario versare il liquido antigelo nel serbatoio della lavatrice, non l'acqua. L'acqua si congelerà comunque e l'acqua fredda si congelerà più velocemente.
Irina , 23/01/2018 10:58
Gli scienziati di tutto il mondo hanno lottato con questo paradosso sin dai tempi di Aristotele e Viktor, Zavlab e Sergeev si sono rivelati i più intelligenti.
Denis , 02/01/2018 08:51
Tutto è a posto nell'articolo. Ma il motivo è un po' diverso. Nel processo di ebollizione, l'aria disciolta in essa viene evaporata dall'acqua, quindi, man mano che l'acqua bollente si raffredda, la sua densità sarà inferiore a quella dell'acqua grezza della stessa temperatura. Non ci sono altri motivi per una diversa conduttività termica tranne che per la diversa densità.
Headlab, 03/01/2018 08:58 | laboratorio di testa
Irina :), gli "scienziati di tutto il mondo" non combattono questo "paradosso", per i veri scienziati questo "paradosso" semplicemente non esiste - questo è facilmente verificabile in condizioni ben riproducibili. Il "paradosso" è apparso a causa degli esperimenti irriproducibili del ragazzo africano Mpemba ed è stato gonfiato da "scienziati" simili :)
miroland, 23/03/2019 07:20
un ragazzo tanzaniano che vive nel cuore dell'Africa, che, molto probabilmente, non ha mai visto la neve nei suoi occhi... ;-D Non confondo niente???)))
Sergey , 14/04/2019 02:02
Prendiamo due elastici, allunghiamo entrambi e uno è più grande dell'altro (un'analogia con l'energia interna dell'acqua fredda e calda), allo stesso tempo rilasciamo un'estremità degli elastici. Quale gomma si restringe più velocemente?
Artanis , 05/08/2019 03:34
Ho appena avuto questa esperienza da solo. Ho messo nel congelatore due tazze identiche di acqua calda e fredda. Quello freddo si è congelato molto più velocemente. Quello caldo era ancora un po' caldo. Cosa c'è di sbagliato nella mia esperienza?
Headlab, 05/09/2019 06:21 |
Artanis, Per la tua esperienza, "tutto bene" :) - L'"effetto Mpemba" non esiste con un esperimento eseguito correttamente, che assicura l'identità delle condizioni di raffreddamento per volumi d'acqua identici solo con diverse temperature iniziali. Congratulazioni: ti sei spostato dalla parte della luce, della ragione e del trionfo delle leggi fisiche di base e hai iniziato ad allontanarti dalla "setta Mpemba" e dai fan dei video di YouTube nello stile di "ciò su cui ci hanno mentito durante le lezioni di fisica " ... :)
Moiseeva N.P. , 16/05/2019 04:30 | cap. editore
Hai ragione, molto dipende dalle condizioni dell'esperimento. Ma se l'effetto non fosse stato osservato affatto, non ci sarebbero ricerche e pubblicazioni su riviste serie. Hai letto la nota fino alla fine? Non si fa menzione di video di YouTube qui.
Headlab, 08/06/2019 05:26 | SlavOilGas-SudNordovestVostok-SintzQualunque cosa
Natalya Petrovna, stiamo vivendo in un'era di "crisi di riproducibilità" nella scienza, quando, per aumentare l'indice di citazione sotto lo slogan "pubblica o muori", gli "scienziati sfortunati" preferiscono competere nell'inventare teorie folli per comprovare ovviamente dati sperimentali dubbi invece di spendere un po' di tempo e risorse per verificare questi dati prima di dedicarsi a un articolo puramente teorico. Un esempio di tali "scienziati sfortunati" sono solo i "fisici di Singapore" che hai menzionato nell'articolo: la loro pubblicazione non contiene i propri dati sperimentali, ma solo semplici argomenti teorici sulla possibile influenza del fenomeno astruso "O: HO Bond Anomalous Relaxation" sul processo di congelamento anomalo dell'acqua, osservato sia da Francis Bacon che da René Descartes e persino da Aristotele già nel 350 a.C. ... E personalmente, sono molto contento che Nikola Bregovic dell'Università di Zagabria abbia ricevuto il suo premio di 1000 sterline dalla Royal Society of Chemistry of Great Britain dopo aver misurato risultati abbastanza spiegabili fisicamente senza alcuna anomalia su una buona attrezzatura in condizioni riproducibili e interrogato come misure goffe ragazzo Mpemba ei suoi adepti e l'adeguatezza di chi ha cercato di portare una "base teorica" sotto questi esperimenti goffi.
Effetto Mpemba(paradosso di Mpemba) - un paradosso che afferma che l'acqua calda in determinate condizioni congela più velocemente dell'acqua fredda, sebbene debba superare la temperatura dell'acqua fredda durante il processo di congelamento. Questo paradosso è un fatto sperimentale che contraddice le idee abituali, secondo cui, nelle stesse condizioni, un corpo più caldo ha bisogno di più tempo per raffreddarsi a una certa temperatura di un corpo più freddo per raffreddarsi alla stessa temperatura.
Questo fenomeno fu notato all'epoca da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes, ma solo nel 1963 lo scolaro tanzaniano Erasto Mpemba scoprì che una miscela di gelato calda si congela più velocemente di una fredda.
Come studente del Magamba Scuola superiore in Tanzania lo fece Erasto Mpemba lavoro pratico nelle arti culinarie. Doveva fare il gelato fatto in casa: far bollire il latte, sciogliervi lo zucchero, raffreddarlo a temperatura ambiente e poi metterlo in frigorifero a congelare. Apparentemente, Mpemba non era uno studente particolarmente diligente e procrastinava nella prima parte dell'incarico. Temendo di non essere in tempo alla fine della lezione, mise in frigorifero il latte ancora caldo. Con sua sorpresa, gelò anche prima del latte dei suoi compagni, preparato secondo una determinata tecnologia.
Successivamente, Mpemba ha sperimentato non solo il latte, ma anche l'acqua normale. In ogni caso, già studente della Mkwawa High School, ha chiesto dell'acqua al professor Dennis Osborne dell'University College di Dar es Salaam (invitato dal direttore della scuola a tenere una lezione di fisica agli studenti): "Se prendi due contenitori identici con uguali volumi d'acqua in modo che in uno di essi l'acqua abbia una temperatura di 35 ° C e nell'altro - 100 ° C e mettili nel congelatore, quindi nel secondo l'acqua si congelerà più velocemente. Come mai? Osborne si interessò a questo problema e presto nel 1969, insieme a Mpemba, pubblicarono i risultati dei loro esperimenti sulla rivista "Physics Education". Da allora, si chiama l'effetto che hanno scoperto Effetto Mpemba.
Finora nessuno sa esattamente come spiegare questo strano effetto. Gli scienziati non hanno una sola versione, anche se ce ne sono molte. Riguarda la differenza nelle proprietà dell'acqua calda e fredda, ma non è ancora chiaro quali proprietà svolgano un ruolo in questo caso: la differenza di superraffreddamento, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o l'effetto dei gas liquefatti sull'acqua durante diverse temperature.
Il paradosso dell'effetto Mpemba è che il tempo durante il quale il corpo si raffredda alla temperatura ambiente deve essere proporzionale alla differenza di temperatura tra questo corpo e l'ambiente. Questa legge è stata stabilita da Newton e da allora è stata confermata molte volte nella pratica. Nello stesso effetto, l'acqua a 100°C si raffredda fino a 0°C più velocemente della stessa quantità di acqua a 35°C.
Tuttavia, questo non implica ancora un paradosso, poiché l'effetto Mpemba può essere spiegato anche all'interno della fisica nota. Ecco alcune spiegazioni per l'effetto Mpemba:
Evaporazione
L'acqua calda evapora più velocemente dal contenitore, riducendo così il suo volume, e un volume d'acqua più piccolo con la stessa temperatura si congela più velocemente. L'acqua riscaldata a 100°C perde il 16% della sua massa quando viene raffreddata a 0°C.
L'effetto di evaporazione è un doppio effetto. In primo luogo, si riduce la massa d'acqua necessaria per il raffreddamento. E in secondo luogo, la temperatura diminuisce a causa del fatto che il calore di evaporazione del passaggio dalla fase acquosa alla fase vapore diminuisce.
differenza di temperatura
A causa del fatto che la differenza di temperatura tra l'acqua calda e l'aria fredda è maggiore, quindi lo scambio di calore in questo caso è più intenso e l'acqua calda si raffredda più velocemente.
ipotermia
Quando l'acqua viene raffreddata al di sotto di 0 C, non sempre si congela. In determinate condizioni, può subire un superraffreddamento pur continuando a rimanere liquido a temperature inferiori al punto di congelamento. In alcuni casi, l'acqua può rimanere liquida anche a -20°C.
La ragione di questo effetto è che affinché i primi cristalli di ghiaccio inizino a formarsi, sono necessari centri di formazione dei cristalli. Se non sono in acqua liquida, il superraffreddamento continuerà fino a quando la temperatura non scende abbastanza da consentire la formazione spontanea di cristalli. Quando inizieranno a formarsi nel liquido superraffreddato, inizieranno a crescere più velocemente, formando una granita di ghiaccio che si congelerà per formare ghiaccio.
L'acqua calda è più suscettibile all'ipotermia perché riscaldandola elimina i gas disciolti e le bolle, che a loro volta possono fungere da centri per la formazione di cristalli di ghiaccio.
Perché l'ipotermia fa congelare l'acqua calda più velocemente? Nel caso di acqua fredda, non superraffreddata, si verifica quanto segue. In questo caso, sulla superficie della nave si formerà un sottile strato di ghiaccio. Questo strato di ghiaccio fungerà da isolante tra l'acqua e l'aria fredda e impedirà un'ulteriore evaporazione. La velocità di formazione dei cristalli di ghiaccio in questo caso sarà inferiore. Nel caso di acqua calda sottoposta a sottoraffreddamento, l'acqua sottoraffreddata non presenta uno strato protettivo superficiale di ghiaccio. Pertanto, perde calore molto più velocemente attraverso la parte superiore aperta.
Quando il processo di superraffreddamento termina e l'acqua si congela, si perde molto più calore e quindi si forma più ghiaccio.
Molti ricercatori di questo effetto considerano l'ipotermia il fattore principale nel caso dell'effetto Mpemba.
Convezione
L'acqua fredda inizia a congelare dall'alto, peggiorando così i processi di irraggiamento e convezione del calore, e quindi la perdita di calore, mentre l'acqua calda inizia a congelare dal basso.
Questo effetto è spiegato da un'anomalia nella densità dell'acqua. L'acqua ha una densità massima a 4 C. Se si raffredda l'acqua a 4 C e la si mette a una temperatura più bassa, lo strato superficiale dell'acqua si congelerà più velocemente. Poiché quest'acqua è meno densa dell'acqua a 4°C, rimarrà in superficie, formando un sottile strato freddo. In queste condizioni, sulla superficie dell'acqua si formerà per un breve periodo un sottile strato di ghiaccio, ma questo strato di ghiaccio fungerà da isolante proteggendo gli strati inferiori dell'acqua, che rimarranno ad una temperatura di 4 C. Pertanto , l'ulteriore raffreddamento sarà più lento.
Nel caso dell'acqua calda, la situazione è completamente diversa. Lo strato superficiale dell'acqua si raffredderà più rapidamente a causa dell'evaporazione e di una maggiore differenza di temperatura. Inoltre, gli strati di acqua fredda sono più densi degli strati di acqua calda, quindi lo strato di acqua fredda affonderà, sollevando lo strato di acqua calda in superficie. Questa circolazione d'acqua assicura un rapido abbassamento della temperatura.
Ma perché questo processo non raggiunge il punto di equilibrio? Per spiegare l'effetto Mpemba da questo punto di vista della convezione, sarebbe necessario assumere che gli strati d'acqua fredda e calda siano separati e che il processo di convezione stesso continui dopo che la temperatura media dell'acqua scende al di sotto di 4 C.
Tuttavia, non ci sono prove sperimentali a sostegno di questa ipotesi che gli strati di acqua fredda e calda siano separati per convezione.
gas disciolti in acqua
L'acqua contiene sempre gas disciolti in essa - ossigeno e diossido di carbonio. Questi gas hanno la capacità di abbassare il punto di congelamento dell'acqua. Quando l'acqua viene riscaldata, questi gas vengono rilasciati dall'acqua a causa della loro solubilità in acqua alta temperatura qui di seguito. Pertanto, quando l'acqua calda viene raffreddata, ci sono sempre meno gas disciolti in essa rispetto all'acqua fredda non riscaldata. Pertanto, il punto di congelamento dell'acqua riscaldata è più alto e si congela più velocemente. Questo fattore è talvolta considerato il principale nella spiegazione dell'effetto Mpemba, sebbene non ci siano dati sperimentali che lo confermino.
Conduttività termica
Questo meccanismo può svolgere un ruolo significativo quando l'acqua viene collocata in un frigorifero congelatore in piccoli contenitori. In queste condizioni si è osservato che il contenitore con acqua calda scioglie sotto di sé il ghiaccio del congelatore, migliorando così il contatto termico con la parete del congelatore e la conducibilità termica. Di conseguenza, il calore viene rimosso dal contenitore dell'acqua calda più velocemente che da quello freddo. A sua volta, un contenitore con acqua fredda non scioglie la neve sotto di esso.
Tutte queste (così come altre) condizioni sono state studiate in molti esperimenti, ma non è stata ottenuta una risposta univoca alla domanda - quale di esse fornisce una riproduzione del 100% dell'effetto Mpemba - non è stata ottenuta.
Così, ad esempio, nel 1995, il fisico tedesco David Auerbach ha studiato l'influenza del superraffreddamento dell'acqua su questo effetto. Scoprì che l'acqua calda, raggiungendo uno stato superraffreddato, congela a una temperatura più alta dell'acqua fredda, e quindi più veloce di quest'ultima. Ma l'acqua fredda raggiunge lo stato superraffreddato più velocemente dell'acqua calda, compensando così il ritardo precedente.
Inoltre, i risultati di Auerbach contraddicevano i dati precedenti secondo cui l'acqua calda è in grado di ottenere un maggiore superraffreddamento grazie a un minor numero di centri di cristallizzazione. Quando l'acqua viene riscaldata, i gas disciolti in essa vengono rimossi da essa e quando viene bollita precipitano alcuni sali disciolti in essa.
Finora si può affermare solo una cosa: la riproduzione di questo effetto dipende essenzialmente dalle condizioni in cui viene condotto l'esperimento. Proprio perché non sempre viene riprodotto.
O. V. Mosin
Letterariofonti:
"L'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Perché lo fa?", Jearl Walker in The Amateur Scientist, Scientific American, vol. 237, n. 3, pp. 246-257; Settembre 1977.
"Il congelamento dell'acqua calda e fredda", G.S. Kell in American Journal of Physics, vol. 37, n. 5, pp. 564-565; maggio 1969.
"Supercooling e l'effetto Mpemba", David Auerbach, in American Journal of Physics, vol. 63, n. 10, pp. 882-885; ottobre 1995.
"L'effetto Mpemba: i tempi di congelamento dell'acqua calda e fredda", Charles A. Knight, in American Journal of Physics, vol. 64, n. 5, pag 524; Maggio 1996.
L'acqua è uno dei liquidi più sorprendenti al mondo, che ha proprietà insolite. Ad esempio, il ghiaccio - uno stato solido di liquido, ha un peso specifico inferiore all'acqua stessa, il che ha reso possibile l'emergere e lo sviluppo della vita sulla Terra in molti modi. Inoltre, nel mondo quasi scientifico, e in effetti scientifico, ci sono discussioni su quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda. Chiunque dimostri un congelamento più rapido di un liquido caldo in determinate condizioni e sostanzia scientificamente la sua decisione riceverà un premio di £ 1.000 dalla Royal Society of Chemists britannica.
Sfondo
Il fatto che, in una serie di condizioni, l'acqua calda sia prima dell'acqua fredda in termini di tasso di congelamento, è stato notato già nel Medioevo. Francis Bacon e René Descartes si sono impegnati molto per spiegare questo fenomeno. Tuttavia, dal punto di vista dell'ingegneria del calore classica, questo paradosso non può essere spiegato e hanno cercato di tacere timidamente. L'impulso per la continuazione della disputa fu una storia alquanto curiosa accaduta allo scolaro tanzaniano Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) nel 1963. Una volta, durante una lezione di preparazione di dolci in una scuola di cucina, un ragazzo, distratto da altre cose, non fece in tempo a raffreddare il composto di gelato e mise nel congelatore una soluzione di zucchero nel latte caldo. Con sua sorpresa, il prodotto si è raffreddato un po' più velocemente dei suoi compagni praticanti che hanno osservato il regime di temperatura per fare il gelato.
Cercando di capire l'essenza del fenomeno, il ragazzo si è rivolto a un insegnante di fisica, che, senza entrare nei dettagli, ha ridicolizzato i suoi esperimenti culinari. Tuttavia Erasto si distinse per invidiabile perseveranza e continuò i suoi esperimenti non più sul latte, ma sull'acqua. Si è assicurato che in alcuni casi l'acqua calda si congeli più velocemente dell'acqua fredda.
Entrato all'Università di Dar es Salaam, Erasto Mpembe ha frequentato una conferenza del professor Dennis G. Osborne. Dopo la laurea, lo studente ha sconcertato lo scienziato con il problema del tasso di congelamento dell'acqua a seconda della sua temperatura. DG Osborne ha ridicolizzato la posa stessa della domanda, affermando con disinvoltura che qualsiasi perdente sa che l'acqua fredda si congelerà più velocemente. Tuttavia, si è fatta sentire la naturale tenacia del giovane. Fece una scommessa con il professore, proponendosi di condurre una prova sperimentale qui, in laboratorio. Erasto ha messo due contenitori d'acqua nel congelatore, uno a 35°C (95°F) e l'altro a 100°C (212°F). Qual è stata la sorpresa del professore e dei "fan" circostanti quando l'acqua nel secondo contenitore si è congelata più velocemente. Da allora, questo fenomeno è stato chiamato il "paradosso di Mpemba".
Tuttavia, ad oggi non esiste un'ipotesi teorica coerente che spieghi il "paradosso di Mpemba". Non è chiaro quali fattori esterni Composizione chimica acqua, la presenza di gas e minerali disciolti in essa influisce sulla velocità di congelamento dei liquidi a diverse temperature. Il paradosso dell '"Effetto Mpemba" è che contraddice una delle leggi scoperte da I. Newton, che afferma che il tempo di raffreddamento dell'acqua è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra il liquido e l'ambiente. E se tutti gli altri liquidi sono completamente soggetti a questa legge, l'acqua in alcuni casi è un'eccezione.
Perché l'acqua calda si congela più velocemente?T
Esistono diverse versioni del motivo per cui l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. I principali sono:
- l'acqua calda evapora più velocemente, mentre il suo volume diminuisce e un volume minore di liquido si raffredda più velocemente - quando l'acqua viene raffreddata da + 100 ° С a 0 ° С, le perdite di volume durante pressione atmosferica raggiungere il 15%;
- l'intensità dello scambio termico tra il liquido e l'ambiente è maggiore, maggiore è la differenza di temperatura, quindi la perdita di calore dell'acqua bollente passa più velocemente;
- quando l'acqua calda si raffredda, sulla sua superficie si forma una crosta di ghiaccio che impedisce al liquido di congelarsi ed evaporare completamente;
- ad alta temperatura dell'acqua avviene la sua miscelazione per convezione, riducendo il tempo di congelamento;
- i gas disciolti nell'acqua abbassano il punto di congelamento, assorbendo energia per la formazione dei cristalli - non ci sono gas disciolti nell'acqua calda.
Tutte queste condizioni sono state sottoposte a ripetute verifiche sperimentali. In particolare, lo scienziato tedesco David Auerbach ha scoperto che la temperatura di cristallizzazione dell'acqua calda è leggermente superiore a quella dell'acqua fredda, il che consente di congelare la prima più rapidamente. Tuttavia, in seguito i suoi esperimenti sono stati criticati e molti scienziati sono convinti che "l'effetto Mpemba" su cui l'acqua si congela più velocemente - calda o fredda, può essere riprodotto solo in determinate condizioni, che nessuno ha finora cercato e concretizzato.
Quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, è influenzata da molti fattori, ma la domanda stessa sembra un po' strana. Resta inteso, ed è noto dalla fisica, che l'acqua calda ha ancora bisogno di tempo per raffreddarsi alla temperatura di un'acqua fredda comparabile per trasformarsi in ghiaccio. questa fase può essere saltata e, di conseguenza, vince in tempo.
Ma la risposta alla domanda su quale acqua si congela più velocemente - fredda o calda - sulla strada nel gelo, lo sa qualsiasi abitante delle latitudini settentrionali. In effetti, scientificamente, risulta che in ogni caso l'acqua fredda deve semplicemente congelare più velocemente.
Così ha fatto l'insegnante di fisica, che nel 1963 è stato avvicinato dallo scolaro Erasto Mpemba con la richiesta di spiegare perché la miscela fredda del futuro gelato si congela più a lungo di una simile, ma calda.
"Questa non è fisica mondiale, ma una specie di fisica Mpemba"
A quel tempo, l'insegnante rideva solo di questo, ma Deniss Osborne, un professore di fisica, che un tempo frequentava la stessa scuola dove studiava Erasto, confermò sperimentalmente l'esistenza di un tale effetto, sebbene allora non vi fosse alcuna spiegazione per questo . Nel 1969, nel popolare giornale scientifico pubblicò un articolo congiunto di queste due persone che descrissero questo peculiare effetto.
Da allora, a proposito, la questione di quale acqua si congela più velocemente - calda o fredda, ha il suo nome - l'effetto, o paradosso, Mpemba.
La domanda è in giro da molto tempo
Naturalmente, un tale fenomeno si è già verificato in precedenza ed è stato menzionato nei lavori di altri scienziati. Non solo lo scolaro era interessato a questa domanda, ma René Descartes e persino Aristotele ci hanno pensato una volta.
Questo è solo l'approccio per risolvere questo paradosso che ha cominciato a guardare solo alla fine del ventesimo secolo.
Condizioni perché si verifichi un paradosso
Come con il gelato, non è solo la normale acqua che si congela durante l'esperimento. Devono essere presenti determinate condizioni per iniziare a discutere quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda. Cosa influenza questo processo?
Ora, nel 21° secolo, sono state avanzate diverse opzioni che possono spiegare questo paradosso. Quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, può dipendere dal fatto che ha un tasso di evaporazione maggiore rispetto all'acqua fredda. Pertanto, il suo volume diminuisce e, con una diminuzione del volume, il tempo di congelamento diventa più breve che se prendiamo un volume iniziale simile di acqua fredda.
Il congelatore è stato a lungo sbrinato
Quale acqua si congela più velocemente, e perché lo fa, può essere influenzato dal rivestimento di neve che potrebbe essere presente nel congelatore del frigorifero utilizzato per l'esperimento. Se si prendono due contenitori identici nel volume, ma uno di essi avrà acqua calda e l'altro acqua fredda, il contenitore con acqua calda scioglierà la neve sotto di esso, migliorando così il contatto del livello termico con la parete del frigorifero. Un contenitore di acqua fredda non può farlo. Se non c'è un tale rivestimento con la neve nel frigorifero, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
Alto - basso
Inoltre, il fenomeno per cui l'acqua si congela più velocemente, calda o fredda, è spiegato come segue. Seguendo alcune leggi, l'acqua fredda inizia a congelare dagli strati superiori, quando l'acqua calda fa il contrario: inizia a congelare dal basso verso l'alto. Si scopre che l'acqua fredda, avendo uno strato freddo sopra con ghiaccio già formato in alcuni punti, compromette così i processi di convezione e radiazione termica, spiegando così quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda. È allegata una foto di esperimenti amatoriali, e qui è chiaramente visibile.
Il calore si spegne, tendendo verso l'alto, e lì incontra uno strato molto freddo. Non c'è un percorso libero per la radiazione di calore, quindi il processo di raffreddamento diventa difficile. L'acqua calda non ha assolutamente tali barriere sul suo cammino. Che si congela più velocemente - freddo o caldo, da cui dipende il probabile esito, puoi ampliare la risposta dicendo che qualsiasi acqua ha determinate sostanze disciolte al suo interno.
Impurità nella composizione dell'acqua come fattore che influenza il risultato
Se non imbroglia e usi acqua con la stessa composizione, in cui le concentrazioni di determinate sostanze sono identiche, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente. Ma se si verifica una situazione in cui il dissolto elementi chimici disponibile solo in acqua calda, mentre l'acqua fredda non li ha, quindi c'è la possibilità che l'acqua calda si congeli prima. Ciò è spiegato dal fatto che le sostanze disciolte nell'acqua creano centri di cristallizzazione e, con un piccolo numero di questi centri, la trasformazione dell'acqua in uno stato solido è difficile. Anche il superraffreddamento dell'acqua è possibile, nel senso che a temperature sotto lo zero sarà allo stato liquido.
Ma tutte queste versioni, a quanto pare, non si sono adattate agli scienziati fino alla fine e hanno continuato a lavorare su questo problema. Nel 2013, un team di ricercatori di Singapore ha affermato di aver risolto l'antico mistero.
Un gruppo di scienziati cinesi afferma che il segreto di questo effetto risiede nella quantità di energia immagazzinata tra le molecole d'acqua nei suoi legami, chiamati legami a idrogeno.
La risposta degli scienziati cinesi
Seguiranno ulteriori informazioni, per la cui comprensione è necessario avere alcune conoscenze di chimica per capire quale acqua si congela più velocemente: calda o fredda. Come sapete, è costituito da due atomi di H (idrogeno) e un atomo di O (ossigeno) tenuti insieme da legami covalenti.
Ma gli atomi di idrogeno di una molecola sono anche attratti dalle molecole vicine, dalla loro componente di ossigeno. Questi legami sono chiamati legami a idrogeno.
Allo stesso tempo, vale la pena ricordare che allo stesso tempo le molecole d'acqua agiscono in modo repulsivo l'una sull'altra. Gli scienziati hanno notato che quando l'acqua viene riscaldata, la distanza tra le sue molecole aumenta e ciò è facilitato dalle forze repulsive. Si scopre che occupando una distanza tra le molecole allo stato freddo, si può dire che si allungano e hanno una maggiore fornitura di energia. È questa riserva di energia che viene rilasciata quando le molecole d'acqua iniziano ad avvicinarsi l'una all'altra, cioè si verifica il raffreddamento. Si scopre che una maggiore fornitura di energia nell'acqua calda, e il suo maggiore rilascio quando viene raffreddata a temperature inferiori allo zero, si verifica più velocemente che nell'acqua fredda, che ha una fornitura minore di tale energia. Quindi quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda? Per strada e in laboratorio dovrebbe verificarsi il paradosso di Mpemba e l'acqua calda dovrebbe trasformarsi in ghiaccio più velocemente.
Ma la questione è ancora aperta
C'è solo una conferma teorica di questo indizio: tutto questo è scritto in bellissime formule e sembra plausibile. Ma quando i dati sperimentali, che l'acqua gela più velocemente, calda o fredda, saranno messi in senso pratico e saranno presentati i loro risultati, allora sarà possibile considerare chiusa la questione del paradosso di Mpemba.