Proprietățile apei nu încetează să-i uimească pe oamenii de știință. Apa este o substanță destul de simplă din punct de vedere chimic, dar, în același timp, are o serie de proprietăți neobișnuite care nu încetează să uimească oamenii de știință. Mai jos sunt câteva fapte despre care puțini oameni le știu.

1. Care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte?

Luați două recipiente cu apă: turnați apă fierbinte într-unul și apă rece în celălalt și puneți-le la congelator. Apa fierbinte va îngheța mai repede decât apa rece, deși în mod logic, apa rece ar fi trebuit să se transforme mai întâi în gheață: la urma urmei, apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească la temperatura rece și apoi să se transforme în gheață, în timp ce apă rece nu este nevoie să se răcească. De ce se întâmplă asta?

În 1963, un student din Tanzania pe nume Erasto B. Mpemba, în timp ce congela un amestec de înghețată preparat, a observat că amestecul fierbinte se solidifica mai repede în congelator decât cel rece. Când tânărul și-a împărtășit descoperirea cu un profesor de fizică, a râs doar de el. Din fericire, elevul a fost persistent și l-a convins pe profesor să efectueze un experiment, care i-a confirmat descoperirea: în anumite condiții apa fierbinteîntr-adevăr îngheață mai repede decât rece.

Acum, acest fenomen de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece se numește efectul Mpemba. Adevărat, cu mult înaintea lui, această proprietate unică a apei a fost remarcată de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes.

Oamenii de știință nu înțeleg pe deplin natura acestui fenomen, explicându-l fie prin diferența de hipotermie, evaporare, formare a gheții, convecție, fie prin efectul gazelor lichefiate asupra apei calde și reci.

2. Este capabilă să înghețe instantaneu

Toată lumea știe că apa se transformă întotdeauna în gheață când se răcește la 0°C...cu excepția unor cazuri! Un astfel de caz este, de exemplu, suprarăcirea, care este proprietatea apei foarte pure de a rămâne lichidă chiar și atunci când este răcită sub punctul de îngheț. Acest fenomen devine posibil datorită faptului că mediul nu conține centre de cristalizare sau nuclee care ar putea provoca formarea de cristale de gheață. Și astfel apa rămâne în formă lichidă, chiar și atunci când este răcită la temperaturi sub zero grade Celsius.

Procesul de cristalizare poate fi declanșat, de exemplu, de bule de gaz, impurități (poluare), suprafața neuniformă a recipientului. Fără ele, apa va rămâne înăuntru stare lichida. Când începe procesul de cristalizare, puteți urmări cum apa super-răcită se transformă instantaneu în gheață.

Rețineți că apa „supraîncălzită” rămâne, de asemenea, lichidă chiar și atunci când este încălzită peste punctul său de fierbere.

3. 19 stări ale apei

Numește fără ezitare câte stări diferite are apa? Dacă ai răspuns la trei: solid, lichid, gazos, atunci te înșeli. Oamenii de știință disting cel puțin 5 stări diferite ale apei în formă lichidă și 14 stări în formă înghețată.

Îți amintești conversația despre apa super-răcită? Deci, indiferent ce faci, la -38°C, chiar și cea mai pură apă super-răcită se va transforma brusc în gheață. Ce se întâmplă când temperatura scade și mai mult? La -120°C, ceva ciudat începe să se întâmple apei: devine super-vâscoasă sau vâscoasă, precum melasa, iar la temperaturi sub -135°C, se transformă în apă „sticlă” sau „sticoasă” – o substanță solidă care lipsit de structură cristalină.

4. Apa îi surprinde pe fizicieni

La nivel molecular, apa este și mai surprinzătoare. În 1995, un experiment de împrăștiere a neutronilor condus de oameni de știință a dat rezultat neașteptat: Fizicienii au descoperit că neutronii care vizează moleculele de apă „văd” cu 25% mai puțini protoni de hidrogen decât se aștepta.

S-a dovedit că la viteza de o attosecundă (10 -18 secunde) are loc un efect cuantic neobișnuit și formula chimica apa in loc de H2O devine H1.5O!

5. Memoria apei

Homeopatia, o alternativă la medicina oficială, susține că o soluție diluată medicament poate avea un efect terapeutic asupra organismului, chiar dacă factorul de diluție este atât de mare încât nu mai rămâne nimic în soluție decât molecule de apă. Susținătorii homeopatiei explică acest paradox printr-un concept numit „memoria apei”, conform căruia apa la nivel molecular are o „memorie” a substanței odată dizolvată în ea și păstrează proprietățile soluției concentrației inițiale după nu o o singură moleculă a ingredientului rămâne în ea.

O echipă internațională de oameni de știință condusă de profesorul Madeleine Ennis de la Universitatea Queen din Belfast, care a criticat principiile homeopatiei, a efectuat un experiment în 2002 pentru a infirma conceptul odată pentru totdeauna. Rezultatul a fost invers. După aceea, oamenii de știință au spus că au reușit să demonstreze realitatea efectului de „memorie a apei”. Cu toate acestea, experimentele efectuate sub supravegherea experților independenți nu au adus rezultate. Continuă disputele cu privire la existența fenomenului „memoriei apei”.

Apa are multe alte proprietăți neobișnuite pe care nu le-am tratat în acest articol. De exemplu, densitatea apei se modifică cu temperatura (densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei)

apa are o tensiune superficială destul de mare

în stare lichidă, apa este o rețea complexă și în schimbare dinamică de clustere de apă, iar comportamentul clusterelor este cel care afectează structura apei etc.

Despre acestea și multe alte caracteristici neașteptate ale apei puteți citi în articolul „The Anomalous Properties of Water” de Martin Chaplin, profesor la Universitatea din Londra.

Acest lucru este adevărat, deși sună incredibil, deoarece în procesul de înghețare, apa preîncălzită trebuie să treacă de temperatura apei reci. Între timp, acest efect este utilizat pe scară largă.De exemplu, patinoarele și toboganele sunt umplute cu apă caldă în loc de apă rece iarna. Experții îi sfătuiesc pe șoferi să toarne apă rece mai degrabă decât fierbinte în rezervorul de spălat iarna. Paradoxul este cunoscut în întreaga lume ca „Efectul Mpemba”.

Acest fenomen a fost menționat la un moment dat de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963 profesorii de fizică i-au acordat atenție și au încercat să-l investigheze. Totul a început când școlarul tanzanian Erasto Mpemba a observat că laptele îndulcit pe care îl folosea pentru a face înghețata se solidifica mai repede dacă era preîncălzit și a sugerat că apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece. A apelat la profesorul de fizică pentru lămuriri, dar a râs doar de student, spunând următoarele: „Aceasta nu este fizica lumii, ci fizica lui Mpemba”.

Din fericire, Dennis Osborn, profesor de fizică de la Universitatea din Dar es Salaam, a vizitat școala într-o zi. Și Mpemba s-a întors către el cu aceeași întrebare. Profesorul a fost mai puțin sceptic, a spus că nu poate judeca ceea ce nu a văzut niciodată și, la întoarcerea acasă, a cerut personalului să efectueze experimente adecvate. Se pare că au confirmat cuvintele băiatului. În orice caz, în 1969, Osborne a vorbit despre lucrul cu Mpemba în revista „Ing. FizicăEducaţie". În același an, George Kell de la Canadian National Research Council a publicat un articol care descrie fenomenul în limba engleză. americanJurnaldeFizică».

Există mai multe explicații posibile pentru acest paradox:

• Apa fierbinte se evaporă mai repede, reducându-și astfel volumul, iar un volum mai mic de apă la aceeași temperatură îngheață mai repede. În recipiente etanșe, apa rece ar trebui să înghețe mai repede.
• Prezența căptușelii de zăpadă. Recipientul de apă caldă topește zăpada de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu suprafața de răcire. Apa rece nu topește zăpada sub ea. Fără căptușeală de zăpadă, recipientul cu apă rece ar trebui să înghețe mai repede.
• Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos. Odată cu agitarea mecanică suplimentară a apei din recipiente, apa rece ar trebui să înghețe mai repede.
• Prezența centrelor de cristalizare în apa răcită - substanțe dizolvate în ea. Cu un număr mic de astfel de centre în apă rece, transformarea apei în gheață este dificilă și chiar și suprarăcirea acesteia este posibilă atunci când rămâne în stare lichidă, având o temperatură sub zero.

O altă explicație a fost publicată recent. Dr. Jonathan Katz (Jonathan Katz) de la Universitatea din Washington a investigat acest fenomen și a ajuns la concluzia că rol important este jucat de substanțe dizolvate în apă, care precipită la încălzire.
Sub dizolvat substante dr Katz se referă la bicarbonații de calciu și magneziu găsiți în apa dură. Când apa este încălzită, aceste substanțe precipită, apa devine „moale”. Apa care nu a fost niciodată încălzită conține aceste impurități și este „dură”. Pe măsură ce îngheață și se formează cristale de gheață, concentrația de impurități din apă crește de 50 de ori. Acest lucru scade punctul de îngheț al apei.

Această explicație nu mi se pare convingătoare, pentru că. nu trebuie să uităm că efectul a fost găsit în experimente cu înghețată, și nu cu apă tare. Cel mai probabil, cauzele fenomenului sunt termofizice, și nu chimice.

Până acum, nu a fost primită o explicație clară a paradoxului Mpemba. Trebuie să spun că unii oameni de știință nu consideră acest paradox demn de atenție. Cu toate acestea, este foarte interesant faptul că un școlar simplu a obținut recunoașterea efectului fizic și a câștigat popularitate datorită curiozității și perseverenței sale.

Adăugat în februarie 2014

Nota a fost scrisă în 2011. De atunci, au apărut noi studii asupra efectului Mpemba și noi încercări de a-l explica. Așadar, în 2012, Societatea Regală de Chimie din Marea Britanie a anunțat un concurs internațional pentru a dezvălui misterul științific „Efectul Mpemba” cu un fond de premii de 1000 de lire sterline. Termenul limită a fost stabilit pe 30 iulie 2012. Câștigătorul a fost Nikola Bregovik de la laboratorul Universității din Zagreb. Și-a publicat lucrarea, în care a analizat încercările anterioare de a explica acest fenomen și a ajuns la concluzia că nu sunt convingătoare. Modelul propus de el se bazează pe proprietățile fundamentale ale apei. Cei interesați pot găsi un loc de muncă la http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Cercetarea nu s-a încheiat aici. În 2013, fizicienii din Singapore au demonstrat teoretic cauza efectului Mepemba. Lucrarea poate fi găsită la http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Articole similare de pe site:

Alte articole ale secțiunii

Comentarii:

Alexei Mișnev. , 06.10.2012 04:14

De ce apa fierbinte se evaporă mai repede? Oamenii de știință au demonstrat practic că un pahar cu apă fierbinte îngheață mai repede decât apa rece. Oamenii de știință nu pot explica acest fenomen pentru că nu înțeleg esența fenomenelor: căldură și frig! Căldura și frigul sunt senzații fizice cauzate de interacțiunea particulelor de Materie, sub formă de contracompresie a undelor magnetice care se deplasează dinspre spațiul și din centrul pământului. Prin urmare, cu cât diferența de potențial a acestei tensiuni magnetice este mai mare, cu atât schimbul de energie se realizează mai rapid prin metoda contrapenetrării unei unde în alta. Adica prin difuzie! Ca răspuns la articolul meu, un adversar scrie: 1) „..Apa fierbinte se evaporă MAI RAPID, drept urmare este mai puțină, deci îngheață mai repede” Întrebare! Ce energie face ca apa să se evapore mai repede? 2) În articolul meu, vorbim despre un pahar, și nu despre un jgheab de lemn, pe care adversarul îl citează ca contraargument. Ce nu este corect! Răspund la întrebarea: „DIN CE MOTIVE SE EVAPORĂ APA ÎN NATURĂ?” Undele magnetice, care se deplasează întotdeauna din centrul pământului în spațiu, depășind contrapresiunea undelor de compresie magnetice (care se deplasează întotdeauna din spațiu în centrul pământului), în același timp, pulverizează particule de apă, de când s-au mutat în spațiu , acestea cresc în volum. Adică extinde-te! In cazul depasirii undelor magnetice de compresie, acesti vapori de apa sunt comprimati (condensati) si sub influenta acestor forte de compresie magnetica apa revine in pamant sub forma de precipitatii! Cu sinceritate! Alexei Mișnev. 6 octombrie 2012.

Alexei Mișnev. , 06.10.2012 04:19

Ce este temperatura. Temperatura este gradul de stres electromagnetic al undelor magnetice cu energia de compresie și expansiune. În cazul unei stări de echilibru a acestor energii, temperatura corpului sau substanței este într-o stare stabilă. Dacă starea de echilibru a acestor energii este perturbată, spre energia de expansiune, corpul sau substanța crește în volumul spațiului. În cazul depășirii energiei undelor magnetice în direcția compresiei, corpul sau substanța scade în volumul spațiului. Gradul de stres electromagnetic este determinat de gradul de dilatare sau contracție a corpului de referință. Alexei Mișnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, vorbești despre un articol care îți conturează părerile despre conceptul de temperatură. Dar nimeni nu a citit-o. Vă rog să-mi dați un link. În general, părerile tale despre fizică sunt foarte ciudate. Nu am auzit niciodată de „expansiunea electromagnetică a corpului de referință”.

Yuri Kuznetsov , 04.12.2012 12:32

Se propune o ipoteză că aceasta este lucrarea rezonanței intermoleculare și a atracției ponderomotive între molecule generate de aceasta. În apa rece, moleculele se mișcă și vibrează aleatoriu, cu frecvențe diferite. Când apa este încălzită, cu o creștere a frecvenței de oscilație, domeniul lor se îngustează (diferența de frecvență de la apa fierbinte lichidă până la punctul de vaporizare scade), frecvențele de oscilație ale moleculelor se apropie unele de altele, în urma căreia apare o rezonanță. între molecule. Când este răcită, această rezonanță se păstrează parțial, nu se stinge imediat. Încercați să apăsați una dintre cele două corzi de chitară care sunt în rezonanță. Acum dați drumul - coarda va începe să vibreze din nou, rezonanța își va restabili vibrațiile. Deci, în apa înghețată, moleculele răcite exterioare încearcă să piardă amplitudinea și frecvența vibrațiilor, dar moleculele „calde” din interiorul vasului „trag” vibrațiile înapoi, acționează ca vibratoare, iar cele exterioare acționează ca rezonatoare. Între vibratoare și rezonatoare apare atracția ponderomotivă*. Când forța ponderomotoare devine mai mare decât forța cauzată de energia cinetică a moleculelor (care nu doar vibrează, ci și se mișcă liniar), are loc o cristalizare accelerată - „Efectul Mpemba”. Conexiunea ponderomotoare este foarte instabilă, efectul Mpemba depinde puternic de toți factorii însoțitori: volumul de apă care trebuie înghețată, natura încălzirii acesteia, condițiile de îngheț, temperatura, convecția, condițiile de schimb de căldură, saturația gazului, vibrația frigiderului. unitate, ventilație, impurități, evaporare etc. Poate chiar de la iluminare... Prin urmare, efectul are o mulțime de explicații și uneori este greu de reprodus. Din același motiv de „rezonanță”, apa fiartă fierbe mai repede decât apa nefiartă - rezonanța pentru o perioadă de timp după fierbere păstrează intensitatea vibrațiilor moleculelor de apă (pierderea de energie în timpul răcirii se datorează în principal pierderii de energie cinetică a mișcării liniare a moleculelor). ). Cu încălzire intensă, moleculele vibratoare își schimbă rolurile cu moleculele rezonatoare în comparație cu înghețarea - frecvența vibratoarelor este mai mică decât frecvența rezonatoarelor, ceea ce înseamnă că nu există o atracție între molecule, ci o repulsie, care accelerează tranziția. altcuiva starea de agregare(pereche).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Mi-a rupt creierul...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Este această atracție ponderomotivă într-adevăr atât de mare încât afectează procesul de transfer de căldură? 2. Înseamnă aceasta că atunci când toate corpurile sunt încălzite la o anumită temperatură, particulele lor structurale intră în rezonanță? 3. De ce această rezonanță dispare la răcire? 4. Aceasta este presupunerea ta? Dacă există o sursă, vă rugăm să indicați. 5. Conform acestei teorii, forma vasului va juca un rol important, iar dacă este subțire și plat, atunci diferența de timp de înghețare nu va fi mare, adică. il poti verifica.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Apa rece are deja atomi de azot, iar distantele dintre moleculele de apa sunt mai apropiate decat in apa calda. Adică, concluzia: apa fierbinte absoarbe atomii de azot mai repede și, în același timp, îngheață rapid decât apa rece - aceasta este comparabilă cu întărirea fierului, deoarece apa fierbinte se transformă în gheață, iar fierul fierbinte se întărește la răcirea rapidă!

Vladimir , 13.03.2013 06:50

sau poate asta: densitatea apei calde și a gheții este mai mică decât densitatea apei rece și, prin urmare, apa nu trebuie să-și schimbe densitatea, pierzând ceva timp și îngheață.

Alexey Mishnev , 21.03.2013 ora 11:50

Înainte de a vorbi despre rezonanțe, atracție și vibrații ale particulelor, este necesar să înțelegem și să răspundem la întrebarea: Ce forțe fac particulele să vibreze? Din moment ce, fără energie kinetică, nu poate fi comprimat. Fără compresie, nu poate exista expansiune. Fără expansiune, nu poate exista energie cinetică! Când începi să vorbești despre rezonanța corzilor, mai întâi ai făcut un efort ca una dintre aceste corzi să înceapă să vibreze! Când vorbim despre atracție, trebuie în primul rând să indicați forța care face ca aceste corpuri să se atragă! Afirm că toate corpurile sunt comprimate de energia electromagnetică a atmosferei și care comprimă toate corpurile, substanțele și particulele elementare cu o forță de 1,33 kg. nu pe cm2, ci pe particulă elementară.Deoarece presiunea atmosferei nu poate fi selectivă!Nu o confundați cu cantitatea de forță!

Dodik , 31.05.2013 02:59

Mi se pare că ai uitat un adevăr - „Știința începe de unde încep măsurătorile”. Care este temperatura apei „fierbinte”? Care este temperatura apei „rece”? Articolul nu spune un cuvânt despre asta. Din asta putem concluziona - tot articolul este o prostie!

Grigory, 06.04.2013 12:17

Dodik, înainte de a numi un articol prostii, trebuie să te gândești să înveți, măcar puțin. Și nu doar măsura.

Dmitry , 24.12.2013 10:57

Moleculele de apă caldă se mișcă mai repede decât în ​​apa rece, din această cauză există un contact mai strâns cu mediu inconjurator, par să absoarbă tot frigul încetinind rapid.

Ivan, 10.01.2014 05:53

Este surprinzător că pe acest site a apărut un astfel de articol anonim. Articolul este complet neștiințific. Atât autorul, cât și comentatorii care se luptă între ei au pornit în căutarea unei explicații a fenomenului, fără a se deranja să afle dacă fenomenul este observat deloc și, dacă da, în ce condiții. Mai mult, nici măcar nu există un acord cu privire la ceea ce observăm de fapt! Așadar, autorul insistă asupra necesității de a explica efectul înghețarii rapide a înghețatei fierbinți, deși din întregul text (și cuvintele „efectul a fost descoperit în experimente cu înghețată”) rezultă că el însuși nu a înființat astfel de experimente. Din variantele de „explicație” a fenomenului enumerate în articol, se poate observa că sunt descrise experimente complet diferite, puse în aplicare în condiții diferite cu diferite solutii apoase. Atât esența explicațiilor, cât și modul conjunctiv din ele sugerează că nici măcar o verificare elementară a ideilor exprimate nu a fost efectuată. Cineva a auzit din greșeală o poveste curioasă și și-a exprimat fără îndoială concluzia speculativă. Îmi pare rău, dar nu este fizic Cercetare științifică, și conversație într-o cameră de fumat.

Ivan , 01.10.2014 06:10

Referitor la comentariile din articol despre umplerea rolelor cu rezervoare de apă caldă și spălătorie rece. Totul este simplu din punctul de vedere al fizicii elementare. Patinoarul este umplut cu apă fierbinte doar pentru că îngheață mai încet. Patinoarul trebuie să fie plan și neted. Încercați să-l umpleți cu apă rece - veți avea umflături și „influxuri”, pentru că. apa va îngheța _rapid_ fără a avea timp să se răspândească într-un strat uniform. Iar cel fierbinte va avea timp să se răspândească într-un strat uniform și va topi gheața și zăpada existente. Cu o mașină de spălat, nu este, de asemenea, dificil: nu are rost să turnați apă curată în îngheț - îngheață pe sticlă (chiar și fierbinte); iar lichidul fierbinte care nu îngheață poate duce la crăparea sticlei reci, plus că va avea un punct de îngheț crescut pe sticlă din cauza evaporării accelerate a alcoolilor în drumul spre sticlă (știe toată lumea încă principiul strălucirii lunii? - alcoolul se evaporă, rămâne apa).

Ivan , 01.10.2014 06:34

Dar, de fapt, fenomenul, este o prostie să ne întrebăm de ce două experimente diferite în condiții diferite procedează diferit. Dacă experimentul este configurat curat, atunci trebuie să luați apă caldă și rece din aceeași compoziție chimică - luăm apă fierbinte pre-răcită din același ibric. Se toarnă în vase identice (de exemplu, pahare cu pereți subțiri). Am pus nu pe zăpadă, ci pe aceeași bază uniformă, uscată, de exemplu, o masă de lemn. Și nu într-un microcongelator, ci într-un termostat suficient de voluminos - am făcut un experiment în urmă cu câțiva ani în țară, când afară era vreme geroasă stabilă, aproximativ -25C. Apa cristalizează la o anumită temperatură după eliberarea căldurii de cristalizare. Ipoteza se rezumă la afirmația că apa fierbinte se răcește mai repede (acest lucru este adevărat, în conformitate cu fizica clasică, viteza de transfer de căldură este proporțională cu diferența de temperatură), dar menține o viteză de răcire crescută chiar și atunci când temperatura ei este egală cu temperatura. de apă rece. Întrebarea este, cum diferă apa care s-a răcit la o temperatură de +20C afară de exact aceeași apă care s-a răcit la o temperatură de +20C cu o oră înainte, dar într-o cameră? Fizica clasică (apropo, bazată nu pe discuții într-o cameră de fumat, ci pe sute de mii și milioane de experimente) spune: da, nimic, dinamica de răcire ulterioară va fi aceeași (doar apa clocotită va ajunge la punctul +20 mai târziu ). Și experimentul arată același lucru: când există deja o crustă solidă de gheață într-un pahar cu apă inițial rece, apa fierbinte nici măcar nu s-a gândit să înghețe. P.S. La comentariile lui Yuri Kuznetsov. Prezența unui anumit efect poate fi considerată stabilită atunci când sunt descrise condițiile de apariție a acestuia și este reprodus stabil. Și când avem experimente de neînțeles cu condiții necunoscute, este prematur să construim teorii ale explicației lor și asta nu dă nimic din punct de vedere științific. P.P.S. Ei bine, este imposibil să citești comentariile lui Alexei Mishnev fără lacrimi de emoție - o persoană trăiește într-un fel de lume fictivă care nu are nimic de-a face cu fizica și experimentele reale.

Grigory, 13.01.2014 10:58

Ivan, înțeleg că respingi efectul Mpemba? Nu există, așa cum arată experimentele tale? De ce este atât de faimos în fizică și de ce mulți încearcă să o explice?

Ivan , 14.02.2014 01:51

Bună ziua, Gregory! Efectul unui experiment în etape impur există. Dar, după cum înțelegeți, acesta nu este un motiv pentru a căuta noi modele în fizică, ci un motiv pentru a îmbunătăți abilitățile experimentatorului. După cum am remarcat deja în comentarii, în toate încercările menționate de a explica „efectul Mpemba”, cercetătorii nici măcar nu pot articula clar ce anume și în ce condiții măsoară. Și vrei să spui că aceștia sunt fizicieni experimentali? Nu ma face sa rad. Efectul este cunoscut nu în fizică, ci în discuții pseudoștiințifice pe diverse forumuri și bloguri, dintre care marea este acum. Ca efect fizic real (în sensul ca o consecință a unor noi legi fizice, și nu ca urmare a unei interpretări incorecte sau doar a unui mit) este perceput de oameni care sunt departe de fizică. Deci, nu există niciun motiv să vorbim ca un singur efect fizic despre rezultatele diferitelor experimente organizate în condiții complet diferite.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm, băieți... articol pentru „Speed ​​​​Info”... Fără supărare... ;) Ivan are dreptate în toate...

Grigore, 19.02.2014 ora 12:50

Ivan, sunt de acord că există o mulțime de site-uri pseudoștiințifice care publică materiale senzaționale neverificate acum.? La urma urmei, efectul Mpemba este încă studiat. Mai mult, oamenii de știință de la universități fac cercetări. De exemplu, în 2013 acest efect a fost studiat de un grup de Universitatea de Tehnologieîn Singapore. Consultați linkul http://arxiv.org/abs/1310.6514. Ei cred că au găsit o explicație pentru acest efect. Nu voi scrie în detaliu despre esența descoperirii, dar în opinia lor, efectul este asociat cu diferența de energii stocate în legăturile de hidrogen.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Pentru toți cei interesați de cercetarea efectului Mpemba, am completat ușor materialul articolului și am oferit link-uri de unde vă puteți familiariza cu cele mai recente rezultate (vezi textul). Multumesc pentru comentarii.

Ildar , 24.02.2014 04:12 | nu are sens să enumeram totul

Dacă acest efect Mpemba chiar are loc, atunci explicația trebuie căutată, cred, în structura moleculară a apei. Apa (după cum am învățat din literatura de specialitate) nu există ca molecule individuale de H2O, ci ca grupuri de mai multe molecule (chiar zeci). Odată cu creșterea temperaturii apei, viteza de mișcare a moleculelor crește, ciorchinii se rup unul împotriva celuilalt și legăturile de valență ale moleculelor nu au timp să asambla grupuri mari. Este nevoie de puțin mai mult timp pentru a forma clustere decât pentru a încetini viteza moleculelor. Și deoarece clusterele sunt mai mici, formarea rețelei cristaline este mai rapidă. În apă rece, aparent, grupuri mari destul de stabile împiedică formarea unei rețele și este nevoie de ceva timp pentru distrugerea lor. Eu însumi am văzut la televizor un efect curios, când apa rece care stătea liniștită într-un borcan a rămas lichidă câteva ore în frig. Dar de îndată ce borcanul a fost ridicat, adică ușor mutat de la locul său, apa din borcan a cristalizat imediat, a devenit opac și borcanul a izbucnit. Ei bine, preotul care a arătat acest efect a explicat-o prin faptul că apa era sfințită. Apropo, se dovedește că apa își schimbă foarte mult vâscozitatea în funcție de temperatură. Noi, ca ființe mari, nu observăm acest lucru, iar la nivelul crustaceelor ​​mici (mm și mai puțin) și cu atât mai mult bacteriilor, vâscozitatea apei este un factor foarte semnificativ. Această vâscozitate, cred, este dată și de mărimea clusterelor de apă.

GREY , 15.03.2014 05:30

tot ceea ce vedem în jur este caracteristici (proprietăți) superficiale, așa că luăm pentru energie doar ceea ce putem măsura sau dovedi existența în orice fel, altfel este o fundătură. Acest fenomen, efectul Mpemba, poate fi explicat doar printr-o simplă teorie volumetrică care va uni toate modelele fizice într-o singură structură de interacțiune. de fapt este simplu

Nikita, 06.06.2014 04:27 | mașină

dar cum să faci ca apa să rămână rece și să nu fie caldă când mergi în mașină!

alexey, 03.10.2014 01:09

Și iată o altă „descoperire”, din mers. Apa într-o sticlă de plastic îngheață mult mai repede cu un dop deschis. De dragul distracției, am experimentat de multe ori în îngheț sever. Efectul este evident. Salutare teoreticienilor!

Eugen , 27.12.2014 08:40

Principiul unui răcitor prin evaporare. Luăm două sticle închise ermetic cu apă rece și fierbinte. O punem la rece. Apa rece îngheață mai repede. Acum luăm aceleași sticle cu apă rece și fierbinte, o deschidem și o punem la rece. Apa fierbinte va îngheța mai repede decât apa rece. Dacă luăm două lighene cu apă rece și fierbinte, atunci apa fierbinte va îngheța mult mai repede. Acest lucru se datorează faptului că creștem contactul cu atmosfera. Cu cât evaporarea este mai intensă, cu atât scade mai rapid temperatura. Aici este necesar să menționăm factorul de umiditate. Cu cât umiditatea este mai mică, cu atât evaporarea este mai puternică și răcirea este mai puternică.

gri TOMSK, 03.01.2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - continuare Ce știi despre temperatură nu este totul. Mai este ceva. Dacă compuneți corect un model fizic de temperatură, atunci acesta va deveni cheia pentru a descrie procesele energetice de la difuzie, topire și cristalizare la astfel de scale, ca o creștere a temperaturii cu creșterea presiunii, o creștere a presiunii cu o creștere a temperaturii. Chiar și modelul fizic al energiei Soarelui va deveni clar din cele de mai sus. sunt iarna. . la începutul primăverii anului 20013, după ce am analizat modelele de temperatură, am compilat un model general de temperatură. După câteva luni, mi-am amintit de paradoxul temperaturii și apoi mi-am dat seama... că modelul meu de temperatură descrie și paradoxul Mpemba. Aceasta a fost în mai - iunie 2013. Un an întârziere, dar asta e bine. Modelul meu fizic este un cadru înghețat și poate fi derulat atât înainte, cât și înapoi și are abilitățile motorii ale activității, însăși activitatea în care totul se mișcă. Am 8 clase de școală și 2 ani de facultate cu o repetare a subiectului. Au trecut 20 de ani. Deci nu pot atribui nici un fel de modele fizice ale unor oameni de știință celebri, precum și formule. Îmi pare rău.

Andrey , 08.11.2015 08:52

În general, am o idee despre de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Și în explicațiile mele totul este foarte simplu dacă ești interesat atunci scrie-mi un e-mail: [email protected]

Andrei , 08.11.2015 08:58

Îmi pare rău, am dat cutia poștală greșită, iată e-mailul corect: [email protected]

Victor , 23.12.2015 10:37

Mi se pare că totul este mai simplu, cade zăpada cu noi, este gaz evaporat, răcit, deci poate pe îngheț se răcește mai repede fierbinte pentru că se evaporă și se cristalizează imediat departe de a crește, iar apa în stare gazoasă se răcește mai repede decât în ​​lichid. )

Bekzhan , 28.01.2016 09:18

Chiar dacă cineva ar dezvălui aceste legi ale lumii care sunt asociate cu acest efect, el nu ar scrie aici.Din punctul meu de vedere, nu ar fi logic să le dezvăluie internauților secretele sale atunci când le poate publica în reviste științifice celebre și dovedește-l el însuși în fața oamenilor. Deci, ce se va scrie despre acest efect aici, toată această majoritate nu este logică.)))

Alex , 22.02.2016 12:48

Salutare Experimentatori Aveți dreptate când spuneți că Știința începe de unde... nu măsurători, ci calcule. „Experiment” - un argument etern și indispensabil pentru cei lipsiți de imaginație și gândire liniară A jignit pe toată lumea, acum în cazul lui E \u003d mc2 - își amintește toată lumea? Viteza moleculelor care zboară din apa rece în atmosferă determină cantitatea de energie pe care o transportă din apă (răcire - pierdere de energie) Viteza moleculelor din apa fierbinte este mult mai mare, iar energia transportată este la pătrat (rata de răcirea masei de apă rămase) Atât, dacă plecați de la „experimentare” și vă amintiți Bazele științei

Vladimir , 25.04.2016 10:53 | meteo

În acele vremuri când antigelul era o raritate, apa din sistemul de răcire al mașinilor dintr-un garaj neîncălzit al unui parc auto era drenată după o zi de lucru pentru a nu dezgheța blocul cilindric sau radiatorul - uneori ambele împreună. Se turna apă fierbinte dimineața. În îngheț puternic, motoarele au pornit fără probleme. Cumva, din lipsa apei calde, s-a turnat apa de la robinet. Apa a înghețat imediat. Experimentul a fost costisitor - exact cât costă cumpărarea și înlocuirea blocului cilindric și a radiatorului unei mașini ZIL-131. Cine nu crede, să verifice. iar Mpemba a experimentat cu înghețată. În înghețată, cristalizarea are loc diferit decât în ​​apă. Încercați să mușcați o bucată de înghețată și o bucată de gheață cu dinții. Cel mai probabil nu a înghețat, ci s-a îngroșat ca urmare a răcirii. Iar apa dulce, fie că este caldă sau rece, îngheață la 0*C. Apa rece este rapidă, dar apa fierbinte are nevoie de timp pentru a se răci.

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | lui Alex

"c" - viteza luminii în vid E=mc^2 - formula care exprimă echivalența masei și energiei

Albert , 27.07.2016 08:22

În primul rând, o analogie cu corpuri solide(nu există proces de evaporare). Conducte de apa din cupru recent lipite. Procesul are loc prin încălzirea arzătorului cu gaz la temperatura de topire a lipitului. Timpul de încălzire a unei îmbinări cu cuplajul este de aproximativ un minut. Am lipit o îmbinare cu cuplajul și după câteva minute mi-am dat seama că am lipit-o greșit. A durat puțin pentru a derula țeava în cuplaj. Am început să încălzesc îmbinarea din nou cu un arzător și, în mod surprinzător, a durat 3-4 minute pentru a încălzi îmbinarea până la punctul de topire. Cum așa!? La urma urmei, conducta este încă fierbinte și s-ar părea că este nevoie de mult mai puțină energie pentru a o încălzi până la punctul de topire, dar totul s-a dovedit a fi invers. Totul ține de conductibilitatea termică, care este mult mai mare pentru o țeavă deja încălzită și limita dintre țevile încălzite și cele reci a reușit să se deplaseze departe de joncțiune în două minute. Acum despre apă. Vom opera cu conceptele de vas cald și semiîncălzit. Într-un vas fierbinte, se formează o limită de temperatură îngustă între particulele fierbinți, foarte mobile, și cele cu mișcare lentă, reci, care se deplasează relativ rapid de la periferie la centru, deoarece la această limită. particule rapide renunță rapid la energia lor (răcire) de particulele de pe cealaltă parte a graniței. Deoarece volumul particulelor reci exterioare este mai mare, particulele rapide, dând lor energie termală, nu poate încălzi în mod semnificativ particulele reci exterioare. Prin urmare, procesul de răcire a apei calde are loc relativ rapid. Apa semiîncălzită, pe de altă parte, are o conductivitate termică mult mai mică, iar lățimea limitei dintre particulele semiîncălzite și cele reci este mult mai mare. Deplasarea spre centrul unei limite atât de largi are loc mult mai lent decât în ​​cazul unui vas fierbinte. Ca rezultat, un vas fierbinte se răcește mai repede decât unul cald. Cred că este necesar să urmărim procesul de răcire a apei la diferite temperaturi în dinamică prin plasarea mai multor senzori de temperatură de la mijloc până la marginea vasului.

Max , 19.11.2016 05:07

S-a verificat: la Yamal, pe ger, o conducta cu apa calda ingheata si trebuie incalzita, dar nu rece!

Artem, 09.12.2016 01:25

Este greu, dar cred că apa rece este mai densă decât apa fierbinte, chiar mai bună decât apa fiartă, și atunci are loc o accelerare la răcire, adică. apa calda ajunge la temperatura rece si o depaseste, iar avand in vedere ca apa calda ingheata de jos si nu de sus asa cum este scris mai sus, acest lucru accelereaza foarte mult procesul!

Alexandru Sergheev, 21.08.2017 10:52

Nu există un astfel de efect. Vai. În 2016, un articol detaliat pe această temă a fost publicat în Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Din el este clar că dacă experimentele sunt efectuate cu atenție (dacă probele de apă caldă și rece sunt la fel în toate, cu excepția temperaturii), efectul nu este observat.

Headlab, 22.08.2017 05:31

Victor , 27.10.2017 03:52

"Chiar este." - daca scoala nu a inteles ce este capacitatea termica si legea conservarii energiei. Este ușor de verificat - pentru asta ai nevoie de: o dorință, un cap, mâini, apă, un frigider și un ceas cu alarmă. Iar patinoarele, după cum scriu experții, sunt înghețate (umplute) cu apă rece, iar cu apă caldă nivelează gheața tăiată. Și iarna trebuie să turnați lichid antigel în rezervorul spălării, nu apă. Apa va îngheța oricum, iar apa rece va îngheța mai repede.

Irina , 23.01.2018 10:58

Oamenii de știință din întreaga lume se luptă cu acest paradox încă de pe vremea lui Aristotel, iar Viktor, Zavlab și Sergeev s-au dovedit a fi cei mai deștepți.

Denis , 02.01.2018 08:51

Totul este corect în articol. Dar motivul este oarecum diferit. În procesul de fierbere, aerul dizolvat în el este evaporat din apă, prin urmare, pe măsură ce apa clocotită se răcește, ca urmare, densitatea acesteia va fi mai mică decât cea a apei brute de aceeași temperatură. Nu există alte motive pentru o conductivitate termică diferită, cu excepția densității diferite.

Headlab, 03.01.2018 08:58 | sef de laborator

Irina :), „oamenii de știință din întreaga lume” nu luptă cu acest „paradox”, pentru oamenii de știință adevărați acest „paradox” pur și simplu nu există - acest lucru este ușor de verificat în condiții bine reproductibile. „Paradoxul” a apărut datorită experimentelor ireproductibile ale băiatului african Mpemba și a fost umflat de „oameni de știință” similari :)

miroland, 23.03.2019 07:20

un baiat tanzanian care traieste in inima Africii, care, foarte probabil, nu a vazut niciodata zapada in ochi... ;-D Nu incurc nimic ???)))

Serghei , 14.04.2019 02:02

Luăm două benzi elastice, le întindem pe ambele, iar una este mai mare decât cealaltă (o analogie cu energia internă a apei rece și calde), în același timp eliberăm un capăt al benzilor elastice. Care cauciuc se va contracta mai repede?

Artanis , 08.05.2019 03:34

Tocmai am avut această experiență. Am pus la congelator două căni identice de apă caldă și rece. Cel rece a înghețat mult mai repede. Cel fierbinte era încă puțin cald. Ce este greșit în experiența mea?

Headlab, 05.09.2019 06:21 |

Artanis, Din experienta ta, "totul este in regula" :) - "Efectul Mpemba" nu exista la un experiment corect efectuat, care sa asigure identitatea conditiilor de racire pentru volume identice de apa doar cu temperaturi initiale diferite. Felicitări - ați trecut de partea luminii, a rațiunii și a triumfului legilor fizice de bază și ați început să vă îndepărtați de „secta Mpemba” și de fanii videoclipurilor YouTube în stilul „despre ce ne-au mințit la lecțiile de fizică”. „... :)

Moiseeva N.P. , 16.05.2019 04:30 | Ch. editor

Ai dreptate, mult depind de condițiile experimentului. Dar dacă efectul nu ar fi observat deloc, atunci nu ar exista cercetări și publicații în reviste serioase. Ai citit nota până la capăt? Nu există nicio mențiune despre videoclipurile de pe YouTube aici.

Headlab, 08.06.2019 05:26 | SlavOilGas-SouthNorthWestVostok-SintezOrice

Natalya Petrovna, trăim într-o eră a unei „crize de reproductibilitate” în știință, când, pentru a crește indicele de citare sub sloganul „publicați sau pieri”, „nefericiți oameni de știință” preferă să concureze în inventarea de teorii nebunești care să fundamenteze evident. date experimentale dubioase în loc să cheltuiți puțin timp și resurse pentru a verifica aceste date înainte de a ne așeza la un articol pur teoretic. Un exemplu de astfel de „nefericiți oameni de știință” sunt doar „fizicienii din Singapore” pe care i-ați menționat în articol - publicația lor nu conține propriile lor date experimentale, ci doar argumente teoretice simple despre posibila influență a fenomenului abstrus „O: HO”. Relaxare anormală a legăturilor” despre procesul de înghețare anormală a apei, care a fost observat atât de Francis Bacon, cât și de Rene Descartes și chiar de Aristotel încă din 350 de ani î.Hr. ... Și personal, sunt foarte bucuros că Nikola Bregovic de la Universitatea din Zagreb a primit premiul său de 1000 de lire sterline de la Societatea Regală de Chimie a Marii Britanii după ce a măsurat rezultate destul de explicabile din punct de vedere fizic, fără nicio anomalie pe echipamente bune în condiții reproductibile și a pus la îndoială ele ca măsurători stângace băiatul Mpemba și adepții lui și adecvarea celor care au încercat să aducă o „bază teoretică” sub aceste experimente stângace.

Efectul Mpemba(Paradoxul Mpemba) - un paradox care afirmă că apa caldă în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în procesul de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, un corp mai fierbinte are nevoie de mai mult timp pentru a se răci la o anumită temperatură decât un corp mai rece pentru a se răci la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la acea vreme de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a constatat că un amestec de înghețată fierbinte îngheață mai repede decât unul rece.

Ca student la Magamba liceuîn Tanzania, Erasto Mpemba a făcut-o munca practicaîn artele culinare. A trebuit să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a amânat prima parte a sarcinii. De teamă că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus laptele încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după o anumită tehnologie.

După aceea, Mpemba a experimentat nu numai lapte, ci și apă obișnuită. În orice caz, fiind deja elev la liceul Mkwawa, l-a întrebat pe profesorul Dennis Osborne de la University College din Dar es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină o prelegere despre fizică studenților) despre apă: „Dacă iei două recipiente identice cu volume egale de apă, astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă o temperatură de 35 ° C, iar în celălalt - 100 ° C, și puneți-le la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, împreună cu Mpemba, au publicat rezultatele experimentelor lor în revista „Educația fizică”. De atunci, efectul pe care l-au descoperit se numește Efectul Mpemba.

Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și ale apei reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei în timpul temperaturi diferite.

Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care corpul se răcește la temperatura ambiantă trebuie să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În același efect, apa la 100°C se răcește cu 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35°C.

Cu toate acestea, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat și în fizica cunoscută. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100 C își pierde 16% din masă atunci când este răcită la 0 C.

Efectul de evaporare este un efect dublu. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire este redusă. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de vapori scade.

diferenta de temperatura

Datorita faptului ca diferenta de temperatura dintre apa calda si aerul rece este mai mare – deci schimbul de caldura in acest caz este mai intens si apa calda se raceste mai repede.

hipotermie

Când apa este răcită sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire în timp ce continuă să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la -20 C.

Motivul acestui efect este că, pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt în apă lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient de mult încât cristalele să înceapă să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, ele vor începe să crească mai repede, formând un nămol de gheață care va îngheța pentru a forma gheață.

Apa caldă este cel mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele și bulele dizolvate, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață.

De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei rece, care nu este suprarăcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, pe suprafața vasului se va forma un strat subțire de gheață. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde aflate în subrăcire, apa subrăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă.

Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață.

Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este factorul principal în cazul efectului Mpemba.

Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos.

Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are o densitate maximă la 4 C. Dacă răcești apa la 4 C și o pui la o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la 4°C, va rămâne la suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare , răcirea ulterioară va fi mai lentă.

In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai repede din cauza evaporării și a unei diferențe mai mari de temperatură. De asemenea, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii.

Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C.

Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale care să susțină această ipoteză conform căreia straturile reci de apă calde sunt separate prin convecție.

gaze dizolvate în apă

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă la temperatura ridicata de mai jos. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în ​​apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată într-un frigider congelator în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că recipientul cu apă fierbinte topește gheața congelatorului sub el însuși, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată din recipientul cu apă caldă mai repede decât din cel rece. La rândul său, un recipient cu apă rece nu topește zăpada sub el.

Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără echivoc la întrebare - care dintre ele oferă o reproducere 100% a efectului Mpemba - nu a fost obținut.

Deci, de exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat influența suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare de suprarăcire, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece ajunge la starea de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară.

În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte este capabilă să realizeze mai multă suprarăcire datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea.

Până acum, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în esență de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

O. V. Mosin

Literarsurse:

„Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. De ce face asta?”, Jearl Walker în The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, p. 246-257; septembrie 1977.

„Înghețarea apei calde și reci”, G.S. Kell în Jurnalul American de Fizică, Vol. 37, nr. 5, p. 564-565; mai 1969.

„Superrăcirea și efectul Mpemba”, David Auerbach, în American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, p. 882-885; octombrie 1995.

„Efectul Mpemba: timpii de îngheț ai apei calde și reci”, Charles A. Knight, în American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, p. 524; mai 1996.

Apa este unul dintre cele mai uimitoare lichide din lume, care are proprietăți neobișnuite. De exemplu, gheața - o stare solidă de lichid, are o greutate specifică mai mică decât apa însăși, ceea ce a făcut posibilă apariția și dezvoltarea vieții pe Pământ în multe feluri. În plus, în lumea aproape științifică, și într-adevăr în lumea științifică, există discuții despre care apa îngheață mai repede - caldă sau rece. Cine dovedește înghețarea mai rapidă a unui lichid fierbinte în anumite condiții și își justifică științific decizia va primi un premiu de 1.000 de lire sterline de la Societatea Regală Britanică de Chimiști.

fundal

Faptul că, în mai multe condiții, apa caldă este înaintea apei rece în ceea ce privește rata de îngheț, a fost observat încă din Evul Mediu. Francis Bacon și René Descartes au depus mult efort în explicarea acestui fenomen. Cu toate acestea, din punctul de vedere al ingineriei termice clasice, acest paradox nu poate fi explicat și au încercat să-l tacă cu timiditate. Impulsul pentru continuarea disputei a fost o poveste oarecum curioasă care i s-a întâmplat școlarului tanzanian Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) în 1963. Odată, în timpul unei lecții de preparare a deserturilor la o școală de gătit, un băiat, distras de alte lucruri, nu a avut timp să răcească la timp amestecul de înghețată și să pună o soluție de zahăr în lapte fierbinte în congelator. Spre surprinderea lui, produsul s-a răcit ceva mai repede decât colegii săi practicanți care au respectat regimul de temperatură pentru prepararea înghețatei.

Încercând să înțeleagă esența fenomenului, băiatul a apelat la un profesor de fizică, care, fără a intra în detalii, și-a ridiculizat experimentele culinare. Cu toate acestea, Erasto s-a remarcat printr-o perseverență de invidiat și și-a continuat experimentele nu pe lapte, ci pe apă. S-a asigurat că în unele cazuri apa fierbinte îngheață mai repede decât apa rece.

Intrând la Universitatea din Dar es Salaam, Erasto Mpembe a participat la o prelegere susținută de profesorul Dennis G. Osborne. După absolvire, studentul l-a nedumerit pe om de știință cu problema ratei de îngheț a apei în funcție de temperatura acesteia. D.G. Osborne a ridiculizat chiar formularea întrebării, afirmând cu aplomb că orice învins știe că apa rece va îngheța mai repede. Totuși, tenacitatea firească a tânărului s-a făcut simțită. A făcut un pariu cu profesorul, oferindu-se să facă un test experimental aici, în laborator. Erasto a pus două recipiente cu apă în congelator, unul la 95°F (35°C) și celălalt la 212°F (100°C). Care a fost surpriza profesorului și a „fanilor” din jur când apa din al doilea recipient a înghețat mai repede. De atunci, acest fenomen a fost numit „Paradoxul Mpemba”.

Cu toate acestea, până în prezent nu există o ipoteză teoretică coerentă care să explice „Paradoxul Mpemba”. Nu este clar ce factori externi compoziție chimică apă, prezența gazelor dizolvate și a mineralelor în ea afectează viteza de înghețare a lichidelor la diferite temperaturi. Paradoxul „Efectului Mpemba” este că acesta contrazice una dintre legile descoperite de I. Newton, care afirmă că timpul de răcire al apei este direct proporțional cu diferența de temperatură dintre lichid și mediu. Și dacă toate celelalte lichide sunt complet supuse acestei legi, atunci apa în unele cazuri este o excepție.

De ce apa fierbinte îngheață mai repede?T

Există mai multe versiuni ale motivului pentru care apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Principalele sunt:

• apa fierbinte se evaporă mai repede, în timp ce volumul său scade, iar un volum mai mic de lichid se răcește mai repede - când apa este răcită de la + 100 ° С la 0 ° С, pierderile de volum în timpul presiune atmosferică ajunge la 15%;
• intensitatea schimbului de căldură dintre lichid și mediu este cu atât mai mare, cu atât diferența de temperatură este mai mare, astfel încât pierderea de căldură a apei clocotite trece mai repede;
• când apa fierbinte se răcește, pe suprafața ei se formează o crustă de gheață, care împiedică înghețarea și evaporarea completă a lichidului;
• la o temperatură ridicată a apei are loc amestecarea ei prin convecție, reducând timpul de înghețare;
• gazele dizolvate în apă scad punctul de îngheț, luând energie pentru formarea cristalelor - nu există gaze dizolvate în apa fierbinte.

Toate aceste condiții au fost supuse verificărilor experimentale repetate. În special, omul de știință german David Auerbach a descoperit că temperatura de cristalizare a apei calde este puțin mai mare decât cea a apei rece, ceea ce face posibilă înghețarea primei mai rapid. Cu toate acestea, ulterior experimentele sale au fost criticate și mulți oameni de știință sunt convinși că „Efectul Mpemba” despre care apa îngheață mai repede - caldă sau rece, nu poate fi reprodus decât în ​​anumite condiții, pe care nimeni nu le-a căutat și concretizat până acum.

Ce apă îngheață mai repede, fierbinte sau rece, este influențată de mulți factori, dar întrebarea în sine pare puțin ciudată. Se înțelege, și se știe din fizică, că apa fierbinte încă are nevoie de timp pentru a se răci la temperatura apei reci comparabile pentru a se transforma în gheață. această etapă poate fi sărită și, în consecință, ea câștigă în timp.

Dar răspunsul la întrebarea despre care apa îngheață mai repede - rece sau fierbinte - pe stradă în îngheț, știe orice locuitor al latitudinilor nordice. De fapt, din punct de vedere științific, se dovedește că, în orice caz, apa rece pur și simplu trebuie să înghețe mai repede.

La fel a făcut și profesorul de fizică, care a fost abordat de școlarul Erasto Mpemba în 1963 cu o cerere de a explica de ce amestecul rece de viitoare înghețată îngheață mai mult decât unul similar, dar fierbinte.

„Aceasta nu este fizica mondială, ci un fel de fizică Mpemba”

La acea vreme, profesorul râdea doar de asta, dar Deniss Osborne, profesor de fizică, care la un moment dat a mers la aceeași școală în care a studiat Erasto, a confirmat experimental existența unui astfel de efect, deși nu exista o explicație pentru acest lucru atunci. . În 1969, în popular jurnal stiintific a publicat un articol comun al acestor două persoane care a descris acest efect deosebit.

De atunci, apropo, întrebarea care apă îngheață mai repede - caldă sau rece, își are propriul nume - efectul sau paradoxul, Mpemba.

Întrebarea există de mult timp

Desigur, un astfel de fenomen a mai avut loc și a fost menționat în lucrările altor oameni de știință. Nu doar școlarul a fost interesat de această întrebare, ci și Rene Descartes și chiar Aristotel s-au gândit la ea la un moment dat.

Acestea sunt doar abordările pentru rezolvarea acestui paradox au început să se uite abia la sfârșitul secolului al XX-lea.

Condiții pentru a se produce un paradox

Ca și în cazul înghețatei, nu este doar apa obișnuită care îngheață în timpul experimentului. Anumite condiții trebuie să fie prezente pentru a începe să argumentezi care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte. Ce influențează acest proces?

Acum, în secolul XXI, au fost propuse mai multe opțiuni care pot explica acest paradox. Ce apă îngheață mai repede, fierbinte sau rece, poate depinde de faptul că are o rată de evaporare mai mare decât apa rece. Astfel, volumul acestuia scade, iar odata cu scaderea volumului, timpul de congelare devine mai scurt decat daca luam un volum initial similar de apa rece.

Congelatorul a fost dezghețat de mult

Ce apă îngheață mai repede și de ce o face, poate fi afectată de căptușeala de zăpadă care poate fi prezentă în congelatorul frigiderului folosit pentru experiment. Dacă luați două recipiente care au volum identic, dar unul dintre ele va avea apă caldă și celălalt apă rece, recipientul cu apă fierbinte va topi zăpada sub el, îmbunătățind astfel contactul nivelului termic cu peretele frigiderului. Un recipient cu apă rece nu poate face asta. Dacă nu există o astfel de căptușeală cu zăpadă în frigider, apa rece ar trebui să înghețe mai repede.

Sus jos

De asemenea, fenomenul căruia apa îngheață mai repede - caldă sau rece, se explică astfel. Urmând anumite legi, apa rece începe să înghețe din straturile superioare, când apa fierbinte o face invers - începe să înghețe de jos în sus. Se pare că apa rece, având deasupra un strat rece cu gheață deja formată în unele locuri, afectează astfel procesele de convecție și radiație termică, explicând astfel care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte. Este atașată o fotografie din experimentele de amatori și aici este vizibilă clar.

Căldura se stinge, tinzând în sus, și acolo întâlnește un strat foarte răcoros. Nu există o cale liberă pentru radiația de căldură, astfel încât procesul de răcire devine dificil. Apa caldă nu are absolut astfel de bariere în cale. Care îngheață mai repede - rece sau cald, de care depinde rezultatul probabil, puteți extinde răspunsul spunând că orice apă are anumite substanțe dizolvate în ea.

Impuritățile în compoziția apei ca factor care influențează rezultatul

Dacă nu înșelați și folosiți apă cu aceeași compoziție, unde concentrațiile anumitor substanțe sunt identice, atunci apa rece ar trebui să înghețe mai repede. Dar dacă apare o situație când dizolvarea elemente chimice disponibil numai în apă caldă, în timp ce apa rece nu le are, atunci există posibilitatea ca apa caldă să înghețe mai devreme. Acest lucru se explică prin faptul că substanțele dizolvate în apă creează centre de cristalizare, iar cu un număr mic din acești centri, transformarea apei în stare solidă este dificilă. Este posibilă chiar și suprarăcirea apei, în sensul că la temperaturi sub zero aceasta va fi în stare lichidă.

Dar toate aceste versiuni, aparent, nu s-au potrivit oamenilor de știință până la sfârșit și au continuat să lucreze la această problemă. În 2013, o echipă de cercetători din Singapore a spus că au rezolvat misterul vechi.

Un grup de oameni de știință chinezi susțin că secretul acestui efect constă în cantitatea de energie care este stocată între moleculele de apă din legăturile sale, numite legături de hidrogen.

Răspunsul de la oamenii de știință chinezi

Vor urma informații suplimentare, pentru înțelegerea cărora este necesar să aveți niște cunoștințe în chimie pentru a ne da seama care apă îngheață mai repede - caldă sau rece. După cum știți, este format din doi atomi de H (hidrogen) și un atom de O (oxigen) ținuți împreună prin legături covalente.

Dar atomii de hidrogen ai unei molecule sunt atrași și de moleculele vecine, de componenta lor de oxigen. Aceste legături se numesc legături de hidrogen.

În același timp, merită să ne amintim că, în același timp, moleculele de apă acționează respingător unele asupra altora. Oamenii de știință au observat că atunci când apa este încălzită, distanța dintre moleculele sale crește, iar acest lucru este facilitat de forțele de respingere. Se dovedește că ocupând o distanță între molecule în stare rece, se poate spune că acestea se întind și au o rezervă mai mare de energie. Această rezervă de energie este eliberată atunci când moleculele de apă încep să se apropie unele de altele, adică are loc răcirea. Se dovedește că o aprovizionare mai mare de energie în apă caldă și o eliberare mai mare a acesteia atunci când este răcită la temperaturi sub zero, are loc mai repede decât în ​​apa rece, care are o cantitate mai mică de astfel de energie. Deci care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte? Pe stradă și în laborator ar trebui să apară paradoxul Mpemba, iar apa fierbinte să se transforme mai repede în gheață.

Dar întrebarea este încă deschisă

Există doar o confirmare teoretică a acestui indiciu - toate acestea sunt scrise în formule frumoase și par plauzibile. Dar atunci când datele experimentale, care apa îngheață mai repede - caldă sau rece, vor fi puse în sens practic și rezultatele lor vor fi prezentate, atunci va fi posibil să se considere închisă problema paradoxului Mpemba.