Britaniya qirollik kimyo jamiyati baʼzi hollarda sababini ilmiy tushuntira oladigan har bir kishiga 1000 funt sterling miqdorida mukofot taklif qiladi. issiq suv sovuqdan tezroq muzlaydi.

“Zamonaviy ilm-fan haligacha bu oddiy tuyulgan savolga javob bera olmaydi. Muzqaymoq ishlab chiqaruvchilar va barmenlar bu ta'sirni kundalik ishlarida qo'llashadi, ammo bu nima uchun ishlashini hech kim bilmaydi. Bu muammo ming yillar davomida ma'lum bo'lgan, Aristotel va Dekart kabi faylasuflar bu haqda o'ylashgan», - dedi Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyati prezidenti, professor Devid Filips jamiyatning press-relizida.

Afrikalik oshpaz britaniyalik fizika professorini qanday kaltaklagan

Bu aprel hazillari emas, balki qattiq jismoniy haqiqat. Galaktikalar va qora tuynuklarda bemalol ishlaydigan, kvark va bozonlarni izlash uchun ulkan tezlatkichlar quradigan bugungi ilm-fan elementar suvning qanday “ishlashini” tushuntirib bera olmaydi. Maktab darsligida sovuq jismni sovutishdan ko'ra issiq jismni sovutish uchun ko'proq vaqt kerakligi aniq aytilgan. Ammo suv uchun bu qonun har doim ham kuzatilmaydi. Miloddan avvalgi IV asrda Aristotel bu paradoksga e'tibor qaratgan. e. Qadimgi yunon "Meteorologica I" kitobida shunday yozgan: "Suvning oldindan qizdirilishi uning muzlashiga yordam beradi. Shuning uchun, ko'p odamlar issiq suvni tezda sovutmoqchi bo'lganlarida, avval uni quyoshga qo'yishadi ... "O'rta asrlarda Frensis Bekon va Rene Dekart bu hodisani tushuntirishga harakat qilishdi. Afsuski, na buyuk faylasuflar, na klassik termal fizikani ishlab chiqqan ko'plab olimlar bunga erisha olishmadi va shuning uchun bunday noqulay fakt uzoq vaqt davomida "unutilgan".

Va faqat 1968 yilda ular tanzaniyalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba tufayli hech qanday fandan uzoqda "eslashdi". 1963 yilda oshpazlik maktabida o'qiyotganda, 13 yoshli Mpembega muzqaymoq tayyorlash vazifasi topshirilgan. Texnologiyaga ko'ra, sutni qaynatish, undagi shakarni eritib, xona haroratiga qadar sovutish va keyin muzlatish uchun muzlatgichga qo'yish kerak edi. Ko'rinishidan, Mpemba tirishqoq talaba emas edi va ikkilanib qoldi. Dars oxirigacha o‘z vaqtida kelmasligidan qo‘rqib, haligi issiq sutni muzlatgichga qo‘ydi. Ajablanarlisi shundaki, u barcha qoidalarga muvofiq tayyorlangan o'rtoqlarining sutidan ham erta muzlab qoldi.

Mpemba o‘z kashfiyotini fizika o‘qituvchisi bilan baham ko‘rganida, u butun sinf oldida uni masxara qildi. Mpemba haqoratni esladi. Besh yil o'tgach, u Dar es-Salam universitetida talaba bo'lib, mashhur fizik Denis G. Osbornning ma'ruzasida edi. Ma'ruzadan so'ng u olimga savol berdi: "Agar siz bir xil miqdorda suv bo'lgan ikkita bir xil idishni olsangiz, biri 35 ° C (95 ° F), ikkinchisi 100 ° C (212 ° F) da, va qo'ying. ularni muzlatgichda, keyin issiq idishdagi suv tezroq muzlaydi. Nega?" Britaniyalik professorning Tanzaniyadan kelgan bir yigitning savoliga qanday munosabatda bo'lishini tasavvur qilishingiz mumkin. U talabani masxara qildi. Biroq, Mpemba bunday javobga tayyor edi va olimni pul tikishga chaqirdi. Ularning bahsi eksperimental sinov bilan yakunlandi, bu Mpembaning haqligini va Osbornning mag'lubiyatini isbotladi. Shunday qilib, oshpaz talaba o'z ismini fan tarixiga yozdi va bundan buyon bu hodisa "Mpemba effekti" deb nomlanadi. Uni tashlab yuborish, go'yo "yo'q" ishlamayapti deb e'lon qilish. Bu hodisa mavjud va shoir yozganidek, "oyoq bilan tishda emas".

Chang zarralari va erigan moddalar aybdormi?

Yillar davomida ko'pchilik muzlagan suv sirini ochishga harakat qildi. Ushbu hodisa uchun bir qator tushuntirishlar taklif qilingan: bug'lanish, konveksiya, erigan moddalarning ta'siri - ammo bu omillarning hech birini aniq deb hisoblash mumkin emas. Bir qator olimlar butun umrlarini Mpemba effektiga bag'ishladilar. Radiatsiyaviy xavfsizlik boshqarmasi xodimi Davlat universiteti Nyu-York - Jeyms Braunrij - yilda bo'sh vaqt o'n yildan ortiq vaqtdan beri paradoksni o'rganmoqda. Yuzlab tajribalar o'tkazgandan so'ng, olim gipotermiyaning "aybdorligi" haqida dalillarga ega ekanligini da'vo qilmoqda. Braunrijning tushuntirishicha, 0 ° C da suv faqat o'ta sovib ketadi va harorat pastga tushganda muzlay boshlaydi. Muzlash nuqtasi suvdagi aralashmalar bilan tartibga solinadi - ular muz kristallarining hosil bo'lish tezligini o'zgartiradi. Nopokliklar, bular chang zarralari, bakteriyalar va erigan tuzlar, kristallanish markazlari atrofida muz kristallari hosil bo'lganda, o'ziga xos yadrolanish haroratiga ega. Suvda bir vaqtning o'zida bir nechta element mavjud bo'lganda, muzlash nuqtasi eng yuqori yadrolanish harorati bilan belgilanadi.

Tajriba uchun Braunrij bir xil haroratda ikkita suv namunasini oldi va ularni muzlatgichga qo'ydi. U namunalardan biri har doim boshqasidan oldin muzlashini aniqladi - bu, ehtimol, aralashmalarning turli kombinatsiyasi tufayli.

Braunrijning ta'kidlashicha, issiq suv suv va muzlatgich harorati o'rtasidagi katta farq tufayli tezroq soviydi - bu uning muzlashdan oldin muzlash nuqtasiga erishishiga yordam beradi. sovuq suv tabiiy muzlash nuqtasiga etadi, bu kamida 5 ° C pastroqdir.

Biroq, Braunrijning fikri ko'plab savollarni tug'diradi. Shu sababli, Mpemba effektini o'ziga xos tarzda tushuntira oladiganlar Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyatidan ming funt sterling uchun raqobatlashish imkoniyatiga ega.

Mpemba effekti(Mpemba paradoksi) - bu muzlash jarayonida sovuq suv haroratidan o'tishi kerak bo'lsa-da, ma'lum sharoitlarda issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlashini bildiruvchi paradoks. Bu paradoks odatiy g'oyalarga zid bo'lgan eksperimental haqiqat bo'lib, unga ko'ra, xuddi shu sharoitda, issiqroq jismga bir xil haroratgacha sovish uchun sovuqroq jismga qaraganda ma'lum bir haroratgacha sovish uchun ko'proq vaqt kerak bo'ladi.

Bu hodisani o'sha paytda Aristotel, Frensis Bekon va Rene Dekart payqashgan, ammo faqat 1963 yilda tanzaniyalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba issiq muzqaymoq aralashmasi sovuqdan tezroq muzlashini aniqladi.

Magamba shogirdi sifatida o'rta maktab Tanzaniyada Erasto Mpemba shunday qildi amaliy ish pazandachilik san'atida. U uyda muzqaymoq tayyorlashi kerak edi - sutni qaynatib, unda shakarni eritib, xona haroratiga qadar sovutib, keyin muzlatish uchun muzlatgichga qo'ying. Ko'rinishidan, Mpemba unchalik tirishqoq talaba emas edi va topshiriqning birinchi qismini kechiktirdi. Dars oxirigacha o‘z vaqtida kelmasligidan qo‘rqib, haligi issiq sutni muzlatgichga qo‘ydi. Ajablanarlisi shundaki, u ma'lum bir texnologiya bo'yicha tayyorlangan o'rtoqlarining sutidan ham erta muzlab qoldi.

Shundan so'ng Mpemba nafaqat sut, balki oddiy suv bilan ham tajriba o'tkazdi. Qanday bo'lmasin, u Mkvava o'rta maktabida talaba bo'lganida, u Dar-es-Salamdagi Universitet kolleji professori Dennis Osborndan (maktab direktori talabalarga fizika bo'yicha ma'ruza o'qish uchun taklif qilingan) suv haqida so'radi: "Agar siz teng hajmli suvga ega ikkita bir xil idish, shunda ularning birida suv harorati 35 ° C, ikkinchisida - 100 ° C bo'ladi va ularni muzlatgichga qo'ying, keyin ikkinchisida suv tezroq muzlaydi. Nega? Osborn bu masala bilan qiziqdi va tez orada 1969 yilda Mpemba bilan birgalikda ular o'zlarining tajribalari natijalarini "Fizika ta'limi" jurnalida nashr etishdi. O'shandan beri ular kashf etgan effekt deyiladi Mpemba effekti.

Hozirgacha hech kim bu g'alati ta'sirni qanday tushuntirishni aniq bilmaydi. Olimlar ko'p bo'lsa-da, bitta versiyaga ega emaslar. Hammasi issiq va sovuq suvning xossalaridagi farq haqida, lekin bu holatda qaysi xususiyatlar muhim rol o'ynashi hali aniq emas: o'ta sovutish, bug'lanish, muz hosil bo'lish, konvektsiya yoki suyultirilgan gazlarning suvga ta'siri. turli haroratlar.

Mpemba effektining paradoksi shundaki, tananing haroratgacha sovishi vaqti muhit, bu tana va atrof-muhit o'rtasidagi harorat farqiga mutanosib bo'lishi kerak. Bu qonun Nyuton tomonidan o'rnatilgan va shundan beri amalda ko'p marta tasdiqlangan. Xuddi shu ta'sirda, 100 ° C da suv 35 ° C da bir xil miqdordagi suvdan 0 ° C gacha tezroq soviydi.

Biroq, bu hali paradoksni anglatmaydi, chunki Mpemba effekti ma'lum fizikada ham tushuntirilishi mumkin. Mpemba effekti uchun ba'zi tushuntirishlar:

Bug'lanish

Issiq suv idishdan tezroq bug'lanadi va shu bilan uning hajmini pasaytiradi va bir xil haroratga ega bo'lgan kichikroq suv tezroq muzlaydi. 100 C gacha qizdirilgan suv 0 S ga qadar sovutilganda o'z massasining 16% ni yo'qotadi.

Bug'lanish effekti ikki tomonlama ta'sirga ega. Birinchidan, sovutish uchun zarur bo'lgan suv massasi kamayadi. Va ikkinchidan, suv fazasidan bug 'fazasiga o'tishning bug'lanish issiqligining pasayishi tufayli harorat pasayadi.

harorat farqi

Issiq suv va sovuq havo o'rtasidagi harorat farqi kattaroq bo'lganligi sababli - bu holda issiqlik almashinuvi yanada qizg'in va issiq suv tezroq soviydi.

gipotermiya

Suv 0 C dan past sovutilganda, u har doim ham muzlamaydi. Muayyan sharoitlarda u muzlash nuqtasidan past haroratlarda suyuq holatda qolishda davom etar ekan, o'ta sovib ketishi mumkin. Ba'zi hollarda suv -20 C da ham suyuq bo'lib qolishi mumkin.

Bunday ta'sirning sababi shundaki, birinchi muz kristallari shakllana boshlashi uchun kristall hosil bo'lish markazlari kerak. Agar ular suyuq suvda bo'lmasa, u holda kristallar o'z-o'zidan paydo bo'ladigan harorat etarli darajada pasayguncha super sovutish davom etadi. Ular haddan tashqari sovutilgan suyuqlikda shakllana boshlaganda, ular tezroq o'sishni boshlaydilar va muzni hosil qilish uchun muzlashadigan muzli shilimshiqni hosil qiladilar.

Issiq suv gipotermiyaga eng ko'p ta'sir qiladi, chunki uni isitish erigan gazlar va pufakchalarni yo'q qiladi, bu esa o'z navbatida muz kristallarini shakllantirish markazlari bo'lib xizmat qilishi mumkin.

Nima uchun hipotermiya issiq suvning tezroq muzlashiga olib keladi? Haddan tashqari sovutilmagan sovuq suvda quyidagilar yuzaga keladi. Bunday holda, idish yuzasida yupqa muz qatlami hosil bo'ladi. Ushbu muz qatlami suv va sovuq havo o'rtasida izolyator vazifasini bajaradi va keyingi bug'lanishni oldini oladi. Bu holda muz kristallarining hosil bo'lish tezligi kamroq bo'ladi. Issiq suvda to'g'ridan-to'g'ri sovutish holatida, to'liq sovutilgan suv muzning himoya sirt qatlamiga ega emas. Shuning uchun u ochiq tepa orqali issiqlikni tezroq yo'qotadi.

Supercooling jarayoni tugagach va suv muzlaganda, ko'proq issiqlik yo'qoladi va shuning uchun ko'proq muz hosil bo'ladi.

Ushbu ta'sirning ko'plab tadqiqotchilari gipotermiyani Mpemba effekti holatida asosiy omil deb bilishadi.

Konvektsiya

Sovuq suv yuqoridan muzlay boshlaydi, shu bilan issiqlik radiatsiyasi va konvektsiya jarayonlarini yomonlashtiradi va shuning uchun issiqlik yo'qoladi, issiq suv esa pastdan muzlay boshlaydi.

Bu ta'sir suv zichligidagi anomaliya bilan izohlanadi. Suv 4 C da maksimal zichlikka ega. Agar siz suvni 4 C ga sovutib, uni pastroq haroratga qo'ysangiz, suvning sirt qatlami tezroq muzlaydi. Bu suv 4°C da suvga nisbatan zichroq boʻlgani uchun u sirtda qolib, yupqa sovuq qatlam hosil qiladi. Bunday sharoitda qisqa vaqt ichida suv yuzasida yupqa muz qatlami hosil bo'ladi, lekin bu muz qatlami 4 S haroratda qoladigan suvning pastki qatlamlarini himoya qiluvchi izolyator bo'lib xizmat qiladi. , keyingi sovutish sekinroq bo'ladi.

Issiq suv bo'lsa, vaziyat butunlay boshqacha. Suvning sirt qatlami bug'lanish va katta harorat farqi tufayli tezroq soviydi. Bundan tashqari, sovuq suv qatlamlari issiq suv qatlamlariga qaraganda zichroqdir, shuning uchun sovuq suv qatlami pastga tushib, iliq suv qatlamini yuzaga ko'taradi. Suvning bunday aylanishi haroratning tez pasayishini ta'minlaydi.

Lekin nima uchun bu jarayon muvozanat nuqtasiga etib bormaydi? Mpemba effektini konvektsiya nuqtai nazaridan tushuntirish uchun suvning sovuq va issiq qatlamlari ajralib turadi va suvning o'rtacha harorati 4 C dan pastga tushgandan keyin konveksiya jarayonining o'zi davom etadi deb taxmin qilish kerak.

Biroq, bu gipotezani tasdiqlovchi eksperimental dalillar yo'q, suvning sovuq va issiq qatlamlari konveksiya bilan ajralib turadi.

suvda erigan gazlar

Suv doimo unda erigan gazlarni o'z ichiga oladi - kislorod va karbonat angidrid. Bu gazlar suvning muzlash nuqtasini pasaytirish qobiliyatiga ega. Suv qizdirilganda, bu gazlar suvdan ajralib chiqadi, chunki ularning yuqori haroratda suvda eruvchanligi past bo'ladi. Shuning uchun, issiq suv sovutilganda, undagi erigan gazlar har doim isitilmaydigan sovuq suvga qaraganda kamroq bo'ladi. Shuning uchun isitiladigan suvning muzlash nuqtasi yuqoriroq va u tezroq muzlaydi. Bu omil ba'zan Mpemba effektini tushuntirishda asosiy omil hisoblanadi, garchi bu faktni tasdiqlovchi eksperimental ma'lumotlar yo'q.

Issiqlik o'tkazuvchanligi

Sovutgichning muzlatgich kamerasiga kichik idishlarda suv qo'yilganda bu mexanizm muhim rol o'ynashi mumkin. Bunday sharoitda, issiq suvli idish ostidagi muzlatgichning muzini eritishi va shu bilan muzlatgich devori bilan issiqlik aloqasini va issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashi kuzatilgan. Natijada, issiq suv idishidan issiqlik sovuqdan tezroq chiqariladi. O'z navbatida, sovuq suvli idish uning ostidagi qorni eritmaydi.

Bularning barchasi (shuningdek, boshqa) shartlar ko'plab tajribalarda o'rganilgan, ammo ularning qaysi biri Mpemba effektining 100% takrorlanishini ta'minlaydigan savolga aniq javob olinmagan.

Masalan, 1995 yilda nemis fizigi Devid Auerbax suvning haddan tashqari sovishi bu ta'sirga ta'sirini o'rganib chiqdi. U haddan tashqari sovutilgan holatga kelgan issiq suv sovuq suvdan yuqori haroratda muzlashini va shuning uchun ikkinchisidan tezroq muzlashini aniqladi. Ammo sovuq suv issiq suvga qaraganda tezroq sovutilgan holatga etib boradi va shu bilan oldingi kechikishni qoplaydi.

Bundan tashqari, Auerbachning natijalari issiq suv kamroq kristallanish markazlari tufayli ko'proq super sovutishga erisha oladigan oldingi ma'lumotlarga zid edi. Suv qizdirilganda undagi erigan gazlar undan chiqariladi, qaynatilganda esa unda erigan ba'zi tuzlar cho'kadi.

Hozircha faqat bitta narsani ta'kidlash mumkin - bu ta'sirni takrorlash asosan tajriba o'tkaziladigan shartlarga bog'liq. To'g'ri, chunki u har doim ham takrorlanmaydi.

Internet-marketolog, "Mavjud tilda" saytining muharriri
Nashr qilingan sana: 21/11/2017

« Qaysi suv tezroq muzlaydi sovuqmi yoki issiqmi?”- do'stlaringizga savol berishga harakat qiling, ehtimol ularning ko'plari sovuq suv tezroq muzlaydi deb javob berishadi va xato qilishadi.

Darhaqiqat, agar siz bir vaqtning o'zida bir xil shakl va hajmdagi ikkita idishni muzlatgichga qo'ysangiz, ulardan biri sovuq suv, ikkinchisi esa issiq bo'lsa, issiq suv tezroq muzlaydi.

Bunday bayonot bema'ni va asossiz bo'lib tuyulishi mumkin. Mantiqan, issiq suv avval sovuq haroratgacha sovishi kerak va sovuq suv bu vaqtda allaqachon muzga aylanishi kerak.

Xo'sh, nima uchun issiq suv muzlash uchun sovuq suvdan o'tib ketadi? Keling, buni tushunishga harakat qilaylik.

Kuzatishlar va tadqiqotlar tarixi

Odamlar paradoksal ta'sirni qadim zamonlardan beri kuzatishgan, ammo hech kim unga katta ahamiyat bermagan. Shunday qilib, sovuq va issiq suvning muzlash tezligidagi nomuvofiqliklar Arestotel, shuningdek, Rene Dekart va Frensis Bekon tomonidan qayd etilgan. G'ayrioddiy hodisa ko'pincha kundalik hayotda o'zini namoyon qildi.

Uzoq vaqt davomida bu hodisa hech qanday tarzda o'rganilmagan va olimlar orasida katta qiziqish uyg'otmagan.

G'ayrioddiy effektni o'rganish 1963 yilda, Tanzaniyadan kelgan qiziquvchan talaba Erasto Mpemba muzqaymoq uchun issiq sut sovuq sutga qaraganda tezroq muzlashini payqaganida boshlangan. G'ayrioddiy ta'sirning sabablarini tushuntirishga umid qilib, yigit maktabdagi fizika o'qituvchisidan so'radi. Biroq, o'qituvchi uning ustidan kuldi.

Keyinchalik Mpemba tajribani takrorladi, lekin o'z tajribasida u endi sutdan emas, balki suvdan foydalandi va paradoksal effekt yana takrorlandi.

Olti yil o'tgach, 1969 yilda Mpemba bu savolni o'z maktabiga kelgan fizika professori Dennis Osbornga berdi. Professor yosh yigitning kuzatuvi bilan qiziqdi, natijada ta'sir mavjudligini tasdiqlovchi tajriba o'tkazildi, ammo bu hodisaning sabablari aniqlanmagan.

O'shandan beri bu hodisa deyiladi Mpemba effekti.

Ilmiy kuzatishlar tarixi davomida hodisaning sabablari haqida ko'plab farazlar ilgari surilgan.

Shunday qilib, 2012 yilda Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyati Mpemba effektini tushuntirish uchun gipotezalar tanlovini e'lon qiladi. Tanlovda butun dunyodan olimlar ishtirok etib, jami 22 000 kishi ro'yxatga olindi ilmiy ishlar. Juda ta'sirli maqolalar soniga qaramay, ularning hech biri Mpemba paradoksiga oydinlik kiritmadi.

Eng keng tarqalgan versiya edi, unga ko'ra issiq suv tezroq muzlaydi, chunki u tezroq bug'lanadi, uning hajmi kichikroq bo'ladi va hajm pasayganda, uning sovutish tezligi oshadi. Eng keng tarqalgan versiya oxir-oqibat rad etildi, chunki bug'lanish istisno qilingan tajriba o'tkazildi, ammo ta'sir shunga qaramay tasdiqlandi.

Boshqa olimlar Mpemba effektining sababi suvda erigan gazlarning bug'lanishi deb hisoblashgan. Ularning fikricha, isitish jarayonida suvda erigan gazlar bug'lanadi, buning natijasida u sovuq suvga qaraganda yuqori zichlikka ega bo'ladi. Ma'lumki, zichlikning oshishi o'zgarishga olib keladi jismoniy xususiyatlar suv (issiqlik o'tkazuvchanligining oshishi) va shuning uchun sovutish tezligini oshiradi.

Bundan tashqari, suvning aylanish tezligini harorat funktsiyasi sifatida tavsiflovchi bir qator farazlar ilgari surilgan. Ko'pgina tadqiqotlarda suyuqlik joylashgan idishlarning materiallari o'rtasidagi munosabatni o'rnatishga harakat qilindi. Ko'pgina nazariyalar juda ishonchli bo'lib tuyuldi, ammo ular dastlabki ma'lumotlarning etishmasligi, boshqa tajribalardagi qarama-qarshiliklar yoki aniqlangan omillarni oddiygina suvni sovutish tezligi bilan solishtirish mumkin emasligi sababli ularni ilmiy jihatdan tasdiqlash mumkin emas edi. Ba'zi olimlar o'z ishlarida ta'sirning mavjudligini shubha ostiga olishdi.

2013 yilda tadqiqotchilar Texnologiya universiteti Singapurdagi Nanyang Mpemba effektining sirini hal qilganini da'vo qildi. Ularning tadqiqotiga ko'ra, hodisaning sababi sovuq va issiq suv molekulalari o'rtasidagi vodorod aloqalarida saqlanadigan energiya miqdori sezilarli darajada farq qilishidadir.

Kompyuter simulyatsiyasi usullari quyidagi natijalarni ko'rsatdi: suvning harorati qanchalik yuqori bo'lsa, itarish kuchlari ortib borishi sababli molekulalar orasidagi masofa shunchalik katta bo'ladi. Binobarin, molekulalarning vodorod aloqalari cho'zilib, ko'proq energiya saqlaydi. Sovutganda molekulalar bir-biriga yaqinlasha boshlaydi va vodorod aloqalaridan energiya chiqaradi. Bunday holda, energiyaning chiqishi haroratning pasayishi bilan birga keladi.

2017-yil oktabr oyida ispan fiziklari yana bir tadqiqot davomida taʼsirning paydo boʻlishida aynan materiyaning muvozanatdan olib tashlanishi (kuchli sovutishdan oldin kuchli isitish) katta rol oʻynashini aniqladi. Ular ta'sir qilish ehtimoli maksimal bo'lgan sharoitlarni aniqladilar. Bundan tashqari, ispaniyalik olimlar teskari Mpemba effekti mavjudligini tasdiqladilar. Ular qizdirilganda sovuqroq namunaga erishish mumkinligini aniqladilar yuqori harorat issiqdan tezroq.

To'liq ma'lumotlar va ko'plab tajribalarga qaramay, olimlar ta'sirni o'rganishni davom ettirish niyatida.

Haqiqiy hayotda Mpemba effekti

Nima uchun qishda muz maydoni sovuq emas, balki issiq suv bilan to'ldirilganligi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Siz allaqachon tushunganingizdek, ular buni qilishadi, chunki issiq suv bilan to'ldirilgan konkida sovuq suv bilan to'ldirilganidan ko'ra tezroq muzlashadi. Xuddi shu sababga ko'ra, qishki muz shaharlarida slaydlar issiq suv bilan quyiladi.

Shunday qilib, hodisaning mavjudligi haqidagi bilim odamlarga qishki sport turlari uchun saytlarni tayyorlashda vaqtni tejash imkonini beradi.

Bundan tashqari, Mpemba effekti ba'zan sanoatda qo'llaniladi - suvni o'z ichiga olgan mahsulotlar, moddalar va materiallarning muzlash vaqtini kamaytirish uchun.

Salom aziz sevishganlar qiziqarli faktlar. Bugun biz bu haqda gaplashamiz. Ammo, menimcha, sarlavhada berilgan savol shunchaki bema'ni bo'lib tuyulishi mumkin - lekin har doim qat'iy belgilangan sinov tajribasiga emas, balki mashhur "sog'lom fikr" ga ishonish kerak. Keling, nima uchun issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlashini tushunishga harakat qilaylik?

Tarix ma'lumotnomasi

Sovuq va issiq suvni muzlatish masalasida "hamma narsa toza emas" Aristotelning asarlarida aytilganligi, keyin F.Bekon, R.Dekart va J.Blek tomonidan shunga o'xshash eslatmalar qilingan. DA yaqin tarix Ushbu effektga "Mpemba paradoksi" nomi berildi - Tanganikalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba, xuddi shu savolni tashrif buyurgan fizika professoriga bergan.

Bolaning savoli noldan emas, balki oshxonada muzqaymoq aralashmalarini sovutish jarayonining sof shaxsiy kuzatuvlaridan kelib chiqdi. Albatta, u erda bo'lgan sinfdoshlar maktab o'qituvchisi bilan birga Mpemba ustidan kulishdi - ammo, professor D. Osbornning shaxsan o'tkazgan eksperimental tekshiruvidan so'ng, Erastoni masxara qilish istagi ulardan "bug'lanib ketdi". Bundan tashqari, Mpemba professor bilan birgalikda 1969 yilda "Fizika ta'limi" jurnalida ushbu ta'sirning batafsil tavsifini nashr etdi - va o'shandan beri yuqoridagi nom ilmiy adabiyotlarda mustahkamlangan.

Hodisaning mohiyati nimada?

Tajribani o'rnatish juda oddiy: boshqa narsalar teng bo'lganda, bir xil yupqa devorli idishlar sinovdan o'tkaziladi, ularda faqat haroratda farq qiluvchi qat'iy teng miqdordagi suv mavjud. Kemalar muzlatgichga yuklanadi, shundan so'ng ularning har birida muz hosil bo'lgunga qadar vaqt qayd etiladi. Paradoks shundaki, dastlab issiqroq suyuqlik bo'lgan idishda bu tezroq sodir bo'ladi.

Zamonaviy fizika buni qanday tushuntiradi?

Paradoksning universal izohi yo'q, chunki bir nechta parallel jarayonlar, ularning hissasi o'ziga xosidan farq qilishi mumkin dastlabki shartlar- lekin bir xil natija bilan:

• suyuqlikning super sovutish qobiliyati - dastlab sovuq suv hipotermiyaga ko'proq moyil bo'ladi, ya'ni. uning harorati muzlash nuqtasidan past bo'lganida suyuqlik bo'lib qoladi
• tezlashtirilgan sovutish - issiq suvdan bug 'muz mikrokristallariga aylanadi, ular orqaga tushganda, qo'shimcha "tashqi issiqlik almashinuvchisi" sifatida ishlaydigan jarayonni tezlashtiradi.
• izolyatsiya effekti - issiq suvdan farqli o'laroq, sovuq suv yuqoridan muzlaydi, bu esa konveksiya va radiatsiya orqali issiqlik uzatishni pasayishiga olib keladi.

Boshqa bir qator tushuntirishlar mavjud (oxirgi marta eng yaxshi gipoteza uchun tanlov Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyati tomonidan yaqinda, 2012 yilda o'tkazilgan) - lekin hali ham kirish shartlari kombinatsiyasining barcha holatlari uchun aniq bir nazariya mavjud emas ...

Qaysi suv tezroq muzlaydi, issiq yoki sovuq, ko'p omillar ta'sir qiladi, lekin savolning o'zi biroz g'alati ko'rinadi. Ma'lumki, fizikadan ma'lumki, issiq suv muzga aylanishi uchun shunga o'xshash sovuq suv haroratiga qadar sovish uchun vaqt kerak. bu bosqichni o'tkazib yuborish mumkin va shunga ko'ra u o'z vaqtida g'alaba qozonadi.

Ayozda ko'chada qaysi suv tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi, degan savolga javobni shimoliy kengliklarning har qanday aholisi biladi. Aslida, ilmiy jihatdan, har qanday holatda ham sovuq suv tezroq muzlashi kerakligi ma'lum bo'ldi.

1963 yilda maktab o'quvchisi Erasto Mpemba kelajakdagi muzqaymoqning sovuq aralashmasi nima uchun shunga o'xshash, ammo issiq muzqaymoqqa qaraganda uzoqroq muzlashini tushuntirishni so'rab murojaat qilgan fizika o'qituvchisi ham shunday qildi.

"Bu dunyo fizikasi emas, balki Mpemba fizikasining bir turi"

O'sha paytda o'qituvchi bunga faqat kuldi, lekin bir vaqtlar Erasto o'qigan maktabga borgan fizika professori Denis Osborn bunday effekt mavjudligini eksperimental ravishda tasdiqladi, garchi o'sha paytda buning uchun hech qanday izoh yo'q edi. . 1969 yilda mashhur ilmiy jurnal ushbu o'ziga xos ta'sirni tasvirlagan bu ikki kishining qo'shma maqolasini nashr etdi.

O'shandan beri, aytmoqchi, qaysi suv tezroq muzlaydi - issiqmi yoki sovuqmi, degan savol o'z nomiga ega - effekt yoki paradoks, Mpemba.

Savol uzoq vaqtdan beri mavjud

Tabiiyki, bunday hodisa avval ham bo'lgan va boshqa olimlarning ishlarida ham tilga olingan. Bu savol nafaqat maktab o'quvchisini qiziqtirdi, balki bir vaqtning o'zida Rene Dekart va hatto Aristotel ham bu haqda o'ylardi.

Mana, bu paradoksni hal qilish uchun yondashuvlar faqat XX asrning oxirida ko'rib chiqila boshlandi.

Paradoksning yuzaga kelishi uchun shartlar

Muzqaymoq kabi, tajriba davomida muzlab qoladigan oddiy suv emas. Qaysi suv tezroq muzlashi haqida bahslashishni boshlash uchun ma'lum shartlar mavjud bo'lishi kerak - sovuq yoki issiq. Bu jarayonga nima ta'sir qiladi?

Endi, 21-asrda, bu paradoksni tushuntira oladigan bir nechta variantlar ilgari surildi. Qaysi suv tezroq muzlaydi, issiq yoki sovuq, uning bug'lanish tezligi sovuq suvga qaraganda yuqori ekanligiga bog'liq bo'lishi mumkin. Shunday qilib, uning hajmi kamayadi va hajmining pasayishi bilan muzlash vaqti sovuq suvning xuddi shunday boshlang'ich hajmini olganimizdan ko'ra qisqaroq bo'ladi.

Muzlatgich allaqachon muzdan tushirilgan

Qaysi suv tezroq muzlaydi va nima uchun bunday qiladi, tajriba uchun ishlatiladigan muzlatgichning muzlatgichida mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan qor qoplamasi ta'sir qilishi mumkin. Agar siz hajmi jihatidan bir xil bo'lgan ikkita idishni olsangiz, lekin ulardan birida issiq suv, ikkinchisida sovuq suv bo'lsa, issiq suvli idish uning ostidagi qorni eritib yuboradi va shu bilan issiqlik darajasining muzlatgich devori bilan aloqasini yaxshilaydi. Sovuq suv idishi buni qila olmaydi. Sovutgichda qor bilan bunday astar bo'lmasa, sovuq suv tezroq muzlashi kerak.

Yuqori - pastki

Shuningdek, suvning tezroq muzlashi hodisasi - issiq yoki sovuq, quyidagicha izohlanadi. Muayyan qonunlarga rioya qilgan holda, sovuq suv yuqori qatlamlardan muzlay boshlaydi, issiq suv esa aksincha - pastdan yuqoriga muzlay boshlaydi. Ma'lum bo'lishicha, sovuq suv tepasida sovuq qatlam bo'lib, ba'zi joylarda allaqachon hosil bo'lgan muz konvektsiya va termal nurlanish jarayonlarini yomonlashtiradi va shu bilan qaysi suv tezroq muzlashini tushuntiradi - sovuq yoki issiq. Havaskor tajribalardan olingan fotosurat ilova qilingan va bu erda aniq ko'rinadi.

Issiqlik o'chadi, yuqoriga intiladi va u erda juda salqin qatlam bilan uchrashadi. Issiqlik nurlanishi uchun erkin yo'l yo'q, shuning uchun sovutish jarayoni qiyinlashadi. Issiq suvning yo'lida bunday to'siqlar mutlaqo yo'q. Qaysi biri tezroq muzlaydi - sovuq yoki issiq, ehtimol natija bunga bog'liq, siz har qanday suvda erigan ma'lum moddalar borligini aytib, javobni kengaytirishingiz mumkin.

Natijaga ta'sir qiluvchi omil sifatida suv tarkibidagi aralashmalar

Agar siz aldamasangiz va ba'zi moddalarning kontsentratsiyasi bir xil bo'lgan bir xil tarkibdagi suvdan foydalanmasangiz, sovuq suv tezroq muzlashi kerak. Ammo agar erigan vaziyat yuzaga kelsa kimyoviy elementlar faqat issiq suvda mavjud, sovuq suvda esa ular yo'q, keyin issiq suvning avvalroq muzlashi ehtimoli bor. Buning sababi shundaki, suvda erigan moddalar kristallanish markazlarini yaratadi va bu markazlarning ozligi bilan suvning qattiq holatga aylanishi qiyin. Hatto suvni haddan tashqari sovutish ham mumkin, ya'ni noldan past haroratlarda u suyuq holatda bo'ladi.

Ammo bu versiyalarning barchasi, aftidan, olimlarga oxirigacha mos kelmadi va ular bu masala ustida ishlashni davom ettirdilar. 2013-yilda Singapurdagi tadqiqotchilar guruhi asriy sirni yechganini aytishdi.

Bir guruh xitoylik olimlarning ta'kidlashicha, bu ta'sirning siri vodorod bog'lari deb ataladigan bog'lardagi suv molekulalari o'rtasida to'plangan energiya miqdorida.

Xitoy olimlarining javobi

Qaysi suv tezroq muzlashini aniqlash uchun kimyo bo'yicha ma'lum bilimlarga ega bo'lish kerak bo'lgan qo'shimcha ma'lumotlar keladi - issiq yoki sovuq. Ma'lumki, u ikkita H (vodorod) atomidan va kovalent aloqalar bilan tutilgan bitta O (kislorod) atomidan iborat.

Ammo bitta molekulaning vodorod atomlari ham qo'shni molekulalarga, ularning kislorod komponentiga tortiladi. Bu bog'lanishlar vodorod bog'lari deyiladi.

Shu bilan birga, shuni esda tutish kerakki, bir vaqtning o'zida suv molekulalari bir-biriga nisbatan jirkanch ta'sir ko'rsatadi. Olimlarning ta'kidlashicha, suv qizdirilganda uning molekulalari orasidagi masofa oshadi va bunga itaruvchi kuchlar yordam beradi. Ma'lum bo'lishicha, sovuq holatda molekulalar orasidagi bir masofani egallab, ular cho'ziladi va ular ko'proq energiya ta'minotiga ega deb aytish mumkin. Aynan shu energiya zahirasi suv molekulalari bir-biriga yaqinlasha boshlaganda chiqariladi, ya'ni sovutish sodir bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, issiq suvda energiyaning ko'proq ta'minlanishi va noldan past haroratgacha sovutilganda uning ko'proq chiqishi sovuq suvga qaraganda tezroq sodir bo'ladi, bunday energiya kamroq ta'minlanadi. Xo'sh, qaysi suv tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi? Ko'chada va laboratoriyada Mpemba paradoksi paydo bo'lishi kerak va issiq suv tezroq muzga aylanishi kerak.

Ammo savol hali ham ochiq

Bu maslahatning faqat nazariy tasdig'i bor - bularning barchasi chiroyli formulalarda yozilgan va ishonchli ko'rinadi. Ammo suv tezroq muzlashi mumkin bo'lgan tajriba ma'lumotlari - issiqmi yoki sovuqmi, amaliy ma'noda qo'yilsa va ularning natijalari taqdim etilsa, Mpemba paradoksi masalasini yopiq deb hisoblash mumkin bo'ladi.