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 farazlar tanlovini e'lon qiladi. Tanlovda butun dunyodan olimlar ishtirok etib, jami 22 mingta ilmiy maqola ro‘yxatga olindi. 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 suvning fizik xususiyatlarining o'zgarishiga (issiqlik o'tkazuvchanligining oshishi) va shuning uchun sovutish tezligining oshishiga olib keladi.

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 Singapurdagi Nanyang texnologiya universiteti tadqiqotchilari Mpemba effekti sirini yechishga muvaffaq bo‘lishdi. 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 namuna issiqdan ko'ra tezroq yuqori haroratga yetishi mumkinligini aniqladilar.

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.

Qaysi suv tezroq muzlaydi, issiq yoki sovuq, ko'plab omillar ta'sir qiladi, ammo savolning o'zi biroz g'alati ko'rinadi. Fizikadan ma'lumki, issiq suv muzga aylanishi uchun shunga o'xshash sovuq suv haroratiga qadar sovishi 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 jurnalda ushbu o'ziga xos ta'sirni tasvirlagan ikki kishining qo'shma maqolasi nashr etildi.

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 oladigandan 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 qoplama 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, ba'zi joylarda allaqachon hosil bo'lgan muzli sovuq qatlamga ega bo'lib, konveksiya va termal nurlanish jarayonlarini buzadi va shu bilan qaysi suv tezroq muzlashini tushuntiradi - sovuq yoki issiq. Havaskor tajribalardan olingan fotosurat ilova qilingan va bu erda u 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 kimyoviy elementlar faqat issiq suvda bo'lsa, sovuq suv ularga ega bo'lmasa, issiq suv avvalroq muzlashi mumkin. 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 o'rtasida 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.

Ushbu maqolada nima uchun issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlashini ko'rib chiqamiz.

Isitilgan suv sovuq suvga qaraganda tezroq muzlaydi! Suvning bu hayratlanarli xususiyati, olimlar hali topa olmaydigan aniq tushuntirish qadim zamonlardan beri ma'lum. Masalan, Aristotelda ham qishki baliq ovining tavsifi bor: baliqchilar muzning teshiklariga qarmoqlarni solib, tezroq muzlashlari uchun muz ustiga iliq suv quyishdi. Ushbu hodisaning nomi XX asrning 60-yillarida Erasto Mpemba sharafiga nomlangan. Mnemba muzqaymoq tayyorlash chog‘ida g‘alati effektni sezdi va tushuntirish uchun fizika o‘qituvchisi doktor Denis Osbornga murojaat qildi. Mpemba va doktor Osborn turli haroratlarda suv bilan tajriba o'tkazdilar va deyarli qaynoq suv xona haroratida suvga qaraganda tezroq muzlay boshlaydi, degan xulosaga kelishdi. Boshqa olimlar o'zlarining tajribalarini o'tkazdilar va har safar shunga o'xshash natijalarga erishdilar.

Jismoniy hodisani tushuntirish

Nima uchun bu sodir bo'layotgani haqida umumiy qabul qilingan tushuntirish yo'q. Ko'pgina tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, bu suyuqlikning haddan tashqari sovishi bilan bog'liq bo'lib, uning harorati muzlashdan pastga tushganda sodir bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, agar suv 0 ° C dan past haroratda muzlasa, u holda o'ta sovutilgan suv, masalan, -2 ° C haroratga ega bo'lishi mumkin va muzga aylanmasdan hali ham suyuq bo'lib qoladi. Sovuq suvni muzlatib qo'ymoqchi bo'lsak, u avvaliga o'ta sovib ketishi va bir muncha vaqt o'tgach qattiqlashishi ehtimoli bor. Issiq suvda boshqa jarayonlar sodir bo'ladi. Uning muzga tezroq aylanishi konveksiya bilan bog'liq.

Konvektsiya- Bu suyuqlikning issiq pastki qatlamlari ko'tarilib, yuqori, sovutilganlari tushadigan jismoniy hodisa.

1963 yilda tanzaniyalik Erasto Mpemba ismli maktab o'quvchisi o'qituvchisiga ahmoqona savol berdi - nega uning muzlatgichida iliq muzqaymoq sovuq muzqaymoqqa qaraganda tezroq muzlaydi?

Erasto Mpemba Tanzaniyadagi Magambin o'rta maktabida amaliy pazandalik ishlari bilan shug'ullanardi. 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.

U tushuntirish uchun fizika o'qituvchisiga murojaat qildi, lekin u faqat talabaning ustidan kulib: "Bu dunyo fizikasi emas, balki Mpemba fizikasi". Shundan so'ng Mpemba nafaqat sut, balki oddiy suv bilan ham tajriba o'tkazdi.

Qanday bo'lmasin, u Mkvava o'rta maktabining talabasi bo'lganida, u Dar-es-Salamdagi universitet kolleji professori Dennis Osborndan (maktab direktori tomonidan talabalarga fizika bo'yicha ma'ruza o'qish uchun taklif qilingan) suv haqida so'radi: "Agar siz bir xil hajmdagi suvga ega ikkita bir xil idishni olib, ularning birida suv harorati 35 ° C, ikkinchisida - 100 ° C bo'ladi va ularni muzlatgichga qo'ying, keyin ikkinchisida suv muzlaydi. Tezroq. Nega?" Osborn bu masala bilan qiziqib qoldi va tez orada 1969 yilda Mpemba bilan birgalikda ular o'zlarining tajribalari natijalarini Physics Education jurnalida nashr etishdi. O'shandan beri ular kashf etgan effekt Mpemba effekti deb ataladi.

Nima uchun bu sodir bo'lishini bilmoqchimisiz? Bir necha yil oldin olimlar bu hodisani tushuntirishga muvaffaq bo'lishdi ...

Mpemba effekti (Mpemba Paradoksi) paradoks bo'lib, ma'lum sharoitlarda issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlaydi, garchi u muzlash jarayonida sovuq suv haroratidan o'tishi kerak. 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. 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. har xil haroratlar. Mpemba effektining paradoksi shundaki, tananing atrof-muhit haroratiga qadar sovishi vaqti 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 suvga qaraganda 0 ° C ga tezroq soviydi.

O'shandan beri turli xil versiyalar ifodalangan, ulardan biri quyidagicha edi: issiq suvning bir qismi dastlab oddiygina bug'lanadi, keyin esa kichikroq miqdor qolganda, suv tezroq qattiqlashadi. Ushbu versiya, soddaligi tufayli, eng mashhur bo'ldi, ammo olimlar to'liq qoniqmadi.

Hozirda Singapurdagi Nanyang texnologiya universitetining kimyogar Si Chjan boshchiligidagi tadqiqotchilar guruhi nega iliq suv sovuq suvdan tezroq muzlashi haqidagi asriy sirni yechganini aytishdi. Xitoylik mutaxassislar aniqlaganidek, sir suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalarida saqlanadigan energiya miqdorida.

Ma'lumki, suv molekulalari bir kislorod atomi va ikkita vodorod atomidan iborat bo'lib, ular zarracha darajasida elektron almashinuviga o'xshaydi. Yana bir taniqli fakt shundaki, vodorod atomlari qo'shni molekulalardan kislorod atomlariga tortiladi - bu holda vodorod aloqalari hosil bo'ladi.

Shu bilan birga, suv molekulalari umuman bir-birini itaradi. Singapurlik olimlar suv qanchalik issiq bo'lsa, itarish kuchlari ortishi tufayli suyuqlik molekulalari orasidagi masofa shunchalik katta bo'lishini payqashdi. Natijada, vodorod aloqalari cho'ziladi va shuning uchun ko'proq energiya saqlaydi. Bu energiya suv soviganida chiqariladi - molekulalar bir-biriga yaqinlashadi. Va energiyaning qaytishi, siz bilganingizdek, sovutish demakdir.

Mana, olimlar tomonidan ilgari surilgan farazlar:

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°C gacha sovutilganda oʻz massasining 16% ni yoʻqotadi. Bug'lanish effekti ikki tomonlama ta'sirga ega. Birinchidan, sovutish uchun zarur bo'lgan suv massasi kamayadi. Va ikkinchidan, bug'lanish tufayli uning harorati pasayadi.

harorat farqi

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

gipotermiya
Suv 0 ° C dan pastroq 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'sib, muzni hosil qilish uchun muzlashadigan muzli shilimshiqni hosil qiladi. 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 nima sodir bo'ladi, uning yuzasida suv va sovuq havo o'rtasida izolyator vazifasini bajaradigan yupqa muz qatlami hosil bo'ladi va shu bilan 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 hisoblashadi.
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 gacha sovutib, uni pastroq haroratli muhitga 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 da qoladigan suvning pastki qatlamlarini himoya qiluvchi izolyator bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun keyingi sovutish jarayoni 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 konveksiya nuqtai nazaridan tushuntirish uchun suvning sovuq va issiq qatlamlari ajratilganligini va o'rtacha suv harorati 4 ° C dan pastga tushgandan keyin konveksiya jarayonining o'zi davom etishini taxmin qilish kerak. Biroq, sovuq va issiq suv qatlamlari konveksiya bilan ajratilganligi haqidagi bu farazni tasdiqlovchi eksperimental dalillar yo'q.

suvda erigan gazlar

Suvda doimo erigan gazlar - kislorod va karbonat angidrid mavjud. 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 kuzatildi. 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 suvga qaraganda yuqori haroratda muzlashini va shuning uchun ikkinchisidan tezroq muzlashini aniqladi. Ammo sovuq suv issiq suvga qaraganda tezroq sovutilgan holatga etadi 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 undan erigan gazlar chiqariladi, qaynatilganda esa unda erigan ba'zi tuzlar cho'kadi. Hozircha faqat bitta narsani ta'kidlash mumkin - bu ta'sirning takrorlanishi eksperiment o'tkaziladigan sharoitlarga bog'liq. To'g'ri, chunki u har doim ham takrorlanmaydi.

Va bu erda eng mumkin bo'lgan sabab.

Kimyogarlar arXiv.org preprint saytida topish mumkin bo'lgan maqolalarida yozganidek, vodorod aloqalari sovuq suvga qaraganda issiq suvda kuchliroq cho'ziladi. Shunday qilib, issiq suvning vodorod aloqalarida ko'proq energiya to'planganligi ma'lum bo'ldi, ya'ni noldan past haroratgacha sovutilganda uning ko'proq qismi ajralib chiqadi. Shu sababli, muzlash tezroq bo'ladi.

Bugungi kunga qadar olimlar bu topishmoqni faqat nazariy jihatdan hal qilishdi. Ular o'z versiyalarining ishonchli dalillarini taqdim etganda, nima uchun issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlaydi degan savol yopiq deb hisoblanishi mumkin.

Assalomu alaykum, aziz qiziqarli faktlarni sevuvchilar. Bugun biz bu haqda gaplashamiz. Ammo, menimcha, sarlavhada berilgan savol shunchaki bema'ni ko'rinishi 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 qayd etilganligi, keyin F. Bekon, R. Dekart va J. Blek tomonidan shunga o'xshash eslatmalar qilingan. Yaqin tarixda "Mpemba paradoksi" nomi bu ma'noga qo'shilgan - 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 birgalikda 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'sha paytdan 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 birgalikda davom etadi, ularning hissasi muayyan boshlang'ich sharoitlardan farq qilishi mumkin - 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 jarayonni tezlashtiradi va qo'shimcha "tashqi issiqlik almashinuvchisi" sifatida ishlaydi.
• izolyatsiya effekti - issiq suvdan farqli o'laroq, sovuq suv yuqoridan muzlaydi, bu esa konveksiya va radiatsiya orqali issiqlik o'tkazuvchanligini 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 ...