Коя вода замръзва по-бързо топла или студена. Защо горещата вода замръзва по-бързо от студената? „Това не е световна физика, а някакъв вид физика на Мпемба“

Интернет маркетинг, редактор на сайта "На достъпен език"
Дата на публикуване: 21.11.2017 г


« Коя вода замръзва по-бързо студена или гореща?"- опитайте да зададете въпрос на приятелите си, най-вероятно повечето от тях ще отговорят, че студената вода замръзва по-бързо - и ще направят грешка.

Всъщност, ако поставите едновременно два съда с еднаква форма и обем във фризера, единият от които ще има студена вода, а другият гореща, тогава той ще замръзне по-бързо. топла вода.

Подобно твърдение може да изглежда абсурдно и неразумно. Логично горещата вода трябва първо да се охлади до студена температура, а студената вода вече трябва да се превърне в лед по това време.

Така че защо горещата вода изпреварва студената по пътя си към замръзване? Нека се опитаме да го разберем.

История на наблюденията и изследванията

Хората са наблюдавали парадоксалния ефект от древни времена, но никой не му е придавал особено значение. Така че несъответствията в скоростта на замръзване на студена и гореща вода са отбелязани в техните бележки от Арестотел, както и от Рене Декарт и Франсис Бейкън. Необичайно явление често се проявява в ежедневието.

Дълго време феноменът не беше изследван по никакъв начин и не предизвика особен интерес сред учените.

Изследването на необичайния ефект започва през 1963 г., когато любознателен студент от Танзания Ерасто Мпемба забелязва, че горещото мляко за сладолед замръзва по-бързо от студеното. Надявайки се да получи обяснение за причините за необичайния ефект, младежът попитал учителя си по физика в училище. Учителят обаче само му се изсмял.

По-късно Мпемба повторил експеримента, но в опита си вече не използвал мляко, а вода и парадоксалният ефект се повторил отново.

Шест години по-късно, през 1969 г., Мпемба задава този въпрос на професора по физика Денис Осборн, който идва в неговото училище. Професорът се интересуваше от наблюдението на младия мъж, в резултат на което беше проведен експеримент, който потвърди наличието на ефекта, но причините за това явление не бяха установени.

Оттогава явлението се нарича Мпемба ефект.

През цялата история на научните наблюдения са изказани много хипотези за причините за това явление.

Така че през 2012 г. Британското кралско дружество по химия ще обяви конкурс на хипотези за обяснение на ефекта Мпемба. В състезанието участваха учени от цял ​​свят, регистрираните бяха общо 22 000 научни трудове. Въпреки толкова внушителния брой статии, нито една от тях не изясни парадокса на Мпемба.

Най-често срещаната беше версията, според която горещата вода замръзва по-бързо, тъй като просто се изпарява по-бързо, обемът й става по-малък и с намаляването на обема скоростта на охлаждане се увеличава. Най-разпространената версия в крайна сметка беше опровергана, тъй като беше проведен експеримент, в който изпарението беше изключено, но въпреки това ефектът беше потвърден.

Други учени смятат, че причината за ефекта Мпемба е изпарението на газове, разтворени във вода. Според тях по време на процеса на нагряване газовете, разтворени във водата, се изпаряват, поради което тя придобива по-висока плътност от студената вода. Както е известно, увеличаването на плътността води до промяна физични свойствавода (увеличаване на топлопроводимостта), а оттам и увеличаване на скоростта на охлаждане.

Освен това са представени редица хипотези, които описват скоростта на циркулация на водата като функция на температурата. В много изследвания е направен опит да се установи връзката между материала на контейнерите, в които се намира течността. Много теории изглеждаха много правдоподобни, но не можеха да бъдат научно потвърдени поради липса на първоначални данни, противоречия в други експерименти или поради факта, че идентифицираните фактори просто не бяха сравними със скоростта на охлаждане на водата. Някои учени в своите трудове поставиха под въпрос съществуването на ефекта.

През 2013 г. изследователи от Технически университетНанянг в Сингапур твърди, че е разрешил мистерията на ефекта Мпемба. Според тяхното изследване причината за феномена се крие във факта, че количеството енергия, съхранявана във водородните връзки между молекулите на студена и гореща вода, се различава значително.

Методите за компютърна симулация показват следните резултати: колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-голямо е разстоянието между молекулите поради факта, че силите на отблъскване се увеличават. Следователно водородните връзки на молекулите се разтягат, съхранявайки повече енергия. Когато се охладят, молекулите започват да се приближават една към друга, освобождавайки енергия от водородните връзки. В този случай освобождаването на енергия е придружено от намаляване на температурата.

През октомври 2017 г. испански физици в хода на друго изследване установиха, че именно извеждането на материята от равновесие (силно нагряване преди силно охлаждане) играе голяма роля при формирането на ефекта. Те определиха условията, при които вероятността за ефекта е максимална. Освен това учени от Испания потвърдиха съществуването на обратния ефект на Мпемба. Те установиха, че при нагряване по-студена проба може да достигне висока температура по-бързо от топла.

Въпреки изчерпателната информация и множеството експерименти, учените възнамеряват да продължат да изучават ефекта.

Mpemba ефект в реалния живот

Чудили ли сте се защо през зимата ледената пързалка се пълни с топла вода, а не със студена? Както вече разбрахте, те правят това, защото пързалка, пълна с гореща вода, ще замръзне по-бързо, отколкото ако е пълна със студена вода. По същата причина пързалките в зимните ледени градове се обливат с гореща вода.

По този начин знанието за съществуването на феномена позволява на хората да спестят време при подготовката на обекти за зимни спортове.

В допълнение, ефектът Mpemba понякога се използва в индустрията - за намаляване на времето за замразяване на продукти, вещества и материали, съдържащи вода.

Това е вярно, макар и да звучи невероятно, защото в процеса на замразяване предварително загрятата вода трябва да премине температурата на студената вода. Междувременно този ефект се използва широко.Например ледените пързалки и пързалки се пълнят с гореща вода вместо със студена през зимата. Специалистите съветват шофьорите през зимата да наливат студена, а не топла вода в резервоара на пералнята. Парадоксът е известен в цял свят като "Ефектът на Мпемба".

Това явление е споменато по едно време от Аристотел, Франсис Бейкън и Рене Декарт, но едва през 1963 г. професорите по физика му обръщат внимание и се опитват да го изследват. Всичко започна, когато ученикът от Танзания Ерасто Мпемба забеляза, че подсладеното мляко, което използваше за направата на сладолед, се втвърдява по-бързо, ако беше предварително загрято, и предположи, че горещата вода замръзва по-бързо от студената. Той се обърна към учителя по физика за разяснение, но той само се изсмя на ученика, като каза следното: „Това не е световна физика, а физиката на Мпемба“.

За щастие един ден Денис Осборн, професор по физика от университета в Дар ес Салам, посети училището. И Мпемба се обърна към него със същия въпрос. Професорът беше по-малко скептичен, каза, че не може да прецени това, което никога не е виждал, и след завръщането си у дома помоли персонала да проведе подходящи експерименти. Изглежда те потвърдиха думите на момчето. Във всеки случай през 1969 г. Озбърн говори за работата си с Мпемба в списанието „Eng. Физикаобразование". През същата година Джордж Кел от Канадския национален съвет за научни изследвания публикува статия, описваща феномена на английски език. американскиЖурналнаФизика».

Има няколко възможни обяснения за този парадокс:

  • Горещата вода се изпарява по-бързо, като по този начин намалява обема си, а по-малък обем вода със същата температура замръзва по-бързо. В херметически затворени контейнери студената вода трябва да замръзва по-бързо.
  • Наличието на снежна облицовка. Контейнерът за гореща вода топи снега отдолу, като по този начин подобрява топлинния контакт с охлаждащата повърхност. Студената вода не топи снега под нея. Без снежна обвивка, контейнерът със студена вода трябва да замръзне по-бързо.
  • Студената вода започва да замръзва отгоре, като по този начин влошава процесите на топлинно излъчване и конвекция, а оттам и загубата на топлина, докато горещата вода започва да замръзва отдолу. При допълнително механично разбъркване на водата в съдовете студената вода трябва да замръзне по-бързо.
  • Наличието на кристализационни центрове в охладената вода - вещества, разтворени в нея. При малък брой такива центрове в студена вода превръщането на водата в лед е трудно и дори е възможно нейното преохлаждане, когато тя остава в течно състояние с минусова температура.

Наскоро беше публикувано друго обяснение. Д-р Джонатан Кац от Вашингтонския университет изследва този феномен и заключава, че веществата, разтворени във вода, играят важна роля и се утаяват при нагряване.
Под разтворени вещества д-р Katz се отнася до калциевите и магнезиевите бикарбонати, открити в твърдата вода. Когато водата се нагрява, тези вещества се утаяват, водата става "мека". Водата, която никога не е била нагрявана, съдържа тези примеси и е „твърда“. При замръзване и образуване на ледени кристали концентрацията на примеси във водата се увеличава 50 пъти. Това понижава точката на замръзване на водата.

Това обяснение не ми изглежда убедително, т.к. не трябва да забравяме, че ефектът е открит при експерименти със сладолед, а не с твърда вода. Най-вероятно причините за явлението са топлофизични, а не химически.

Досега не е получено недвусмислено обяснение на парадокса на Мпемба. Трябва да кажа, че някои учени не смятат този парадокс за заслужаващ внимание. Въпреки това е много интересно, че един обикновен ученик е постигнал признание на физическия ефект и е спечелил популярност поради своето любопитство и постоянство.

Добавен февруари 2014 г

Бележката е написана през 2011 г. Оттогава се появиха нови изследвания на ефекта Мпемба и нови опити за обяснението му. Така през 2012 г. обяви Кралското дружество по химия на Великобритания международно състезаниеза разрешаване на научната мистерия на "Ефекта на Мпемба" с награден фонд от 1000 паунда. Крайният срок беше 30 юли 2012 г. Победител стана Никола Бреговик от лабораторията на Загребския университет. Той публикува своя труд, в който анализира предишни опити за обяснение на този феномен и стига до извода, че те не са убедителни. Предложеният от него модел се основава на фундаменталните свойства на водата. Желаещите могат да си намерят работа на http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Изследването не свърши дотук. През 2013 г. физици от Сингапур теоретично доказаха причината за ефекта Мепемба. Работата може да бъде намерена на http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Свързани статии в сайта:

Други статии от раздела

коментари:

Алексей Мишнев. , 06.10.2012 04:14 ч

Защо горещата вода се изпарява по-бързо? Учените практически са доказали, че чаша гореща вода замръзва по-бързо от студена вода. Учените не могат да обяснят това явление поради причината, че не разбират същността на явленията: топлина и студ! Топлината и студът са физически усещания, причинени от взаимодействието на частиците на материята, под формата на противоположна компресия на магнитни вълни, които се движат от страната на космоса и от центъра на земята. Следователно, колкото по-голяма е потенциалната разлика на това магнитно напрежение, толкова по-бързо се извършва обменът на енергия чрез метода на противопроникване на една вълна в друга. Тоест чрез дифузия! В отговор на статията ми един опонент пише: 1) “..Топлата вода се изпарява ПО-БЪРЗО, в резултат на което има по-малко от нея, така че замръзва по-бързо” Въпрос! Каква енергия кара водата да се изпарява по-бързо? 2) В статията ми става дума за чаша, а не за дървено корито, което опонентът цитира като контрааргумент. Какво не е правилно! Отговарям на въпроса: „ПОРАДИ КАКВА ПРИЧИНА СЕ ИЗПАРЯВА ВОДАТА В ПРИРОДАТА?“ Магнитните вълни, които винаги се движат от центъра на земята в космоса, преодолявайки противоналягането на магнитните компресионни вълни (които винаги се движат от космоса към центъра на земята), в същото време пръскат водни частици, тъй като се движат в космоса , увеличават обема си. Тоест разширяване! В случай на преодоляване на магнитните вълни на компресия, тези водни пари се компресират (кондензират) и под въздействието на тези магнитни компресионни сили водата се връща на земята под формата на валежи! На Ваше разположение! Алексей Мишнев. 6 октомври 2012 г.

Алексей Мишнев. , 06.10.2012 04:19 ч

Какво е температура. Температурата е степента на електромагнитно напрежение на магнитните вълни с енергията на компресия и разширение. В случай на равновесно състояние на тези енергии температурата на тялото или веществото е в стабилно състояние. Ако се наруши равновесното състояние на тези енергии, към енергията на разширяване, тялото или веществото се увеличава в обема на пространството. В случай на превишаване на енергията на магнитните вълни в посока на компресия, тялото или веществото намаляват в обема на пространството. Степента на електромагнитно напрежение се определя от степента на разширяване или свиване на еталонното тяло. Алексей Мишнев.

Моисеева Наталия, 23.10.2012 11:36 | ВНИИМ

Алексей, вие говорите за някаква статия, която очертава вашите мисли относно понятието температура. Но никой не го прочете. Моля, дайте ми линк. Като цяло вашите възгледи за физиката са много особени. Никога не съм чувал за "електромагнитно разширение на еталонното тяло".

Юрий Кузнецов , 04.12.2012 12:32

Предлага се хипотеза, че това е работата на междумолекулния резонанс и генерираното от него пондеромоторно привличане между молекулите. В студена вода молекулите се движат и вибрират произволно, с различни честоти. Когато водата се нагрява, с увеличаване на честотата на трептенията, техният диапазон се стеснява (разликата в честотата от течна гореща вода до точката на изпаряване намалява), честотите на трептене на молекулите се приближават една към друга, в резултат на което възниква резонанс между молекулите. При охлаждане този резонанс се запазва частично, не изчезва веднага. Опитайте да натиснете една от двете китарни струни, които са в резонанс. Сега пуснете - струната ще започне да вибрира отново, резонансът ще възстанови вибрациите си. Така че в замръзнала вода външните охладени молекули се опитват да загубят амплитудата и честотата на вибрациите, но „топлите“ молекули вътре в съда „издърпват“ вибрациите обратно, действат като вибратори, а външните действат като резонатори. Именно между вибраторите и резонаторите възниква пондеромоторното привличане*. Когато пондеромоторната сила стане по-голяма от силата, причинена от кинетичната енергия на молекулите (които не само вибрират, но и се движат линейно), настъпва ускорена кристализация - "Ефектът на Мпемба". Пондеромоторната връзка е много нестабилна, ефектът Mpemba силно зависи от всички съпътстващи фактори: обемът на водата, която трябва да бъде замразена, естеството на нейното нагряване, условията на замръзване, температурата, конвекцията, условията на топлообмен, насищането с газ, вибрациите на хладилния агрегат , вентилация, нечистотии, изпарения и т.н. Може би дори от осветление... Следователно ефектът има много обяснения и понякога е труден за възпроизвеждане. Поради същата „резонансна“ причина преварената вода кипи по-бързо от непреварената вода - резонансът известно време след кипене запазва интензитета на вибрациите на водните молекули (загубата на енергия по време на охлаждане се дължи главно на загубата на кинетична енергия на линейното движение на молекулите ). При интензивно нагряване вибраторните молекули сменят ролите си с резонаторни молекули в сравнение със замръзване - честотата на вибраторите е по-малка от честотата на резонаторите, което означава, че между молекулите няма привличане, а отблъскване, което ускорява прехода към друг агрегатно състояние (двойка).

Влад, 11.12.2012 03:42

Разби ми мозъка...

Антон , 04.02.2013 02:02

1. Това пондеромоторно привличане наистина ли е толкова голямо, че да повлияе на процеса на пренос на топлина? 2. Това означава ли, че когато всички тела се нагреят до определена температура, техните структурни частици влизат в резонанс? 3. Защо този резонанс изчезва при охлаждане? 4. Това ли е вашето предположение? Ако има източник, посочете. 5. Според тази теория формата на съда ще играе важна роля и ако той е тънък и плосък, тогава разликата във времето за замразяване няма да е голяма, т.е. можете да го проверите.

Гудрат , 11.03.2013 10:12 | МЕТАК

Студената вода вече има азотни атоми и разстоянията между водните молекули са по-близки, отколкото в горещата вода. Тоест заключението: Горещата вода абсорбира азотните атоми по-бързо и в същото време бързо замръзва от студената вода - това е сравнимо с втвърдяването на желязото, тъй като горещата вода се превръща в лед, а горещото желязо се втвърдява при бързо охлаждане!

Владимир , 13.03.2013 06:50

или може би това: плътността на горещата вода и леда е по-малка от плътността на студената вода и следователно водата не трябва да променя плътността си, губейки известно време за това и замръзвайки.

Алексей Мишнев , 21.03.2013 11:50 ч

Преди да говорим за резонанси, привличане и вибрации на частиците, е необходимо да разберем и да отговорим на въпроса: Какви сили карат частиците да вибрират? Тъй като без кинетична енергия не може да има компресия. Без компресия не може да има разширение. Без разширение не може да има кинетична енергия! Когато започнете да говорите за резонанса на струните, първо сте направили усилие да накарате една от тези струни да започне да вибрира! Когато говорим за привличане, трябва преди всичко да посочим силата, която кара тези тела да се привличат! Потвърждавам, че всички тела са компресирани от електромагнитната енергия на атмосферата, която компресира всички тела, вещества и елементарни частицисъс сила 1,33 кг. не на cm2,а на елементарна частица.Тъй като налягането на атмосферата не може да бъде избирателно!Не го бъркайте с количеството сила!

Додик , 31.05.2013 02:59

Струва ми се, че сте забравили една истина - "Науката започва там, където започват измерванията." Каква е температурата на "топлата" вода? Каква е температурата на "студената" вода? Статията не казва нито дума за това. От това можем да заключим - цялата статия е глупост!

Григорий, 06/04/2013 12:17

Додик, преди да нарече една статия глупост, човек трябва да помисли да се научи поне малко. И не само мярка.

Дмитрий , 24.12.2013 г. 10:57 ч

Молекулите на гореща вода се движат по-бързо, отколкото в студена вода, поради това има по-близък контакт с околен свят, те изглежда поглъщат целия студ бързо забавяйки.

Иван, 10.01.2014 05:53

Изненадващо е, че такава анонимна статия се появи на този сайт. Статията е напълно ненаучна. И авторът, и коментаторите се надпреварваха в търсене на обяснение на явлението, без да си дават труда да разберат дали явлението изобщо се наблюдава и ако се наблюдава - при какви условия. Освен това дори няма съгласие какво всъщност наблюдаваме! Така авторът настоява за необходимостта да се обясни ефектът от бързото замразяване на горещ сладолед, въпреки че от целия текст (и думите „ефектът е открит при експерименти със сладолед“) следва, че той самият не е създавал такъв експерименти. От изброените в статията варианти на "обяснение" на явлението се вижда, че са описани съвсем различни експерименти, заложени в различни условияс различни водни разтвори. Както същността на обясненията, така и подчинителното наклонение в тях подсказват, че не е извършена дори елементарна проверка на изразените идеи. Някой случайно чу любопитна история и небрежно изрази спекулативното си заключение. Съжалявам, но това не е физическо научно изследване, а разговор в пушалня.

Иван , 01/10/2014 06:10

Относно коментарите в статията за пълнене на ролките с гореща вода и резервоари за студена шайба. Всичко е просто от гледна точка на елементарната физика. Пързалката се пълни с гореща вода само защото замръзва по-бавно. Пързалката трябва да е равна и гладка. Опитайте се да го напълните със студена вода - ще получите удари и "напливи", т.к. водата _бързо_ ще замръзне, без да има време да се разнесе в равномерен слой. И горещият ще има време да се разпространи в равномерен слой и ще разтопи съществуващите ледени и снежни неравности. С шайба също не е трудно: няма смисъл да се налива чиста вода в замръзване - тя замръзва върху стъкло (дори горещо); и гореща незамръзваща течност може да доведе до напукване на студено стъкло, плюс това ще има повишена точка на замръзване на стъклото поради ускореното изпаряване на алкохолите по пътя към стъклото (всеки ли е запознат с принципа на работа на лунната светлина все още? - алкохолът се изпарява, водата остава).

Иван , 01.10.2014 06:34

Но всъщност феноменът е глупаво да се питаме защо два различни експеримента при различни условия протичат по различен начин. Ако експериментът е настроен чисто, тогава трябва да вземете топла и студена вода със същия химичен състав - вземаме предварително охладена вряла вода от същия чайник. Изсипете в еднакви съдове (например чаши с тънки стени). Поставяме не върху снега, а върху същата равна, суха основа, например дървена маса. И не в микрофризер, а в достатъчно обемен термостат - проведох експеримент преди няколко години в страната, когато навън имаше стабилно мразовито време, около -25C. Водата кристализира при определена температура след отделяне на топлината на кристализация. Хипотезата се свежда до твърдението, че горещата вода се охлажда по-бързо (това е вярно, според класическата физика скоростта на топлообмен е пропорционална на температурната разлика), но поддържа повишена скорост на охлаждане, дори когато нейната температура е равна на температурата на студената вода . Въпросът е по какво вода, охладена до +20C навън, се различава от точно същата вода, охладена до +20C час преди това, но в стая? Класическата физика (между другото, базирана не на бърборене в стая за пушене, а на стотици хиляди и милиони експерименти) казва: да, нищо, по-нататъшната динамика на охлаждане ще бъде същата (само врящата вода ще достигне +20 точка по-късно ). И експериментът показва същото: когато в чаша с първоначално студена вода вече има твърда ледена кора, горещата вода дори не е помисляла да замръзне. P.S. Към коментарите на Юрий Кузнецов. Наличието на определен ефект може да се счита за установено, когато са описани условията за възникването му и той е устойчиво възпроизведен. И когато имаме неразбираеми експерименти с неизвестни условия, е преждевременно да се градят теории за тяхното обяснение и това не дава нищо с научна точкавизия. P.P.S. Е, невъзможно е да четете коментарите на Алексей Мишнев без сълзи на емоции - човек живее в някакъв измислен свят, който няма нищо общо с физиката и реалните експерименти.

Григорий, 13.01.2014 г. 10:58 ч

Иване, разбирам, че опровергаваш Мпемба ефекта? Не съществува, както показват вашите експерименти? Защо е толкова известен във физиката и защо мнозина се опитват да го обяснят?

Иван , 14.02.2014 01:51

Добър ден, Грегъри! Ефектът от нечисто инсцениран експеримент е налице. Но, както разбирате, това не е причина да се търсят нови модели във физиката, а причина да се подобри умението на експериментатора. Както вече отбелязах в коментарите, във всички споменати опити за обяснение на „ефекта на Мпемба“ изследователите дори не могат ясно да формулират какво точно и при какви условия измерват. И искате да кажете, че това са физици експериментатори? Не ме карай да се смея. Ефектът е известен не във физиката, а в псевдонаучните дискусии по различни форуми и блогове, от които морето е вече. Като реален физичен ефект (в смисъл като следствие от някакви нови физични закони, а не като следствие от неправилна интерпретация или просто мит), хората, които са далеч от физиката, го възприемат. Така че няма причина да се говори за единичен физически ефект за резултатите от различни експерименти, поставени при напълно различни условия.

Павел, 18.02.2014 09:59

хм, момчета... статия за "Speed ​​​​Info"... Без обиди... ;) Иван е прав за всичко...

Григорий, 19.02.2014 г. 12:50 ч

Иван, съгласен съм, че сега има много сайтове на почти научна тематика, които публикуват непроверени сензационни материали.? В крайна сметка ефектът от Mpemba все още се проучва. Освен това учените от университетите правят изследвания. Например през 2013 г. този ефект е изследван от група от Технологичния университет в Сингапур. Вижте връзката http://arxiv.org/abs/1310.6514. Те смятат, че са намерили обяснение за този ефект. Няма да пиша подробно за същността на откритието, но според тях ефектът е свързан с разликата в енергиите, съхранявани във водородните връзки.

Моисеева Н.П. , 19.02.2014 03:04 ч

За всички, които се интересуват от изследване на ефекта Mpemba, аз леко допълних материала на статията и предоставих връзки, където можете да се запознаете с последните резултати (вижте текста). Благодаря за коментарите

Илдар , 24.02.2014 04:12 | няма смисъл да изброявам всичко

Ако този ефект на Мпемба наистина се осъществява, тогава обяснението трябва да се търси според мен в молекулярната структура на водата. Водата (както разбрах от научно-популярната литература) съществува не като отделни H2O молекули, а като клъстери от няколко молекули (дори десетки). С повишаване на температурата на водата скоростта на движение на молекулите се увеличава, клъстерите се разпадат един срещу друг и валентните връзки на молекулите нямат време да съберат големи клъстери. Отнема малко повече време за образуване на клъстери, отколкото за забавяне на скоростта на молекулите. И тъй като клъстерите са по-малки, образуването на кристалната решетка е по-бързо. В студена вода, очевидно, големи, сравнително стабилни клъстери предотвратяват образуването на решетка; отнема известно време за тяхното унищожаване. Самият аз видях по телевизията любопитен ефект, когато студена вода, която стои тихо в буркан, остава течна няколко часа на студено. Но веднага щом бурканът беше вдигнат, тоест леко преместен от мястото му, водата в буркана веднага кристализира, стана непрозрачна и бурканът се спука. Е, свещеникът, който показа този ефект, го обясни с факта, че водата е осветена. Между другото, оказва се, че водата силно променя вискозитета си в зависимост от температурата. Ние, като големи същества, не забелязваме това, но на ниво малки (mm и по-малко) ракообразни и още повече бактерии, вискозитетът на водата е много важен фактор. Мисля, че този вискозитет също се определя от размера на водните клъстери.

СИВО , 15.03.2014 05:30ч

всичко наоколо, което виждаме, е повърхностни характеристики (свойства), така че приемаме за енергия само това, което можем да измерим или да докажем съществуването по някакъв начин, иначе е задънена улица. Това явление, ефектът на Мпемба, може да се обясни само с проста обемна теория, която ще обедини всички физически модели в една структура на взаимодействие. всъщност е просто

Никита, 06.06.2014 04:27 | кола

но как да накарате водата да остане студена и да не е топла, когато влизате в колата!

алексей, 03.10.2014 01:09

И ето още едно "откритие", в движение. Водата в пластмасова бутилка замръзва много по-бързо с отворена запушалка. В името на забавлението експериментирах много пъти в силна слана. Ефектът е очевиден. Здравейте теоретици!

Евгений , 27.12.2014 г. 08:40

Принципът на изпарителния охладител. Взимаме две херметически затворени бутилки със студена и топла вода. Слагаме на студено. Студената вода замръзва по-бързо. Сега вземаме същите бутилки със студена и гореща вода, отваряме и поставяме на студено. Топлата вода ще замръзне по-бързо от студената вода. Ако вземем два басейна със студена и топла вода, тогава горещата вода ще замръзне много по-бързо. Това се дължи на факта, че увеличаваме контакта с атмосферата. Колкото по-интензивно е изпарението, толкова по-бързо пада температурата. Тук е необходимо да се спомене факторът влажност. Колкото по-ниска е влажността, толкова по-силно е изпарението и толкова по-силно е охлаждането.

сив ТОМСК, 03/01/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - продължение Това, което знаете за температурата, не е всичко. Има нещо друго. Ако правилно съставите физически модел на температурата, тогава той ще стане ключът към описанието на енергийните процеси от дифузия, топене и кристализация до такива мащаби като повишаване на температурата с повишаване на налягането, увеличаване на налягането с повишаване на температурата. Дори физическият модел на енергията на Слънцето ще стане ясен от горното. Аз съм през зимата. . в ранната пролет на 20013 г., след като разгледах температурните модели, съставих общ температурен модел. След няколко месеца си спомних температурния парадокс и тогава разбрах... че моят температурен модел също описва парадокса на Мпемба. Това беше май-юни 2013 г. Година закъснение, но това е за добро. Моят физически модел е стоп рамка и може да се превърта както напред, така и назад и притежава двигателните умения на дейността, самата дейност, при която всичко се движи. Имам 8 класа училище и 2 години колеж с повтаряне на темата. Минаха 20 години. Така че не мога да припиша никакви физически модели на известни учени, както и формули. Много съжелявам.

Андрей , 08.11.2015 08:52

Като цяло имам представа защо топлата вода замръзва по-бързо от студената. И в моите обяснения всичко е много просто, ако се интересувате, тогава ми пишете имейл: [имейл защитен]

Андрей , 08.11.2015 08:58

Съжалявам, дадох грешна пощенска кутия, ето правилния имейл: [имейл защитен]

Виктор , 23.12.2015 10:37 ч

Струва ми се, че всичко е по-просто, сняг пада с нас, той е изпарен газ, охладен, така че може би в слана се охлажда по-бързо горещо, защото се изпарява и веднага кристализира далеч от издигане, а водата в газообразно състояние се охлажда по-бързо, отколкото в течност )

Бекжан , 28.01.2016 09:18

Дори някой да разкрие тези закони на света, които са свързани с този ефект, той няма да пише тук.От моя гледна точка не би било логично да разкрива тайните си на интернет потребителите, когато може да ги публикува в известни научни списания и докажи го сам пред хората.Та какво ще се пише за този ефект тук,цялото това мнозинство не е логично.)))

Алекс , 22.02.2016 12:48 ч

Здравейте експериментатори Прави сте като казвате, че науката започва там, където... не измерванията, а изчисленията. "Експеримент" - вечен и незаменим аргумент за лишените от въображение и линейно мислене. Обидени всички, сега в случая с E \u003d mc2 - всички ли си спомнят? Скоростта на молекулите, излитащи от студена вода в атмосферата, определя количеството енергия, което те отнасят от водата (охлаждане - загуба на енергия) Скоростта на молекулите от гореща вода е много по-висока и отнесената енергия е на квадрат (скоростта на охлаждане на останалата маса вода) Това е всичко, ако излезете от " експериментирането " и си спомните Основите на науката

Владимир , 25.04.2016 10:53 | Метео

В онези дни, когато антифризът беше рядкост, водата от охладителната система на автомобили в неотопляем гараж на автомобилен парк се източваше след работен ден, за да не се размрази цилиндровият блок или радиаторът - понякога и двете заедно. На сутринта се наля топла вода. При силен студ двигателите стартираха без проблеми. По някакъв начин поради липсата на топла вода се наля вода от чешмата. Водата веднага замръзна. Експериментът беше скъп - точно толкова, колкото струва закупуването и смяната на цилиндровия блок и радиатора на автомобил ЗИЛ-131. Който не вярва нека провери. и Мпемба експериментира със сладолед. В сладоледа кристализацията протича по различен начин, отколкото във водата. Опитайте да отхапете със зъби парче сладолед и парче лед. Най-вероятно не е замръзнал, а се е сгъстил в резултат на охлаждане. А прясната вода, независимо дали е топла или студена, замръзва при 0*C. Студената вода е бърза, но горещата вода се нуждае от време, за да се охлади.

Скитник , 06.05.2016 12:54 | на Алекс

"c" - скорост на светлината във вакуум E=mc^2 - формула, изразяваща еквивалентността на маса и енергия

Алберт, 27.07.2016 08:22

Първо, аналогия с твърди тела(няма процес на изпаряване). Наскоро запоени медни водопроводни тръби. Процесът се осъществява чрез нагряване на газовата горелка до температурата на топене на спойката. Времето за нагряване на една връзка със съединителя е приблизително една минута. Запоих едната връзка със съединителя и след няколко минути разбрах, че съм я запоил грешно. Отне малко, за да превъртите тръбата в съединителя. Започнах отново да загрявам фугата с горелка и учудващо отне 3-4 минути, за да загрея фугата до точката на топене. Как така!? В крайна сметка тръбата все още е гореща и изглежда, че е необходима много по-малко енергия, за да се загрее до точката на топене, но всичко се оказа точно обратното. Всичко се дължи на топлопроводимостта, която е много по-висока за вече загрята тръба и границата между нагрятата и студената тръба успя да се премести далеч от кръстовището за две минути. Сега за водата. Ще оперираме с понятията горещ и полунагрят съд. В горещ съд се образува тясна температурна граница между горещи, силно подвижни частици и бавно движещи се, студени, която се движи относително бързо от периферията към центъра, тъй като на тази граница бързите частици бързо предават енергията си (хладно ) от частици от другата страна на границата. Тъй като обемът на външните студени частици е по-голям, бързите частици, предавайки топлинната си енергия, не могат значително да загреят външните студени частици. Следователно процесът на охлаждане на гореща вода протича сравнително бързо. Полузагрятата вода, от друга страна, има много по-ниска топлопроводимост и ширината на границата между полузагрятите и студените частици е много по-широка. Преместването към центъра на такава широка граница става много по-бавно, отколкото в случая на горещ съд. В резултат на това горещ съд се охлажда по-бързо от топъл. Смятам, че е необходимо да се проследи динамиката на процеса на охлаждане на вода с различни температури, като се поставят няколко температурни сензора от средата до ръба на съда.

Макс , 19.11.2016 05:07

Проверено е: в Ямал, в слана, тръба с гореща вода замръзва и трябва да се затопли, но не студена!

Артем, 09.12.2016 01:25

Трудно е, но мисля, че студената вода е по-плътна от топлата, дори по-добра от преварената вода и тогава има ускорение при охлаждане, т.е. топлата вода стига студената температура и я изпреварва и като се има предвид, че топлата вода замръзва отдолу а не отгоре както е написано по-горе това доста ускорява процеса!

Александър Сергеев, 21.08.2017 10:52

Няма такъв ефект. уви През 2016 г. в Nature е публикувана подробна статия по темата: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect От нея става ясно, че ако експериментите се провеждат внимателно (ако пробите от топла и студена вода са същото във всичко, с изключение на температурата), ефектът не се наблюдава.

Headlab, 22.08.2017 05:31

Виктор , 27.10.2017 03:52 ч

"Наистина е." - ако училището не разбира какво представлява топлинният капацитет и законът за запазване на енергията. Лесно е да се провери - за това са ви необходими: желание, глава, ръце, вода, хладилник и будилник. А пързалките, както пишат експертите, се замразяват (пълнят) със студена вода, а с топла вода изравняват нарязания лед. А през зимата трябва да налеете антифриз в резервоара на шайбата, а не вода. Водата така или иначе ще замръзне, а студената вода ще замръзне по-бързо.

Ирина , 23.01.2018 10:58

С този парадокс се борят учени от цял ​​свят още от времето на Аристотел, а Виктор, Завлаб и Сергеев се оказват най-умни.

Денис , 01.02.2018 08:51

Всичко е точно в статията. Но причината е малко по-различна. В процеса на кипене въздухът, разтворен в него, се изпарява от водата, следователно, тъй като врящата вода се охлажда, в резултат на това нейната плътност ще бъде по-малка от тази на сурова вода със същата температура. Няма други причини за различната топлопроводимост освен различната плътност.

Headlab, 3.01.2018 08:58 | началник лаборатория

Ирина :), "учените от целия свят" не се борят с този "парадокс", за истинските учени този "парадокс" просто не съществува - това лесно се проверява в добре възпроизводими условия. "Парадоксът" се появи поради невъзпроизводимите експерименти на африканското момче Мпемба и беше раздухван от подобни "учени" :)

miroland, 23.03.2019 г. 07:20 ч

момче от Танзания, живеещо в сърцето на Африка, което, много вероятно, никога не е виждало сняг в очите си ... ;-D Нищо не бъркам ???)))

Сергей , 14.04.2019 02:02

Взимаме две еластични ленти, опъваме и двете, като едната е по-голяма от другата (аналогия с вътрешната енергия на студената и топлата вода), като в същото време освобождаваме единия край на еластичните ленти. Коя гума ще се свие по-бързо?

Артанис , 05/08/2019 03:34

Аз самият имах това преживяване. Сложих две еднакви чаши топла и студена вода във фризера. Студената замръзна много по-бързо. Горещият беше още малко топъл. Какво не е наред според моя опит?

Headlab, 05/09/2019 06:21 |

Артанис, с твоя опит "всичко е точно" :) - "Ефектът на Мпемба" не съществува при правилно проведен експеримент, който осигурява идентичност на условията на охлаждане за еднакви обеми вода само с различни начални температури. Поздравления - преминахте на страната на светлината, разума и триумфа на основните физични закони и започнахте да се отдалечавате от "сектата Мпемба", а феновете на YouTube клипове в стил "за какво ни лъгаха в часовете по физика" "... :)

Моисеева Н.П. , 16.05.2019 04:30 | гл. редактор

Прав си, много зависи от условията на експеримента. Но ако ефектът изобщо не се наблюдаваше, тогава нямаше да има изследвания и публикации в сериозни списания. Прочетохте ли бележката до края? Тук не се споменават видеоклипове в YouTube.

Headlab, 08/06/2019 05:26 | SlavOilGas-SouthNorthWestVostok-SintezWhatever

Наталия Петровна, ние живеем в епоха на „криза на възпроизводимостта“ в науката, когато, за да увеличат индекса на цитиране под лозунга „публикувай или загини“, „нещастните учени“ предпочитат да се състезават в измислянето на луди теории, за да обосноват очевидно съмнителни експериментални данни, вместо да отделите малко време и ресурси за проверка на тези данни, преди да седнете на чисто теоретична статия. Пример за такива "нещастни учени" са именно "физиците от Сингапур", които споменахте в статията - тяхната публикация не съдържа собствени експериментални данни, а само голи теоретични аргументи за възможното влияние на неясното явление "O:H-O Аномална релаксация на Бонд“ за процеса на аномално замръзване на водата, който е наблюдаван както от Франсис Бейкън, така и от Рене Декарт и дори от Аристотел още 350 години пр.н.е. ... И аз лично много се радвам, че Никола Брегович от Загребския университет получи своята награда от 1000 паунда от Кралското дружество по химия на Великобритания, след като измери доста физически обясними резултати без никакви аномалии на добро оборудване при възпроизводими условия и постави под въпрос тях като тромавите измервания на момчето Мпемба и неговите адепти и адекватността на онези, които се опитаха да поставят „теоретична основа“ под тези тромави експерименти.

Мпемба ефект(Парадокс на Мпемба) - парадокс, който гласи, че горещата вода при определени условия замръзва по-бързо от студената вода, въпреки че трябва да премине температурата на студената вода в процеса на замръзване. Този парадокс е експериментален факт, който противоречи на обичайните представи, според които при едни и същи условия на по-горещо тяло е необходимо повече време, за да се охлади до определена температура, отколкото на по-хладно тяло, за да се охлади до същата температура.

Това явление е забелязано навремето от Аристотел, Франсис Бейкън и Рене Декарт, но едва през 1963 г. танзанийският ученик Ерасто Мпемба установява, че горещата смес за сладолед замръзва по-бързо от студената.

Като ученик на Магамба гимназияв Танзания, Ерасто Мпемба го направи практическа работав кулинарното изкуство. Трябваше да направи домашен сладолед - да свари мляко, да разтвори в него захар, да го охлади до стайна температура и след това да го постави в хладилника да замръзне. Явно Мпемба не е бил особено прилежен ученик и е протакал първата част от задачата. Страхувайки се, че няма да стигне до края на урока, той сложи още горещото мляко в хладилника. За негова изненада то замръзва дори по-рано от млякото на другарите му, приготвено по зададена технология.

След това Мпемба експериментира не само с мляко, но и с обикновена вода. Във всеки случай, вече като ученик в гимназията Мквава, той попита професор Денис Осборн от университетския колеж в Дар ес Салам (поканен от директора на училището да изнесе лекция по физика на учениците) за водата: „Ако взимате два еднакви контейнера с равни обемивода, така че в едната от тях водата да има температура 35 ° C, а в другата - 100 ° C, и ги поставете във фризера, тогава във втората водата ще замръзне по-бързо. Защо?" Озбърн се заинтересува от този въпрос и скоро, през 1969 г., заедно с Мпемба, те публикуват резултатите от своите експерименти в списание Physics Education. Оттогава ефектът, който откриха, се нарича Мпемба ефект.

Досега никой не знае как точно да обясни този странен ефект. Учените нямат нито една версия, въпреки че има много. Всичко е свързано с разликата в свойствата на топлата и студената вода, но все още не е ясно кои свойства играят роля в този случай: разликата в преохлаждането, изпарението, образуването на лед, конвекцията или ефекта на втечнените газове върху водата при различни температури.

Парадоксът на ефекта Мпемба е, че времето, през което тялото се охлажда до температурата на околната среда, трябва да бъде пропорционално на температурната разлика между това тяло и околната среда. Този закон е установен от Нютон и оттогава е потвърден многократно в практиката. При същия ефект водата при 100°C се охлажда до 0°C по-бързо от същото количество вода при 35°C.

Това обаче все още не означава парадокс, тъй като ефектът на Мпемба може да бъде обяснен и в рамките на известната физика. Ето някои обяснения за ефекта Мпемба:

Изпарение

Горещата вода се изпарява по-бързо от съда, като по този начин намалява обема си, а по-малък обем вода със същата температура замръзва по-бързо. Водата, загрята до 100 C, губи 16% от масата си, когато се охлади до 0 C.

Ефектът на изпаряване е двоен ефект. Първо, масата на водата, необходима за охлаждане, е намалена. И второ, температурата намалява поради факта, че топлината на изпарение на прехода от водната фаза към парната фаза намалява.

температурна разлика

Поради факта, че температурната разлика между топлата вода и студения въздух е по-голяма - следователно топлообменът в този случай е по-интензивен и топлата вода се охлажда по-бързо.

хипотермия

Когато водата се охлади под 0 C, тя не винаги замръзва. При определени условия той може да претърпи свръхохлаждане, като същевременно продължава да остава течен при температури под точката на замръзване. В някои случаи водата може да остане течна дори при -20 C.

Причината за този ефект е, че за да започнат да се образуват първите ледени кристали, са необходими центрове за образуване на кристали. Ако не са в течна вода, тогава преохлаждането ще продължи, докато температурата спадне достатъчно, за да започнат спонтанно да се образуват кристали. Когато започнат да се образуват в свръхохладената течност, те ще започнат да растат по-бързо, образувайки ледена каша, която ще замръзне и ще образува лед.

Горещата вода е най-податлива на хипотермия, тъй като нагряването й елиминира разтворените газове и мехурчета, които от своя страна могат да служат като центрове за образуване на ледени кристали.

Защо хипотермията кара горещата вода да замръзва по-бързо? При студена вода, която не е преохладена, се получава следното. В този случай на повърхността на съда ще се образува тънък слой лед. Този слой лед ще действа като изолатор между водата и студения въздух и ще предотврати по-нататъшно изпарение. Скоростта на образуване на ледени кристали в този случай ще бъде по-малка. В случай на преохлаждане на гореща вода, преохладената вода няма защитен повърхностен слой от лед. Поради това той губи топлина много по-бързо през отворения връх.

Когато процесът на преохлаждане приключи и водата замръзне, се губи много повече топлина и следователно се образува повече лед.

Много изследователи на този ефект смятат хипотермията за основния фактор в случая на ефекта Mpemba.

Конвекция

Студената вода започва да замръзва отгоре, като по този начин влошава процесите на топлинно излъчване и конвекция, а оттам и загубата на топлина, докато горещата вода започва да замръзва отдолу.

Този ефект се обяснява с аномалия в плътността на водата. Водата има максимална плътност при 4 C. Ако охладите водата до 4 C и я поставите на по-ниска температура, повърхностният слой вода ще замръзне по-бързо. Тъй като тази вода е по-малко плътна от водата при 4°C, тя ще остане на повърхността, образувайки тънък студен слой. При тези условия на повърхността на водата за кратко време ще се образува тънък слой лед, но този слой лед ще служи като изолатор, защитаващ долните слоеве вода, които ще останат при температура от 4 C. Следователно , по-нататъшното охлаждане ще бъде по-бавно.

При топлата вода ситуацията е съвсем различна. Повърхностният слой вода ще се охлади по-бързо поради изпарение и по-голяма температурна разлика. Освен това слоевете студена вода са по-плътни от слоевете гореща вода, така че слоят студена вода ще потъне надолу, повдигайки слоя топла вода на повърхността. Тази циркулация на водата осигурява бързо понижаване на температурата.

Но защо този процес не достига до точката на равновесие? За да се обясни ефектът Mpemba от тази гледна точка на конвекцията, би било необходимо да се приеме, че студените и горещи слоеве вода са разделени и самият процес на конвекция продължава, след като средната температура на водата падне под 4 C.

Въпреки това, няма експериментални доказателства в подкрепа на тази хипотеза, че студените и горещите слоеве вода са разделени чрез конвекция.

газове, разтворени във вода

Водата винаги съдържа разтворени в нея газове - кислород и въглероден диоксид. Тези газове имат способността да понижават точката на замръзване на водата. Когато водата се нагрява, тези газове се отделят от водата, тъй като тяхната разтворимост във вода при висока температура е по-ниска. Следователно, когато горещата вода се охлажда, в нея винаги има по-малко разтворени газове, отколкото в незагрята студена вода. Следователно точката на замръзване на нагрятата вода е по-висока и тя замръзва по-бързо. Този фактор понякога се счита за основен при обяснението на ефекта Мпемба, въпреки че няма експериментални данни, потвърждаващи този факт.

Топлопроводимост

Този механизъм може да играе съществена ролякогато водата се поставя във фризера на хладилното отделение в малки съдове. При тези условия се наблюдава, че съдът с гореща вода разтапя леда на фризера под себе си, като по този начин подобрява топлинния контакт със стената на фризера и топлопроводимостта. В резултат на това топлината се отстранява по-бързо от резервоара за гореща вода, отколкото от студената. От своя страна контейнерът със студена вода не топи снега под него.

Всички тези (както и други) условия са изследвани в много експерименти, но недвусмислен отговор на въпроса - кои от тях осигуряват 100% възпроизвеждане на ефекта Mpemba - не е получен.

Така например през 1995 г. немският физик Давид Ауербах изследва влиянието на преохлаждането на водата върху този ефект. Той откри, че горещата вода, достигайки свръхохладено състояние, замръзва при по-висока температура от студената вода и следователно по-бързо от последната. Но студената вода достига преохладеното състояние по-бързо от горещата вода, като по този начин компенсира предишното забавяне.

В допълнение, резултатите на Ауербах противоречат на по-ранни данни, че горещата вода е в състояние да постигне повече преохлаждане поради по-малко центрове на кристализация. Когато водата се нагрява, разтворените в нея газове се отстраняват от нея, а при кипене някои разтворени в нея соли се утаяват.

Засега може да се твърди само едно - възпроизвеждането на този ефект по същество зависи от условията, при които се провежда експериментът. Именно защото не винаги се възпроизвежда.

О. В. Мосин

Литературенизточници:

„Топлата вода замръзва по-бързо от студената вода. Защо го прави?“, Джърл Уокър в The Amateur Scientist, Scientific American, том. 237, бр. 3, стр. 246-257; септември 1977 г.

„Замръзването на топла и студена вода“, Г.С. Кел в American Journal of Physics, Vol. 37, бр. 5, стр. 564-565; май 1969 г.

„Преохлаждане и ефектът на Мпемба“, Дейвид Ауербах, в American Journal of Physics, том. 63, бр. 10, стр. 882-885; октомври 1995 г.

„Ефектът Mpemba: Времената на замръзване на гореща и студена вода“, Charles A. Knight, в American Journal of Physics, том. 64, бр. 5, стр. 524; май 1996 г.

Много изследователи са излагали и излагат свои версии защо топлата вода замръзва по-бързо от студената. Изглежда парадоксално - в крайна сметка, за да замръзне, горещата вода първо трябва да се охлади. Фактът обаче си остава факт и учените го обясняват по различни начини.

В момента има няколко версии, които обясняват този факт:

  1. Тъй като изпарението в гореща вода е по-бързо, нейният обем намалява. По-малко количество вода със същата температура замръзва по-бързо.
  2. Фризерната част на хладилника е със снежна подплата. Съд с гореща вода топи снега отдолу. Това подобрява термичния контакт с фризера.
  3. Замразяването на студена вода, за разлика от горещата, започва отгоре. В този случай конвекцията и топлинното излъчване и следователно загубата на топлина се влошават.
  4. В студената вода има центрове на кристализация - вещества, разтворени в нея. С малкото им съдържание във вода заледяването е трудно, но в същото време е възможно преохлаждането му - когато е в течно състояние при минусови температури.

Въпреки че справедливо може да се каже, че този ефект не винаги се наблюдава. Студената вода често замръзва по-бързо от горещата вода.

При каква температура замръзва водата

Защо водата изобщо замръзва? Съдържа определено количество минерални или органични частици. Това например могат да бъдат много фини частици пясък, прах или глина. Когато температурата на въздуха спадне, тези частици се превръщат в центрове, около които се образуват ледени кристали.

Ролята на кристализационни ядра могат да изпълняват и въздушни мехурчета и пукнатини в контейнер, съдържащ вода. Скоростта на процеса на превръщане на водата в лед до голяма степен се влияе от броя на такива центрове - ако има много от тях, течността замръзва по-бързо. При нормални условия, с нормално атмосферно налягане, водата преминава в в твърдо състояниетечност при 0 градуса.

Същността на ефекта Мпемба

Ефектът на Мпемба се разбира като парадокс, чиято същност е, че при определени обстоятелства горещата вода замръзва по-бързо от студената. Това явление е забелязано от Аристотел и Декарт. Въпреки това, едва през 1963 г. Ерасто Мпемба, ученик от Танзания, установи, че горещият сладолед замръзва за по-кратко време от студения сладолед. Той направи такова заключение, докато изпълняваше задачата за готвене.

Той трябваше да разтвори захар в сварено мляко и след като го охлади, да го постави в хладилника да замръзне. Очевидно Мпемба не се отличаваше със специално усърдие и започна да изпълнява първата част от задачата късно. Затова той не изчака млякото да изстине, а го постави в хладилника горещо. Той беше много изненадан, когато замръзна дори по-бързо от това на съучениците му, които свършиха работата по зададената технология.

Този факт много заинтересува младежа и той започна експерименти с обикновена вода. През 1969 г. списанието Physics Education публикува резултатите от изследването на Mpemba и професор Dennis Osborn от университета в Дар ес Салаам. Ефектът, който описват, е наречен Mpemba. И до днес обаче няма ясно обяснение на феномена. Всички учени са съгласни, че основната роля за това играят разликите в свойствата на охладената и топлата вода, но какво точно е неизвестно.

Сингапурска версия

Физиците от един от сингапурските университети също се интересуваха от въпроса коя вода замръзва по-бързо - гореща или студена? Екип от изследователи, ръководен от Си Джан, обясни този парадокс именно със свойствата на водата. Всички все още знаят състава на водата от училище - един атом кислород и два атома водород. Кислородът до известна степен извлича електрони от водорода, така че молекулата е определен вид "магнит".

В резултат на това някои молекули във водата са леко привлечени една към друга и са обединени от водородна връзка. Силата му е в пъти по-ниска от ковалентната връзка. Сингапурски изследователи смятат, че обяснението на парадокса Мпемба се крие именно във водородните връзки. Ако водните молекули са поставени много близо една до друга, тогава такова силно взаимодействие между молекулите може да деформира ковалентната връзка в средата на самата молекула.

Но когато водата се нагрява, свързаните молекули се отдалечават леко една от друга. В резултат на това се получава релаксация в средата на молекулите. ковалентни връзкис връщане на излишната енергия и преминаване към по-ниска енергийно ниво. Това води до факта, че горещата вода започва да се охлажда бързо. Поне така се показва теоретични изчисленияпроведено от учени от Сингапур.

Незабавно замразяване на водата - 5 невероятни трика: Видео

Водата е една от най-удивителните течности в света, която има необичайни свойства. Например, ледът е твърдо състояние на течност, има специфично тегло по-ниско от самата вода, което е направило много възможна появаи развитието на живота на земята. Освен това в почти научния и наистина в научния свят има дискусии за това коя вода замръзва по-бързо - гореща или студена. Който докаже по-бързо замразяване на гореща течност при определени условия и научно обоснове решението си, ще получи награда от £1000 от Британското кралско дружество на химиците.

Заден план

Фактът, че при редица условия топлата вода изпреварва студената вода по отношение на скоростта на замръзване, е забелязан още през Средновековието. Франсис Бейкън и Рене Декарт са положили много усилия, за да обяснят този феномен. От гледна точка на класическата топлотехника обаче този парадокс не може да бъде обяснен и те се опитаха срамежливо да го премълчат. Импулсът за продължаването на спора беше донякъде любопитна история, която се случи с танзанийския ученик Ерасто Мпемба (Erasto Mpemba) през 1963 г. Веднъж, по време на урок по приготвяне на десерти в училище по готварство, едно момче, разсеяно от други неща, нямаше време да охлади сместа за сладолед навреме и постави разтвор на захар в горещо мляко във фризера. За негова изненада продуктът се охлади малко по-бързо от този на неговите съученици, които спазваха температурния режим за приготвяне на сладолед.

Опитвайки се да разбере същността на явлението, момчето се обърна към учител по физика, който, без да навлиза в подробности, осмива кулинарните му експерименти. Въпреки това, Ерасто се отличава със завидна постоянство и продължава експериментите си вече не върху мляко, а върху вода. Той се увери, че в някои случаи топлата вода замръзва по-бързо от студената.

Постъпвайки в университета в Дар ес Салам, Ерасто Мпембе посещава лекция на професор Денис Г. Осбърн. След дипломирането студентът озадачи учения с проблема за скоростта на замръзване на водата в зависимост от нейната температура. Д.Г. Озбърн се подигра на самото поставяне на въпроса, заявявайки с апломб, че всеки губещ знае, че студената вода ще замръзне по-бързо. Но естествената упоритост на младия мъж се усети. Той се обзаложи с професора, предлагайки да проведе експериментално изследване тук, в лабораторията. Erasto постави два контейнера с вода във фризера, единият при 95°F (35°C), а другият при 212°F (100°C). Каква беше изненадата на професора и околните "фенове", когато водата във втория контейнер замръзна по-бързо. Оттогава това явление се нарича "Парадоксът на Мпемба".

Към днешна дата обаче няма последователна теоретична хипотеза, обясняваща „парадокса на Мпемба“. Не е ясно какви външни фактори химичен съставвода, наличието на разтворени газове и минерали в нея влияят върху скоростта на замръзване на течности при различни температури. Парадоксът на "Ефекта на Мпемба" е, че той противоречи на един от законите, открити от И. Нютон, който гласи, че времето за охлаждане на водата е право пропорционално на температурната разлика между течността и околната среда. И ако всички други течности са напълно подчинени на този закон, то водата в някои случаи е изключение.

Защо горещата вода замръзва по-бързо?T

Има няколко версии защо топлата вода замръзва по-бързо от студената. Основните са:

  • горещата вода се изпарява по-бързо, докато нейният обем намалява, а по-малък обем течност се охлажда по-бързо - когато водата се охлажда от + 100 ° С до 0 ° С, загубите на обем при атмосферно налягане достигат 15%;
  • интензитетът на топлообмен между течността и околната среда е толкова по-висок, колкото по-голяма е температурната разлика, така че загубата на топлина от вряща вода преминава по-бързо;
  • когато горещата вода се охлади, на повърхността й се образува ледена кора, която предотвратява пълното замръзване и изпаряване на течността;
  • при висока температура на водата се получава нейното конвекционно смесване, което намалява времето за замръзване;
  • газовете, разтворени във вода, понижават точката на замръзване, отнемайки енергия за образуване на кристали - в горещата вода няма разтворени газове.

Всички тези условия са били подложени на многократна експериментална проверка. По-специално, немският учен Дейвид Ауербах установи, че температурата на кристализация на горещата вода е малко по-висока от тази на студената вода, което прави възможно по-бързото замразяване на първата. По-късно обаче експериментите му са критикувани и много учени са убедени, че „Ефектът на Мпемба“, за който водата замръзва по-бързо - гореща или студена, може да се възпроизведе само при определени условия, които никой досега не е търсил и конкретизирал.