Internet marketer, urednik stranice "Na pristupačnom jeziku"
Datum objave: 21.11.2017

« Koja se voda brže smrzava hladna ili topla?”- pokušajte postaviti pitanje svojim prijateljima, vjerojatno će većina njih odgovoriti da se hladna voda brže smrzava - i pogriješiti.

Naime, ako u zamrzivač istovremeno stavite dvije posude istog oblika i volumena, od kojih će jedna imati hladnu vodu, a druga vruću, tada će se brže smrznuti. Vruća voda.

Takva se izjava može činiti apsurdnom i nerazumnom. Logično, topla voda se prvo mora ohladiti na hladnu temperaturu, a hladna bi se već tada trebala pretvoriti u led.

Zašto topla voda prestiže hladnu na svom putu do smrzavanja? Pokušajmo to shvatiti.

Povijest opažanja i istraživanja

Ljudi su od davnina promatrali paradoksalni učinak, ali nitko mu nije pridavao veliku važnost. Tako su Arestotel, kao i Rene Descartes i Francis Bacon u svojim bilješkama primijetili nedosljednosti u brzini smrzavanja hladne i tople vode. Neobična pojava često se manifestirala u svakodnevnom životu.

Dugo vremena fenomen nije proučavan ni na koji način i nije izazvao veliki interes među znanstvenicima.

Proučavanje neobičnog učinka počelo je 1963. godine, kada je radoznali student iz Tanzanije, Erasto Mpemba, primijetio da se vruće mlijeko za sladoled smrzava brže od hladnog. U nadi da će dobiti objašnjenje razloga neobičnog učinka, mladić je pitao svog profesora fizike u školi. Međutim, učiteljica mu se samo nasmijala.

Kasnije je Mpemba ponovio eksperiment, ali u svom eksperimentu više nije koristio mlijeko, već vodu, te se paradoksalni učinak opet ponovio.

Šest godina kasnije, 1969., Mpemba je ovo pitanje postavio profesoru fizike Dennisu Osborneu, koji je došao u njegovu školu. Profesor je bio zainteresiran za promatranje mladića, kao rezultat toga, proveden je eksperiment koji je potvrdio prisutnost učinka, ali razlozi za ovaj fenomen nisu utvrđeni.

Od tada se taj fenomen naziva Mpemba učinak.

Kroz povijest znanstvenih promatranja iznesene su mnoge hipoteze o uzrocima pojave.

Tako će 2012. godine Britansko kraljevsko kemijsko društvo objaviti natječaj hipoteza za objašnjenje efekta Mpemba. U natjecanju su sudjelovali znanstvenici iz cijeloga svijeta, ukupno ih je bilo prijavljeno 22.000 znanstveni radovi. Unatoč tako impresivnom broju članaka, nijedan od njih nije razjasnio Mpemba paradoks.

Najčešća je bila verzija prema kojoj se topla voda brže smrzava, budući da jednostavno brže isparava, njen volumen postaje manji, a kako se volumen smanjuje, brzina njezinog hlađenja raste. Najčešća verzija je na kraju opovrgnuta jer je proveden eksperiment u kojem je isključeno isparavanje, no učinak je ipak potvrđen.

Drugi su znanstvenici vjerovali da je razlog Mpemba efekta isparavanje plinova otopljenih u vodi. Po njihovom mišljenju, tijekom procesa zagrijavanja plinovi otopljeni u vodi isparavaju, zbog čega ona dobiva veću gustoću od hladne vode. Kao što je poznato, povećanje gustoće dovodi do promjene fizička svojstva vode (povećanje toplinske vodljivosti), a time i povećanje brzine hlađenja.

Osim toga, iznesene su brojne hipoteze koje opisuju brzinu cirkulacije vode kao funkciju temperature. U mnogim istraživanjima pokušao se utvrditi odnos između materijala posuda u kojima se tekućina nalazila. Mnoge su se teorije činile vrlo uvjerljivima, ali se nisu mogle znanstveno potvrditi zbog nedostatka početnih podataka, kontradikcija u drugim eksperimentima ili zbog činjenice da identificirani faktori jednostavno nisu bili usporedivi s brzinom hlađenja vode. Neki su znanstvenici u svojim radovima doveli u pitanje postojanje efekta.

Godine 2013. istraživači iz Tehnološko sveučilište Nanyang iz Singapura tvrdio je da je riješio misterij Mpemba efekta. Prema njihovoj studiji, razlog fenomena leži u činjenici da se količina energije pohranjene u vodikovim vezama između molekula hladne i tople vode značajno razlikuje.

Metode računalne simulacije pokazale su sljedeće rezultate: što je viša temperatura vode, to je veći razmak između molekula zbog činjenice da se povećavaju odbojne sile. Posljedično, vodikove veze molekula su rastegnute, pohranjujući više energije. Kada se ohlade, molekule se počinju približavati jedna drugoj, oslobađajući energiju iz vodikovih veza. U ovom slučaju oslobađanje energije prati smanjenje temperature.

U listopadu 2017. godine španjolski fizičari su tijekom još jedne studije otkrili da veliku ulogu u nastanku efekta igra uklanjanje materije iz ravnoteže (jako zagrijavanje prije jakog hlađenja). Odredili su uvjete pod kojima je vjerojatnost učinka maksimalna. Osim toga, znanstvenici iz Španjolske potvrdili su postojanje obrnutog efekta Mpemba. Otkrili su da kada se zagrije, hladniji uzorak može postići visoku temperaturu brže od toplog.

Unatoč iscrpnim informacijama i brojnim eksperimentima, znanstvenici namjeravaju nastaviti proučavati učinak.

Mpemba efekt u stvarnom životu

Jeste li se ikada zapitali zašto se zimi klizalište puni toplom vodom, a ne hladnom? Kao što ste već shvatili, oni to rade jer će se klizalište ispunjeno vrućom vodom brže smrznuti nego da je napunjeno hladnom vodom. Iz istog razloga se tobogani u zimskim ledenim gradovima polijevaju vrućom vodom.

Dakle, znanje o postojanju fenomena omogućuje ljudima da uštede vrijeme pri pripremi mjesta za zimske sportove.

Osim toga, Mpemba efekt se ponekad koristi u industriji - za smanjenje vremena smrzavanja proizvoda, tvari i materijala koji sadrže vodu.

To je istina, iako zvuči nevjerojatno, jer u procesu zamrzavanja prethodno zagrijana voda mora proći temperaturu hladne vode. U međuvremenu, ovaj se učinak naširoko koristi. Na primjer, klizališta i tobogani se zimi pune toplom vodom umjesto hladnom. Stručnjaci savjetuju vozačima da zimi u spremnik perilice toče hladnu, a ne toplu vodu. Paradoks je u svijetu poznat kao "Mpemba efekt".

Ovu su pojavu svojedobno spominjali Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, no tek su 1963. profesori fizike obratili pažnju na nju i pokušali je istražiti. Sve je počelo kada je tanzanijski školarac Erasto Mpemba primijetio da se zaslađeno mlijeko koje je koristio za izradu sladoleda brže skrućuje ako se prethodno zagrije te je rekao da se vruća voda smrzava brže od hladne vode. Za pojašnjenje se obratio profesoru fizike, no on se učeniku samo nasmijao rekavši sljedeće: "Ovo nije svjetska fizika, nego fizika Mpembe."

Srećom, Dennis Osborn, profesor fizike sa Sveučilišta Dar es Salaam, jednog je dana posjetio školu. I Mpemba mu se obratio s istim pitanjem. Profesor je bio manje skeptičan, rekao je da ne može suditi o onome što nikad nije vidio, a po povratku kući zamolio je osoblje da provede odgovarajuće pokuse. Čini se da su potvrdili dječakove riječi. U svakom slučaju, Osborne je 1969. godine govorio o radu s Mpembom u časopisu „Eng. FizikaObrazovanje". Iste godine, George Kell iz kanadskog Nacionalnog istraživačkog vijeća objavio je članak u kojem opisuje fenomen na engleskom jeziku. američkiČasopisodFizika».

Postoji nekoliko mogućih objašnjenja za ovaj paradoks:

• Vruća voda brže isparava, čime se smanjuje njezin volumen, a manji volumen vode iste temperature se brže smrzava. U hermetički zatvorenim posudama hladna bi se voda trebala brže smrzavati.
• Prisutnost snježne obloge. Spremnik tople vode otapa snijeg ispod njega, čime se poboljšava toplinski kontakt s rashladnom površinom. Hladna voda ne topi snijeg pod sobom. Bez snježne obloge, posuda s hladnom vodom trebala bi se brže zamrznuti.
• Hladna voda počinje se smrzavati odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok se topla voda počinje smrzavati odozdo. Uz dodatno mehaničko miješanje vode u posudama, hladna bi se voda trebala brže smrzavati.
• Prisutnost centara kristalizacije u ohlađenoj vodi - tvari otopljene u njoj. Uz mali broj takvih centara u hladnoj vodi, pretvaranje vode u led je otežano, a moguće je čak i njeno prehlađenje kada ostaje u tekućem stanju, imajući temperaturu ispod nule.

Nedavno je objavljeno još jedno objašnjenje. Doktor Jonathan Katz sa Sveučilišta Washington istraživao je ovaj fenomen i zaključio da važnu ulogu u njemu imaju tvari otopljene u vodi, koje se zagrijavanjem talože.
Pod otopljenim tvari dr Katz se odnosi na kalcijeve i magnezijeve bikarbonate koji se nalaze u tvrdoj vodi. Kada se voda zagrijava, te tvari se talože, voda postaje "meka". Voda koja se nikada nije zagrijavala sadrži ove nečistoće i "tvrda je". Kako se smrzava i stvaraju se kristali leda, koncentracija nečistoća u vodi povećava se 50 puta. Time se snižava točka smrzavanja vode.

Ovo mi se objašnjenje ne čini uvjerljivim jer. ne smijemo zaboraviti da je učinak pronađen u pokusima sa sladoledom, a ne s tvrdom vodom. Najvjerojatnije su uzroci pojave termofizički, a ne kemijski.

Do sada nije dobiveno nedvosmisleno objašnjenje paradoksa Mpemba. Moram reći da neki znanstvenici ne smatraju ovaj paradoks vrijednim pažnje. Međutim, vrlo je zanimljivo da je jednostavan školarac postigao priznanje fizičkog učinka i stekao popularnost zbog svoje znatiželje i upornosti.

Dodano veljača 2014

Bilješka je napisana 2011. Od tada su se pojavile nove studije Mpemba efekta i novi pokušaji da se on objasni. Tako je 2012. objavilo Kraljevsko kemijsko društvo Velike Britanije međunarodno natjecanje riješiti znanstveni misterij "Mpemba efekta" s nagradnim fondom od 1000 funti. Rok je bio 30. srpnja 2012. godine. Pobijedio je Nikola Bregovik iz laboratorija Sveučilišta u Zagrebu. Objavio je svoj rad, u kojem je analizirao dosadašnje pokušaje objašnjenja ovog fenomena i došao do zaključka da nisu bili uvjerljivi. Model koji je predložio temelji se na temeljnim svojstvima vode. Zainteresirani mogu pronaći posao na http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Istraživanje tu nije završilo. 2013. godine fizičari iz Singapura teoretski su dokazali uzrok Mepemba efekta. Rad se može pronaći na http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Povezani članci na web mjestu:

Ostali članci odjeljka

Komentari:

Aleksej Mišnjev. , 06.10.2012 04:14

Zašto topla voda brže isparava? Znanstvenici su praktično dokazali da se čaša tople vode smrzava brže od hladne vode. Znanstvenici ne mogu objasniti ovaj fenomen iz razloga što ne razumiju suštinu fenomena: topline i hladnoće! Toplina i hladnoća fizički su osjećaji uzrokovani međudjelovanjem čestica materije, u obliku protukompresije magnetskih valova koji se kreću sa strane svemira i iz središta Zemlje. Dakle, što je veća potencijalna razlika ovog magnetskog napona, to se brže odvija izmjena energije metodom protuprodora jednog vala u drugi. Odnosno difuzijom! U odgovoru na moj članak jedan oponent piše: 1) “..Vruća voda BRŽE isparava, zbog čega je ima manje, pa se brže smrzava” Pitanje! Koja energija potiče brže isparavanje vode? 2) U mom članku je riječ o čaši, a ne o drvenom koritu, što protivnik navodi kao protuargument. Što nije točno! Odgovaram na pitanje: “IZ KOGA RAZLOGA ISPARUJE VODA U PRIRODI?” Magnetski valovi, koji se uvijek kreću iz središta Zemlje u svemir, svladavajući protupritisak valova magnetske kompresije (koji se uvijek kreću iz svemira prema središtu Zemlje), u isto vrijeme prskaju čestice vode, od kretanja u svemir , povećavaju volumen. Odnosno, proširiti! U slučaju svladavanja magnetskih valova kompresije, te se vodene pare sabijaju (kondenziraju) i pod utjecajem tih magnetskih kompresijskih sila voda se vraća u tlo u obliku oborine! Iskreno! Aleksej Mišnjev. 6. listopada 2012.

Aleksej Mišnjev. , 06.10.2012 04:19

Što je temperatura. Temperatura je stupanj elektromagnetskog naprezanja magnetskih valova s ​​energijom kompresije i ekspanzije. U slučaju ravnotežnog stanja ovih energija, temperatura tijela ili tvari je u stabilnom stanju. Poremeti li se ravnotežno stanje tih energija, prema energiji širenja, tijelo ili tvar povećavaju volumen prostora. U slučaju prekoračenja energije magnetskih valova u smjeru kompresije, tijelo ili tvar se smanjuje u volumenu prostora. Stupanj elektromagnetskog naprezanja određen je stupnjem širenja ili skupljanja referentnog tijela. Aleksej Mišnjev.

Mojsejeva Natalija, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, govorite o nekom članku koji iznosi vaša razmišljanja o pojmu temperature. Ali nitko to nije pročitao. Molim te daj mi link. Općenito, vaši pogledi na fiziku vrlo su osebujni. Nikad nisam čuo za "elektromagnetsko širenje referentnog tijela".

Jurij Kuznjecov , 4.12.2012 12:32

Predložena je hipoteza da je to rad međumolekularne rezonancije i ponderomotornog privlačenja između molekula koje ona stvara. U hladnoj vodi molekule se kreću i vibriraju nasumično, s različitim frekvencijama. Zagrijavanjem vode, s povećanjem frekvencije oscilacija, njihov raspon se sužava (smanjuje se razlika frekvencija od tekuće vruće vode do točke isparavanja), frekvencije oscilacija molekula se međusobno približavaju, zbog čega dolazi do rezonancije. između molekula. Kada se ohladi, ova rezonanca je djelomično očuvana, ne izumire odmah. Pokušajte pritisnuti jednu od dvije žice gitare koje su u rezonanciji. Sada pustite - žica će ponovno početi vibrirati, rezonancija će obnoviti svoje vibracije. Dakle, u smrznutoj vodi vanjske ohlađene molekule pokušavaju izgubiti amplitudu i frekvenciju vibracija, ali "tople" molekule unutar posude "povlače" vibracije natrag, djeluju kao vibratori, a one vanjske kao rezonatori. Između vibratora i rezonatora nastaje ponderomotorna privlačnost*. Kada ponderomotorna sila postane veća od sile uzrokovane kinetičkom energijom molekula (koje ne samo da vibriraju, već se i gibaju linearno), dolazi do ubrzane kristalizacije - "Mpemba efekt". Ponderomotorna veza je vrlo nestabilna, Mpemba efekt jako ovisi o svim popratnim čimbenicima: volumenu vode koju treba zamrznuti, prirodi njezinog zagrijavanja, uvjetima smrzavanja, temperaturi, konvekciji, uvjetima izmjene topline, zasićenosti plinom, vibracijama hladnjaka. jedinica, ventilacija, nečistoće, isparavanje itd. Možda čak i od rasvjete... Stoga učinak ima mnogo objašnjenja i ponekad ga je teško reproducirati. Iz istog "rezonantnog" razloga, prokuhana voda kuha brže od neprokuhane vode - rezonancija neko vrijeme nakon vrenja zadržava intenzitet vibracija molekula vode (gubitak energije tijekom hlađenja je uglavnom zbog gubitka kinetičke energije linearnog gibanja molekula ). Intenzivnim zagrijavanjem molekule vibratora mijenjaju uloge s molekulama rezonatora u usporedbi sa smrzavanjem - frekvencija vibratora manja je od frekvencije rezonatora, što znači da između molekula ne postoji privlačnost, već odbijanje, što ubrzava prijelaz u drugu. agregatno stanje (par).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Slomio mi mozak...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Je li ta ponderomotorna privlačnost doista toliko velika da utječe na proces prijenosa topline? 2. Znači li to da kada se sva tijela zagriju na određenu temperaturu, njihove strukturne čestice ulaze u rezonanciju? 3. Zašto ta rezonancija nestaje nakon hlađenja? 4. Je li ovo vaša pretpostavka? Ako postoji izvor, navedite. 5. Prema ovoj teoriji, oblik posude će igrati važnu ulogu, a ako je tanka i ravna, tada razlika u vremenu zamrzavanja neće biti velika, t.j. možete provjeriti.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Hladna voda već ima atome dušika i udaljenosti između molekula vode su manje nego u vrućoj vodi. Odnosno zaključak: Vruća voda brže apsorbira atome dušika i pritom se brže smrzava od hladne vode - to je usporedivo s otvrdnjavanjem željeza, jer se vruća voda pretvara u led, a vruće željezo otvrdnjava naglim hlađenjem!

Vladimir , 13.03.2013 06:50

ili možda ovo: gustoća tople vode i leda manja je od gustoće hladne vode, pa stoga voda ne treba mijenjati svoju gustoću, gubi neko vrijeme na to i smrzava se.

Alexey Mishnev , 21.3.2013. 11:50

Prije nego što govorimo o rezonancijama, privlačenju i vibracijama čestica, potrebno je razumjeti i odgovoriti na pitanje: Koje sile tjeraju čestice da titraju? Budući da bez kinetičke energije ne može doći do kompresije. Bez kompresije ne može biti ekspanzije. Bez širenja ne može biti kinetičke energije! Kad počnete govoriti o rezonanciji žica, prvo ste se potrudili da jedna od tih žica počne vibrirati! Kada govorimo o privlačnosti, prije svega morate navesti silu koja tjera ova tijela da se privlače! Potvrđujem da su sva tijela komprimirana elektromagnetskom energijom atmosfere koja komprimira sva tijela, tvari i elementarne čestice silom od 1,33 kg. ne po cm2 nego po elementarnoj čestici.Pošto tlak atmosfere ne može biti selektivan!Nemojte ga brkati s količinom sile!

Dodik , 31.05.2013 02:59

Čini mi se da ste zaboravili jednu istinu - "Znanost počinje tamo gdje počinju mjerenja." Kolika je temperatura "vruće" vode? Kolika je temperatura "hladne" vode? Članak o tome ne govori ni riječi. Iz ovoga možemo zaključiti - cijeli članak je sranje!

Grigorij, 06/04/2013 12:17

Dodik, prije nego se neki članak nazove glupošću, mora se razmisliti da se bar malo nauči. I ne samo mjeriti.

Dmitry , 24.12.2013 10:57

Molekule tople vode kreću se brže nego u hladnoj vodi, zbog toga postoji bliži kontakt s okoliš, čini se da apsorbiraju svu hladnoću brzo usporavajući.

Ivan, 10.01.2014 05:53

Iznenađujuće je da se na ovim stranicama pojavio takav anonimni članak. Članak je potpuno neznanstven. I autor i komentatori natjecali su se u traženju objašnjenja fenomena, ne obazirući se na to da li se fenomen uopće promatra, a ako se promatra, pod kojim uvjetima. Štoviše, ne postoji čak ni dogovor o tome što zapravo promatramo! Dakle, autor inzistira na potrebi objašnjenja učinka brzog smrzavanja vrućeg sladoleda, iako iz cijelog teksta (i riječi "učinak je utvrđen u pokusima sa sladoledom") proizlazi da on sam nije postavio takav eksperimenti. Iz varijanti "objašnjenja" fenomena navedenih u članku vidljivo je da su opisani potpuno različiti eksperimenti postavljeni u različitim uvjetima s različitim vodene otopine. I suština objašnjenja i konjunktivno raspoloženje u njima sugeriraju da nije provedena čak ni elementarna provjera iznesenih ideja. Netko je slučajno čuo neobičnu priču i ležerno iznio svoj spekulativni zaključak. Oprostite, ali ovo nije fizikalna znanstvena studija, već razgovor u sobi za pušenje.

Ivan , 01.10.2014 06:10

Što se tiče komentara u članku o punjenju valjaka spremnicima tople vode i hladnog pranja. Sve je jednostavno sa stajališta elementarne fizike. Klizalište se puni vrelom vodom samo zato što se sporije smrzava. Klizalište mora biti ravno i glatko. Pokušajte ga napuniti hladnom vodom - dobit ćete neravnine i "priljeve", jer. voda će se _brzo_ smrznuti bez vremena da se rasporedi u ravnomjernom sloju. A vruć će imati vremena da se ravnomjerno rasporedi i otopit će postojeće neravnine leda i snijega. S perilicom također nije teško: nema smisla sipati čistu vodu na hladnoću - smrzava se na staklu (čak i vrućem); i topla tekućina koja se ne smrzava može dovesti do pucanja hladnog stakla, plus će imati povišenu točku ledišta na staklu zbog ubrzanog isparavanja alkohola na putu do stakla (da li je svima poznat princip rada mjesečine još uvijek? - alkohol ispari, voda ostane).

Ivan, 10.01.2014 06:34

No, zapravo fenomen, glupo je pitati se zašto dva različita eksperimenta u različitim uvjetima teku različito. Ako je eksperiment postavljen čisto, tada trebate uzeti toplu i hladnu vodu istog kemijskog sastava - uzimamo prethodno ohlađenu kipuću vodu iz istog kuhala za vodu. Ulijte u identične posude (na primjer, čaše s tankim stijenkama). Ne stavljamo na snijeg, već na istu ravnomjernu suhu podlogu, na primjer, drveni stol. I to ne u mikrozamrzivaču, već u dovoljno voluminoznom termostatu - proveo sam eksperiment prije nekoliko godina u zemlji, kada je vani bilo stabilno mrazno vrijeme, oko -25C. Voda kristalizira na određenoj temperaturi nakon oslobađanja topline kristalizacije. Hipoteza se svodi na tvrdnju da se topla voda brže hladi (to je istina, u skladu s klasičnom fizikom, brzina prijenosa topline proporcionalna je temperaturnoj razlici), ali održava povećanu brzinu hlađenja čak i kada je njezina temperatura jednaka temperaturi hladne vode. Postavlja se pitanje kako se voda koja se vani ohladila na temperaturu od +20C razlikuje od potpuno iste vode koja se prije sat vremena ohladila na temperaturu od +20C, ali u prostoriji? Klasična fizika (usput, ne temelji se na brbljanju u sobi za pušenje, već na stotinama tisuća i milijunima eksperimenata) kaže: da, ništa, daljnja dinamika hlađenja bit će ista (samo će kipuća voda kasnije doseći točku +20). ). I pokus pokazuje isto: kad se u čaši isprva hladne vode već nalazi čvrsta korica leda, vruća voda nije ni pomišljala na smrzavanje. p.s. Na komentare Jurija Kuznjecova. Prisutnost određenog učinka može se smatrati utvrđenom kada su opisani uvjeti za njegovu pojavu i stabilno reproduciran. A kada imamo neshvatljive eksperimente s nepoznatim uvjetima, preuranjeno je graditi teorije o njihovom objašnjenju, a to ne daje ništa s znanstvena točka vizija. P.P.S. Pa, nemoguće je čitati komentare Alekseja Mišneva bez suza emocija - osoba živi u nekakvom izmišljenom svijetu koji nema nikakve veze s fizikom i stvarnim eksperimentima.

Grigorij, 13.01.2014 10:58

Ivane, koliko sam shvatio pobijaš Mpemba efekt? Ne postoji, kao što pokazuju vaši eksperimenti? Zašto je toliko poznata u fizici i zašto je mnogi pokušavaju objasniti?

Ivan , 14.02.2014 01:51

Dobar dan, Gregory! Učinak nečisto postavljenog eksperimenta postoji. Ali, kao što razumijete, to nije razlog za traženje novih obrazaca u fizici, već razlog za poboljšanje vještine eksperimentatora. Kao što sam već primijetio u komentarima, u svim spomenutim pokušajima objašnjenja “Mpemba efekta” istraživači ne mogu ni jasno artikulirati što točno i pod kojim uvjetima mjere. I želite reći da su to eksperimentalni fizičari? Nemoj me nasmijavati. Učinak je poznat ne u fizici, već u pseudo-znanstvenim raspravama na raznim forumima i blogovima, kojih je sada more. Kao stvarni fizikalni učinak (u smislu kao posljedicu nekih novih fizikalnih zakona, a ne kao posljedicu netočne interpretacije ili samo mita) ljudi koji su daleko od fizike to doživljavaju. Stoga nema razloga govoriti kao o jednom fizičkom učinku o rezultatima različitih eksperimenata postavljenih pod potpuno različitim uvjetima.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm, ljudi... članak za "Speed ​​​​info"... Bez uvrede... ;) Ivan je u pravu za sve...

Grgur, 19.02.2014 12:50 sati

Ivane, slažem se da sada ima puno stranica s gotovo znanstvenim temama koje objavljuju neprovjerene senzacionalne materijale.? Uostalom, učinak Mpembe još se proučava. Štoviše, znanstvenici sa sveučilišta istražuju. Primjerice, 2013. godine ovaj je učinak proučavala grupa s Tehnološkog sveučilišta u Singapuru. Pogledajte link http://arxiv.org/abs/1310.6514. Vjeruju da su pronašli objašnjenje za ovaj učinak. Neću detaljno pisati o suštini otkrića, ali po njihovom mišljenju, učinak je povezan s razlikom u energijama pohranjenim u vodikovim vezama.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Za sve zainteresirane za istraživanje Mpemba efekta, malo sam dopunio materijal članka i dao poveznice na kojima se možete upoznati s najnovijim rezultatima (vidi tekst). Hvala na komentarima.

Ildar , 24.02.2014 04:12 | nema smisla sve nabrajati

Ako se ovaj Mpemba efekt stvarno dogodi, onda se objašnjenje mora tražiti, mislim, u molekularnoj strukturi vode. Voda (kako sam saznao iz znanstveno-popularne literature) ne postoji kao pojedinačne molekule H2O, već kao klasteri od nekoliko molekula (čak i desetaka). S povećanjem temperature vode, brzina kretanja molekula se povećava, klasteri se međusobno raspadaju, a valentne veze molekula nemaju vremena sastaviti velike klastere. Za formiranje klastera potrebno je malo više vremena nego za usporavanje brzine molekula. A budući da su klasteri manji, stvaranje kristalne rešetke je brže. U hladnoj vodi, očito, veliki, prilično stabilni klasteri sprječavaju stvaranje rešetke; potrebno je neko vrijeme za njihovo uništenje. I sam sam na TV-u vidio čudan učinak, kada je hladna voda mirno stajala u staklenci ostala tekuća nekoliko sati na hladnoći. Ali čim se tegla podigla, odnosno malo pomaknula s mjesta, voda u tegli se odmah kristalizirala, postala mutna, a tegla je pukla. Pa, svećenik koji je pokazao ovaj učinak objasnio je to činjenicom da je voda bila posvećena. Usput, ispada da voda uvelike mijenja svoju viskoznost ovisno o temperaturi. Mi kao velika bića to ne primjećujemo, a na razini malih (mm i manje) rakova, a još više bakterija, viskoznost vode je vrlo značajan faktor. Ova viskoznost, mislim, također je dana veličinom vodenih nakupina.

SIVO , 15.03.2014 05:30

sve okolo što vidimo su površinske karakteristike (svojstva), tako da za energiju uzimamo samo ono što možemo izmjeriti ili na bilo koji način dokazati postojanje, inače je slijepa ulica. Ovaj fenomen, Mpemba efekt, može se objasniti samo jednostavnom volumetrijskom teorijom koja će ujediniti sve fizičke modele u jedinstvenu strukturu interakcije. zapravo je jednostavno

Nikita, 06/06/2014 04:27 | automobil

ali kako da voda ostane hladna a ne topla kad ideš u auto!

Aleksej, 3.10.2014 01:09

I evo još jednog "otkrića", na putu. Voda u plastičnoj boci puno se brže smrzava s otvorenim čepom. Zabave radi, mnogo sam puta eksperimentirao na jakom mrazu. Učinak je očit. Pozdrav teoretičarima!

Eugene , 27.12.2014 08:40

Princip evaporativnog hladnjaka. Uzimamo dvije hermetički zatvorene boce s hladnom i toplom vodom. Stavili smo na hladno. Hladna voda se brže smrzava. Sada uzmemo iste boce s hladnom i toplom vodom, otvorimo ih i stavimo na hladno. Topla voda će se smrznuti brže od hladne vode. Ako uzmemo dva bazena s hladnom i toplom vodom, tada će se topla voda puno brže smrznuti. To je zbog činjenice da povećavamo kontakt s atmosferom. Što je isparavanje intenzivnije, temperatura pada brže. Ovdje je potrebno spomenuti faktor vlažnosti. Što je vlaga niža, to je jače isparavanje i jače hlađenje.

sivi TOMSK, 01.03.2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - nastavak Ono što znate o temperaturi nije sve. Ima još nešto. Ako ispravno sastavite fizički model temperature, tada će on postati ključ za opisivanje energetskih procesa od difuzije, taljenja i kristalizacije do takvih ljestvica kao što je porast temperature s porastom tlaka, porast tlaka s porastom temperature. Čak će i fizički model Sunčeve energije postati jasan iz gore navedenog. Zimi sam. . u rano proljeće 20013. godine, nakon što sam pogledao temperaturne modele, sastavio sam opći temperaturni model. Nakon par mjeseci sjetio sam se temperaturnog paradoksa, a onda sam shvatio ... da moj temperaturni model također opisuje Mpemba paradoks. Bilo je to u svibnju-lipnju 2013. Godinu dana kasni, ali tako je najbolje. Moj fizički model je zamrznuti okvir i može se pomicati i naprijed i natrag i ima motoričke vještine aktivnosti, same aktivnosti u kojoj se sve kreće. Imam 8 razreda škole i 2 godine fakulteta s ponavljanjem teme. 20 godina je prošlo. Dakle, ne mogu pripisati nikakve fizičke modele poznatih znanstvenika, kao ni formule. Jako žao.

Andrey , 8.11.2015 08:52

Općenito, imam ideju zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. A u mojim objašnjenjima sve je vrlo jednostavno, ako ste zainteresirani, napišite mi e-mail: [e-mail zaštićen]

Andrey , 8.11.2015 08:58

Žao mi je, dao sam pogrešan poštanski sandučić, evo točne e-pošte: [e-mail zaštićen]

Viktor , 23.12.2015 10:37

Čini mi se da je sve jednostavnije, kod nas pada snijeg, to je ispareni plin, ohlađen, pa se možda na mrazu brže hladi vruć jer isparava i odmah kristalizira daleko od dizanja, a voda u plinovitom stanju se brže hladi nego u tekućem )

Bekzhan , 28.01.2016 09:18

Čak i kad bi netko otkrio te zakone svijeta koji se povezuju s ovim efektom, ne bi ovdje pisao.S moje strane ne bi bilo logično da svoje tajne otkriva korisnicima interneta kada to može objaviti u poznatim znanstvenim časopisima i dokaži to sam pred narodom.pa što će se ovdje pisati o tom učinku sva ova većina nije logična.)))

Alex , 22.02.2016 12:48

pozdrav eksperimentatorima, u pravu ste kad kažete da znanost počinje tamo gdje... ne mjerenja, već izračuni. "Eksperiment" - vječni i neizostavan argument za one lišene mašte i linearnog razmišljanja Uvrijedio sve, sada u slučaju E \u003d mc2 - sjećaju li se svi? Brzina molekula koje lete iz hladne vode u atmosferu određuje količinu energije koju odnesu iz vode (hlađenje - gubitak energije) Brzina molekula iz tople vode je puno veća, a odnesena energija je na kvadrat (brzina hlađenje preostale mase vode) To je sve, ako napustite "eksperimentiranje" i sjetite se Osnova znanosti

Vladimir , 25.04.2016 10:53 | meteo

U ona vremena kada je antifriz bio rijetkost, voda iz rashladnog sustava automobila u negrijanoj garaži voznog parka ispuštala se nakon radnog dana kako se ne bi odmrznuo blok cilindra ili radijator - ponekad oboje zajedno. Ujutro je izlivena topla voda. U jakom mrazu motori su se pokrenuli bez problema. Nekako, zbog nedostatka tople vode, voda se točila iz slavine. Voda se odmah zaledila. Eksperiment je bio skup - točno onoliko koliko košta kupnja i zamjena bloka cilindra i hladnjaka automobila ZIL-131. Tko ne vjeruje neka provjeri. a Mpemba je eksperimentirao sa sladoledom. U sladoledu se kristalizacija odvija drugačije nego u vodi. Pokušajte zubima odgristi komadić sladoleda i komadić leda. Najvjerojatnije se nije smrznuo, već se zgusnuo kao rezultat hlađenja. A slatka voda, bila topla ili hladna, smrzava se na 0*C. Hladna voda je brza, ali toploj vodi treba vremena da se ohladi.

Skitnica , 06.05.2016 12:54 | Alexu

"c" - brzina svjetlosti u vakuumu E=mc^2 - formula koja izražava ekvivalenciju mase i energije

Albert , 27.07.2016 08:22

Prvo, analogija sa čvrsta tijela(nema procesa isparavanja). Nedavno zalemljene bakrene cijevi za vodu. Proces se odvija zagrijavanjem plinskog plamenika do temperature taljenja lema. Vrijeme zagrijavanja jednog spoja sa spojnicom je približno jedna minuta. Zalemio sam jedan spoj sa spojnicom i nakon par minuta sam shvatio da sam krivo zalemio. Trebalo je malo pomaknuti cijev u spojnici. Ponovno sam počeo grijati spoj plamenikom i, začudo, trebalo je 3-4 minute da se spoj zagrije do točke taljenja. Kako to!? Uostalom, cijev je još uvijek vruća i čini se da je potrebno mnogo manje energije da se zagrije do točke taljenja, ali sve se pokazalo suprotno. Sve je u toplinskoj vodljivosti, koja je puno veća za već zagrijanu cijev, a granica između zagrijane i hladne cijevi uspjela se pomaknuti daleko od spoja u dvije minute. Sada o vodi. Radit ćemo s konceptima vruće i polugrijane posude. U vrućoj posudi stvara se uska temperaturna granica između vrućih, vrlo pokretnih čestica i sporih, hladnih čestica, koja se relativno brzo kreće od periferije prema središtu, jer na toj granici brze čestice brzo predaju svoju energiju (hladne ) česticama s druge strane granice. Budući da je volumen vanjskih hladnih čestica veći, brze čestice, predajući svoju toplinsku energiju, ne mogu značajno zagrijati vanjske hladne čestice. Stoga se proces hlađenja tople vode odvija relativno brzo. Poluzagrijana voda, s druge strane, ima puno nižu toplinsku vodljivost, a širina granice između poluzagrijanih i hladnih čestica znatno je veća. Pomak prema središtu tako široke granice događa se puno sporije nego u slučaju vruće posude. Zbog toga se vruća posuda hladi brže od tople. Smatram da je potrebno pratiti dinamiku procesa hlađenja vode različitih temperatura postavljanjem nekoliko temperaturnih senzora od sredine prema rubu posude.

Maks , 19.11.2016 05:07

Provjereno je: u Yamalu se na mrazu smrzne cijev s toplom vodom i mora se zagrijati, ali ne hladno!

Artem, 9.12.2016 01:25

Teško je, ali mislim da je hladna voda gušća od vruće, čak i bolja od prokuhane, a onda dolazi do ubrzanja hlađenja, tj. topla voda dostigne hladnu temperaturu i prestigne je, a ako se uzme u obzir da se topla voda smrzava odozdo a ne odozgo kako je gore napisano, to dosta ubrzava proces!

Aleksandar Sergejev, 21.08.2017 10:52

Ne postoji takav učinak. Jao. Godine 2016. u časopisu Nature objavljen je detaljan članak na tu temu: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je jasno da ako se eksperimenti provode pažljivo (ako su uzorci tople i hladne vode isti u svemu osim u temperaturi), učinak se ne opaža.

Headlab, 22.08.2017 05:31

Victor , 27.10.2017 03:52

"Stvarno je." - ako škola nije razumjela što je toplinski kapacitet i zakon održanja energije. Lako je provjeriti - za ovo su vam potrebni: želja, glava, ruke, voda, hladnjak i budilica. A klizališta se, kako pišu stručnjaci, zalede (pune) hladnom vodom, a toplom vodom izravnavaju isječeni led. A zimi morate u spremnik za pranje uliti tekućinu protiv smrzavanja, a ne vodu. Voda će se ionako smrznuti, a hladna voda će se smrznuti brže.

Irina , 23.01.2018 10:58

Tim se paradoksom znanstvenici iz cijeloga svijeta bore još od Aristotelova vremena, a Viktor, Zavlab i Sergeev ispali su najpametniji.

Denis , 01.02.2018 08:51

U članku je sve točno. No, razlog je nešto drugačiji. U procesu vrenja, zrak otopljen u njoj isparava iz vode, stoga, kako se kipuća voda hladi, kao rezultat toga, njezina će gustoća biti manja od gustoće sirove vode iste temperature. Nema drugih razloga za različitu toplinsku vodljivost osim različite gustoće.

Headlab, 3.1.2018 08:58 | glavni laboratorij

Irina :), "znanstvenici cijelog svijeta" se ne bore protiv tog "paradoksa", za prave znanstvenike taj "paradoks" jednostavno ne postoji - to se lako provjerava u dobro ponovljivim uvjetima. "Paradoks" se pojavio zbog neponovljivih eksperimenata afričkog dječaka Mpembe i napuhali su ga slični "znanstvenici" :)

miroland, 23.3.2019 07:20

dječak iz Tanzanije koji živi u srcu Afrike, koji, vrlo vjerojatno, nikad nije vidio snijeg u očima ... ;-D Ništa ne brkam ???)))

Sergej , 14.4.2019 02:02

Uzimamo dvije elastične trake, rastežemo obje, a jedna je veća od druge (analogija s unutarnjom energijom hladne i tople vode), istovremeno otpuštamo jedan kraj elastičnih traka. Koja će se guma brže skupiti?

Artanis , 05.08.2019 03:34

Ja sam upravo imao ovo iskustvo. U zamrzivač sam stavila dvije identične šalice tople i hladne vode. Hladna se puno brže smrzavala. Vrući je još bio malo topao. Što nije u redu s mojim iskustvom?

Headlab, 05/09/2019 06:21 |

Artanis, prema tvom iskustvu, "sve je u redu" :) - "Mpemba efekt" ne postoji kod ispravno izvedenog eksperimenta, koji osigurava identičnost uvjeta hlađenja za identične količine vode samo s različitim početnim temperaturama. Čestitamo – prešli ste na stranu svjetlosti, razuma i trijumfa osnovnih fizikalnih zakona i počeli se udaljavati od „Mpemba sekte“, a ljubitelji YouTube videa u stilu „što su nam lagali na satovima fizike“. " ... :)

Moiseeva N.P. , 16.05.2019 04:30 | CH. urednik

U pravu ste, puno ovisi o uvjetima eksperimenta. Ali da se učinak uopće ne promatra, onda ne bi bilo istraživanja i publikacija u ozbiljnim časopisima. Jeste li pročitali bilješku do kraja? Ovdje se ne spominju YouTube videozapisi.

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

Natalija Petrovna, živimo u eri "krize ponovljivosti" u znanosti, kada se, kako bi povećali indeks citata pod sloganom "objavi ili nestani", "nesretni znanstvenici" radije natječu u izmišljanju ludih teorija kako bi potkrijepili očito sumnjive eksperimentalne podatke umjesto da potrošite malo vremena i resursa da provjerite te podatke prije nego što sjednete za čisto teorijski članak. Primjer takvih "nesretnih znanstvenika" su upravo "fizičari iz Singapura" koje ste spomenuli u članku - njihova objava ne sadrži vlastite eksperimentalne podatke, već samo gole teorijske argumente o mogućem utjecaju apstraktnog fenomena "O:H-O Bond Anomalous Relaxation" o procesu nenormalnog smrzavanja vode, koji su primijetili i Francis Bacon i Rene Descartes, pa čak i Aristotel još 350 godina pr. Kr. ... I osobno mi je jako drago što je Nikola Bregović sa Sveučilišta u Zagrebu dobio svoju nagradu od 1000 funti od Kraljevskog kemijskog društva Velike Britanije nakon što je na dobroj opremi u ponovljivim uvjetima izmjerio prilično fizički objašnjive rezultate bez ikakvih anomalija i ispitao njih kao nespretna mjerenja dječaka Mpembe i njegovih adepta i primjerenost onih koji su pokušali te nespretne pokuse donijeti "teoretskoj osnovi".

Mpemba učinak(Mpemba paradox) - paradoks koji kaže da se topla voda pod određenim uvjetima smrzava brže od hladne vode, iako mora prijeći temperaturu hladne vode u procesu smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti s uobičajenim idejama prema kojima, pod istim uvjetima, toplijem tijelu treba više vremena da se ohladi na određenu temperaturu nego hladnijem tijelu da se ohladi na istu temperaturu.

Ovu su pojavu svojedobno primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, no tek je 1963. tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća smjesa za sladoled smrzava brže od hladne.

Kao student Magamba Srednja škola u Tanzaniji je to učinio Erasto Mpemba praktični rad u kulinarstvu. Morao je napraviti domaći sladoled - skuhati mlijeko, otopiti u njemu šećer, ohladiti na sobnu temperaturu, a potom staviti u hladnjak da se zamrzne. Očito Mpemba nije bio osobito marljiv učenik i odugovlačio je s prvim dijelom zadaće. U strahu da neće stići na vrijeme do kraja sata, stavio je još vruće mlijeko u hladnjak. Na njegovo iznenađenje, smrznulo se čak i ranije od mlijeka njegovih drugova, pripremljenog prema zadanoj tehnologiji.

Nakon toga, Mpemba je eksperimentirao ne samo s mlijekom, već i s običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik Gimnazije Mkvava, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa sveučilišnog koledža u Dar es Salaamu (pozvan od ravnatelja škole da učenicima održi predavanje iz fizike) o vodi: "Ako uzmete dvije identične posude sa jednakih volumena vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 ° C, au drugoj - 100 ° C, i stavite ih u zamrzivač, au drugoj će se voda brže smrznuti. Zašto?" Osborne se zainteresirao za to pitanje i ubrzo, 1969. godine, zajedno s Mpembom, objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu Physics Education. Od tada se učinak koji su otkrili naziva Mpemba učinak.

Do sada nitko ne zna točno kako objasniti ovaj čudan učinak. Znanstvenici nemaju jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve je u razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u superhlađenju, isparavanju, stvaranju leda, konvekciji ili utjecajukapljenih plinova na vodu na različite temperature.

Paradoks Mpemba efekta je da vrijeme tijekom kojeg se tijelo hladi na temperaturu okoline mora biti proporcionalno razlici temperature između tog tijela i okoline. Ovaj zakon je uspostavio Newton i od tada je mnogo puta potvrđen u praksi. U istom se učinku voda na 100°C hladi na 0°C brže od iste količine vode na 35°C.

Međutim, to još ne implicira paradoks, budući da se Mpemba efekt može objasniti i unutar poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za Mpemba učinak:

Isparavanje

Vruća voda brže isparava iz posude, čime se smanjuje njezin volumen, a manja količina vode iste temperature se brže smrzava. Voda zagrijana na 100 C gubi 16% svoje mase kada se ohladi na 0 C.

Učinak isparavanja je dvostruki učinak. Prvo, smanjuje se masa vode potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u parnu fazu.

temperaturna razlika

Zbog činjenice da je temperaturna razlika između tople vode i hladnog zraka veća - stoga je izmjena topline u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi.

hipotermija

Kada se voda ohladi ispod 0 C, ne smrzava se uvijek. Pod određenim uvjetima, može se podvrgnuti superhlađenju dok ostaje u tekućem stanju na temperaturama ispod točke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tekuća čak i na -20 C.

Razlog za ovaj učinak je taj što su potrebni centri za stvaranje kristala da bi se prvi kristali leda počeli stvarati. Ako nisu u tekućoj vodi, superhlađenje će se nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali počnu spontano stvarati. Kada se počnu stvarati u prehlađenoj tekućini, počet će rasti brže, tvoreći ledenu bljuzgavicu koja će se zamrznuti i stvoriti led.

Vruća voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem eliminira otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao središta za stvaranje kristala leda.

Zašto hipotermija uzrokuje brže smrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode, koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U tom slučaju će se na površini posude stvoriti tanak sloj leda. Ovaj sloj leda djelovat će kao izolator između vode i hladnog zraka i spriječit će daljnje isparavanje. Brzina stvaranja kristala leda u ovom će slučaju biti manja. U slučaju tople vode koja se pothlađuje, pothlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Stoga gubi toplinu mnogo brže kroz otvoreni vrh.

Kada proces superhlađenja završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više topline i stoga se stvara više leda.

Mnogi istraživači ovog učinka smatraju hipotermiju glavnim faktorom u slučaju Mpemba efekta.

Konvekcija

Hladna voda počinje se smrzavati odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok se topla voda počinje smrzavati odozdo.

Ovaj učinak se objašnjava anomalijom u gustoći vode. Voda ima najveću gustoću na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrznuti. Budući da je ova voda manje gustoća od vode na 4°C, ostat će na površini, stvarajući tanak hladan sloj. U tim uvjetima će se u kratkom vremenu na površini vode stvoriti tanak sloj leda, ali će taj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , daljnje hlađenje bit će sporije.

Kod tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže ohladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Također, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj tople vode na površinu. Ovo kruženje vode osigurava brzi pad temperature.

Ali zašto ovaj proces ne dostiže točku ravnoteže? Da bi se objasnio Mpemba efekt s ove točke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i vrući sloj vode odvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon što prosječna temperatura vode padne ispod 4 C.

Međutim, nema eksperimentalnih dokaza koji podupiru ovu hipotezu da su slojevi hladne i tople vode odvojeni konvekcijom.

plinovi otopljeni u vodi

Voda uvijek sadrži plinove otopljene u njoj - kisik i ugljični dioksid. Ovi plinovi imaju sposobnost sniziti točku ledišta vode. Kada se voda zagrijava, ti se plinovi oslobađaju iz vode jer je njihova topljivost u vodi na visokoj temperaturi manja. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj uvijek ima manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Stoga je ledište zagrijane vode više i brže se smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjenju Mpemba efekta, iako nema eksperimentalnih podataka koji potvrđuju ovu činjenicu.

Toplinska vodljivost

Ovaj mehanizam može igrati bitnu ulogu kada se voda stavi u zamrzivač odjeljka hladnjaka u malim posudama. Pod tim uvjetima, uočeno je da posuda s vrućom vodom otapa led zamrzivača ispod sebe, čime se poboljšava toplinski kontakt sa stijenkom zamrzivača i toplinska vodljivost. Kao rezultat toga, toplina se brže uklanja iz posude tople vode nego iz posude za hladnu vodu. Zauzvrat, posuda s hladnom vodom ne topi snijeg ispod nje.

Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih osiguravaju 100% reprodukciju Mpemba efekta - nije dobiven.

Tako je, primjerice, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao utjecaj superhlađenja vode na ovaj učinak. Otkrio je da se vruća voda, kada dosegne prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, a time i brže od potonje. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se kompenzira prethodno kašnjenje.

Osim toga, Auerbachovi rezultati proturječili su ranijim podacima da vruća voda može postići veće superhlađenje zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrijava, iz nje se uklanjaju u njoj otopljeni plinovi, a kada se kuha, iz nje se talože neke u njoj otopljene soli.

Zasad se može ustvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta bitno ovisi o uvjetima pod kojima se eksperiment izvodi. Upravo zato što se ne reproducira uvijek.

O. V. Mosin

Literarniizvori:

"Vruća voda smrzava se brže od hladne vode. Zašto se to čini?", Jearl Walker u The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, br. 3, str. 246-257; rujna 1977.

"Smrzavanje tople i hladne vode", G.S. Kell u American Journal of Physics, sv. 37, br. 5, str. 564-565; svibnja 1969.

"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, u American Journal of Physics, Vol. 63, br. 10, str. 882-885; listopada 1995.

"Mpemba efekt: Vrijeme smrzavanja tople i hladne vode", Charles A. Knight, u American Journal of Physics, Vol. 64, br. 5, str. 524; svibnja 1996.

Mnogi su istraživači iznijeli i iznose vlastite verzije zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. Činilo bi se paradoksalno - na kraju krajeva, da bi se zamrznula, topla voda se prvo mora ohladiti. Međutim, činjenica ostaje, a znanstvenici to objašnjavaju na različite načine.

U ovom trenutku postoji nekoliko verzija koje objašnjavaju ovu činjenicu:

1. Budući da je isparavanje u vrućoj vodi brže, njen volumen se smanjuje. Manja količina vode iste temperature brže se smrzava.
2. Odjeljak zamrzivača hladnjaka ima snježnu podlogu. Posuda s vrućom vodom otapa snijeg ispod nje. To poboljšava toplinski kontakt sa zamrzivačem.
3. Zamrzavanje hladne vode, za razliku od vruće, počinje odozgo. U tom slučaju se pogoršava konvekcija i toplinsko zračenje, a time i gubitak topline.
4. U hladnoj vodi postoje centri kristalizacije - tvari otopljene u njoj. S malim sadržajem istih u vodi, zaleđivanje je teško, iako je u isto vrijeme moguća hipotermija - kada ima tekuće stanje na temperaturama ispod nule.

Iako se pošteno može reći da se ovaj učinak ne promatra uvijek. Hladna voda se često smrzava brže od tople vode.

Na kojoj temperaturi se voda smrzava

Zašto se voda uopće smrzava? Sadrži određenu količinu mineralnih ili organskih čestica. To, na primjer, mogu biti vrlo sitne čestice pijeska, prašine ili gline. Kako temperatura zraka pada, te čestice postaju centri oko kojih se stvaraju kristali leda.

Ulogu kristalizacijskih jezgri mogu imati i mjehurići zraka i pukotine u posudi s vodom. Brzina procesa pretvaranja vode u led uvelike je pod utjecajem broja takvih centara - ako ih je mnogo, tekućina se brže smrzava. U normalnim uvjetima, uz normalan atmosferski tlak, voda prelazi u kruto stanje tekućina na 0 stupnjeva.

Suština Mpemba efekta

Mpemba efekt shvaća se kao paradoks čija je bit da se pod određenim okolnostima topla voda smrzava brže od hladne vode. Tu su pojavu uočili Aristotel i Descartes. No, tek je 1963. Erasto Mpemba, školarac iz Tanzanije, utvrdio da se vrući sladoled smrzava kraće od hladnog. Takav je zaključak donio dok je obavljao zadatak kuhanja.

U prokuhanom mlijeku morao je otopiti šećer i nakon što ga je ohladio staviti u hladnjak da se zamrzne. Očigledno, Mpemba se nije razlikovao posebnom marljivošću i kasno je počeo izvršavati prvi dio zadatka. Stoga nije čekao da se mlijeko ohladi, već ga je vrućeg stavio u hladnjak. Bio je vrlo iznenađen kada se smrznuo čak i brže od njegovih kolega iz razreda, koji su radili u skladu sa zadanom tehnologijom.

Ta je činjenica jako zainteresirala mladića i počeo je eksperimentirati s običnom vodom. Godine 1969. časopis Physics Education objavio je rezultate istraživanja Mpembe i profesora Dennisa Osborna sa Sveučilišta Dar es Salaam. Učinak koji su opisali dobio je ime Mpemba. Međutim, ni danas nema jasnog objašnjenja fenomena. Svi se znanstvenici slažu da glavnu ulogu u tome imaju razlike u svojstvima ohlađene i tople vode, no ne zna se što točno.

Singapurska verzija

Fizičare s jednog od singapurskih sveučilišta zanimalo je i pitanje koja se voda brže smrzava - topla ili hladna? Tim istraživača predvođen Xi Zhangom objasnio je ovaj paradoks upravo svojstvima vode. Svi još iz škole znaju sastav vode – atom kisika i dva atoma vodika. Kisik u određenoj mjeri izvlači elektrone iz vodika, tako da je molekula svojevrsni "magnet".

Kao rezultat toga, određene molekule u vodi se lagano privlače jedna drugoj i spojene su vodikovom vezom. Njegova je čvrstoća višestruko manja od kovalentne veze. Singapurski istraživači smatraju da objašnjenje Mpemba paradoksa leži upravo u vodikovim vezama. Ako su molekule vode vrlo blizu jedna drugoj, tada tako jaka interakcija između molekula može deformirati kovalentnu vezu u sredini same molekule.

Ali kada se voda zagrijava, vezane molekule se malo udaljavaju jedna od druge. Kao rezultat toga dolazi do opuštanja u sredini molekula. kovalentne veze uz povrat viška energije i prelazak na nižu razina energije. To dovodi do činjenice da se vruća voda počinje brzo hladiti. Barem je tako prikazano teorijski proračuni proveli singapurski znanstvenici.

Trenutačno zamrzavanje vode - 5 nevjerojatnih trikova: video

Voda je jedna od najčudesnijih tekućina na svijetu, koja ima neobična svojstva. Na primjer, led je kruto stanje tekućine, ima specifičnu težinu manju od same vode, koja je učinila mnogo moguća pojava i razvoj života na Zemlji. Osim toga, u gotovo znanstvenom, pa i znanstvenom svijetu, vode se rasprave o tome koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Tko dokaže brže smrzavanje vruće tekućine pod određenim uvjetima i znanstveno potkrijepi svoju odluku, dobit će nagradu od 1000 funti od britanskog Kraljevskog društva kemičara.

Pozadina

Još u srednjem vijeku uočeno je da je topla voda u nizu uvjeta ispred hladne vode u pogledu brzine smrzavanja. Francis Bacon i René Descartes uložili su mnogo truda u objašnjenje ovog fenomena. Međutim, sa stajališta klasične toplinske tehnike ovaj se paradoks ne može objasniti i oni su ga pokušali sramežljivo zašutjeti. Poticaj za nastavak spora bila je pomalo neobična priča koja se dogodila tanzanijskom školarcu Erastu Mpembi (Erasto Mpemba) 1963. godine. Jednom, na satu spravljanja slastica u školi kuhanja, dječak, zauzet drugim stvarima, nije stigao na vrijeme ohladiti smjesu za sladoled i staviti otopinu šećera u vrućem mlijeku u zamrzivač. Na njegovo iznenađenje, proizvod se ohladio nešto brže od njegovih kolega praktičara koji su promatrali temperaturni režim za pravljenje sladoleda.

Pokušavajući shvatiti bit fenomena, dječak se obratio učitelju fizike, koji je, ne ulazeći u detalje, ismijavao njegove kulinarske eksperimente. Međutim, Erasto se odlikovao zavidnom upornošću i nastavio svoje eksperimente više ne na mlijeku, već na vodi. Uvjerio se da se u nekim slučajevima topla voda smrzava brže od hladne vode.

Ulaskom na Sveučilište u Dar es Salaamu, Erasto Mpembe je pohađao predavanje profesora Dennisa G. Osbornea. Nakon diplome, student je zbunio znanstvenika problemom brzine smrzavanja vode ovisno o njezinoj temperaturi. D.G. Osborne je ismijao samo postavljanje pitanja, s aplombom ustvrdivši da svaki gubitnik zna da će se hladna voda brže smrznuti. Međutim, osjetila se prirodna upornost mladića. Kladio se s profesorom, ponudivši mu da provede eksperimentalno ispitivanje ovdje, u laboratoriju. Erasto je stavio dvije posude s vodom u zamrzivač, jednu na 95°F (35°C), a drugu na 212°F (100°C). Kakvo je bilo iznenađenje profesora i okolnih "navijača" kada se voda u drugoj posudi brže smrznula. Od tada se ovaj fenomen naziva "Mpemba Paradoks".

Međutim, do danas ne postoji koherentna teorijska hipoteza koja objašnjava "Mpemba paradoks". Nije jasno koji vanjski čimbenici kemijski sastav voda, prisutnost otopljenih plinova i minerala u njoj utječu na brzinu smrzavanja tekućina na različitim temperaturama. Paradoks "Mpemba efekta" je u tome što je u suprotnosti s jednim od zakona koje je otkrio I. Newton, a koji kaže da je vrijeme hlađenja vode izravno proporcionalno razlici temperature između tekućine i okoline. I ako su sve druge tekućine potpuno podložne ovom zakonu, onda je voda u nekim slučajevima iznimka.

Zašto se topla voda brže smrzava?t

Postoji nekoliko verzija zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. Glavni su:

• vruća voda brže isparava, dok se njezin volumen smanjuje, a manji volumen tekućine brže se hladi - kada se voda ohladi s + 100 ° C na 0 ° C, gubici volumena pri atmosferskom tlaku dosežu 15%;
• intenzitet izmjene topline između tekućine i okoline je veći, što je razlika u temperaturi veća, pa gubitak topline kipuće vode brže prolazi;
• kada se vruća voda hladi, na površini se formira ledena kora koja sprječava potpuno smrzavanje i isparavanje tekućine;
• pri visokoj temperaturi vode dolazi do njenog konvekcijskog miješanja, smanjujući vrijeme smrzavanja;
• plinovi otopljeni u vodi snižavaju točku ledišta, uzimajući energiju za stvaranje kristala - u vrućoj vodi nema otopljenih plinova.

Svi ovi uvjeti podvrgnuti su ponovljenoj eksperimentalnoj provjeri. Konkretno, njemački znanstvenik David Auerbach otkrio je da je temperatura kristalizacije vruće vode nešto viša od one hladne vode, što omogućuje brže zamrzavanje prve. Međutim, kasnije su njegovi eksperimenti bili kritizirani i mnogi su znanstvenici uvjereni da se "Mpemba efekt" o kojem se voda brže smrzava - vruća ili hladna, može reproducirati samo pod određenim uvjetima, što do sada nitko nije tražio i konkretizirao.