To je tačno, iako zvuči nevjerovatno, jer u procesu smrzavanja prethodno zagrijana voda mora proći temperaturu hladne vode. U međuvremenu, ovaj efekat se široko koristi. Na primjer, klizališta i tobogani se zimi pune toplom vodom, a ne hladnom vodom. Stručnjaci savjetuju vozačima da zimi u rezervoar za pranje veša sipaju hladnu, a ne toplu vodu. Paradoks je poznat širom svijeta kao "Mpemba efekat".

Ovu pojavu su svojevremeno pominjali Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali su tek 1963. godine profesori fizike na nju obratili pažnju i pokušali da je istraže. Sve je počelo kada je tanzanijski školarac Erasto Mpemba primijetio da se zaslađeno mlijeko koje je koristio za pravljenje sladoleda brže stvrdnulo ako je prethodno zagrijano i predložio je da vruća voda smrzava se brže od hladnog. Obratio se profesoru fizike za pojašnjenje, ali se on samo nasmijao učeniku, rekavši sljedeće: "Ovo nije svjetska fizika, već fizika Mpemba."

Srećom, Dennis Osborn, profesor fizike sa Univerziteta Dar es Salaam, jednog dana je posjetio školu. I Mpemba se okrenuo prema njemu sa istim pitanjem. Profesor je bio manje skeptičan, rekao je da ne može suditi o onome što nikada nije vidio, te je po povratku kući zamolio osoblje da sprovede odgovarajuće eksperimente. Izgleda da su potvrdili dječakove riječi. U svakom slučaju, 1969. godine Osborne je govorio o radu sa Mpembom u časopisu „Eng. fizikaObrazovanje". Iste godine George Kell iz Kanadskog nacionalnog istraživačkog vijeća objavio je članak koji opisuje ovaj fenomen na engleskom jeziku. američkoJournaloffizika».

Postoji nekoliko mogućih objašnjenja za ovaj paradoks:

• Topla voda brže isparava, čime se smanjuje njen volumen, a manji volumen vode iste temperature brže se smrzava. U hermetički zatvorenim posudama hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
• Prisustvo snježnih obloga. kontejner sa vruća voda otapa snijeg ispod, čime se poboljšava toplinski kontakt sa rashladnom površinom. Hladna voda ne topi snijeg ispod sebe. Bez snježne obloge, posuda za hladnu vodu trebala bi se brže smrzavati.
• Hladna voda počinje da se smrzava odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok topla voda počinje da se smrzava odozdo. Uz dodatno mehaničko miješanje vode u posudama, hladna voda bi se trebala brže smrzavati.
• Prisustvo kristalizacijskih centara u ohlađenoj vodi - tvari otopljenih u njoj. Sa malim brojem takvih centara u hladnoj vodi, transformacija vode u led je otežana, pa je moguće čak i njeno prehlađenje kada ostane u tečnom stanju, sa temperaturom ispod nule.

Nedavno je objavljeno još jedno objašnjenje. Dr Jonathan Katz sa Univerziteta Washington istražio je ovaj fenomen i zaključio da je važnu ulogu igraju ga tvari otopljene u vodi, koje se talože pri zagrijavanju.
Pod rastvoreno supstance dr Katz se odnosi na kalcijum i magnezijum bikarbonate koji se nalaze u tvrdoj vodi. Kada se voda zagrije, ove tvari se talože, voda postaje "meka". Voda koja nikada nije zagrijana sadrži ove nečistoće i "tvrda je". Kako se smrzava i stvaraju kristali leda, koncentracija nečistoća u vodi se povećava 50 puta. Ovo snižava tačku smrzavanja vode.

Ovo objašnjenje mi ne deluje uverljivo, jer. ne smijemo zaboraviti da je učinak pronađen u eksperimentima sa sladoledom, a ne sa tvrdom vodom. Najvjerovatnije su uzroci fenomena termofizički, a ne hemijski.

Do sada nije dobijeno nedvosmisleno objašnjenje paradoksa Mpemba. Moram reći da neki naučnici ne smatraju ovaj paradoks vrijednim pažnje. Međutim, vrlo je zanimljivo da je jednostavan školarac postigao prepoznavanje fizičkog efekta i stekao popularnost zbog svoje radoznalosti i upornosti.

Dodato februar 2014

Bilješka je napisana 2011. Od tada su se pojavile nove studije o Mpemba efektu i novi pokušaji da se on objasni. Tako je 2012. godine Kraljevsko hemijsko društvo Velike Britanije raspisalo međunarodno takmičenje za razotkrivanje naučne misterije “Efekat Mpemba” sa nagradnim fondom od 1000 funti. Rok je određen 30. jula 2012. godine. Pobjednik je Nikola Bregovik iz laboratorija Sveučilišta u Zagrebu. Objavio je svoj rad u kojem je analizirao dosadašnje pokušaje da se objasni ovaj fenomen i došao do zaključka da nisu bili uvjerljivi. Model koji je predložio zasniva se na osnovnim svojstvima vode. Zainteresovani mogu naći posao na http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

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

Povezani članci na stranici:

Ostali članci sekcije

Komentari:

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Zašto topla voda brže isparava? Naučnici su praktično dokazali da se čaša tople vode smrzava brže od hladne vode. Naučnici ne mogu da objasne ovaj fenomen iz razloga što ne razumeju suštinu fenomena: toplotu i hladnoću! Toplina i hladnoća su fizičke senzacije uzrokovane interakcijom čestica Materije, u obliku kontra kompresije magnetnih valova koji se kreću sa strane svemira i iz središta Zemlje. Dakle, što je veća potencijalna razlika, ovo magnetni napon, brže se vrši razmjena energije metodom kontraprodiranja jednih valova u druge. Odnosno, difuzijom! U odgovoru na moj članak, jedan protivnik piše: 1) “..Topla voda BRŽE ispari, zbog čega je ima manje, pa se brže smrzava” Pitanje! Koja energija čini da voda brže isparava? 2) U mom članku govorimo o čaši, a ne o drvenom koritu, što protivnik navodi kao kontraargument. Šta nije tačno! Odgovaram na pitanje: „IZ KOGA RAZLOGA ISPARAVANJE VODE U PRIRODI?” Magnetski talasi, koji se uvek kreću iz centra zemlje u svemir, savladavajući protivpritisak magnetnih kompresijskih talasa (koji se uvek kreću od svemira ka centru zemlje), istovremeno raspršuju čestice vode, budući da se kreću u svemir. , povećavaju se u volumenu. Odnosno, proširite! U slučaju savladavanja magnetnih talasa kompresije, ove vodene pare se sabijaju (kondenziraju) i pod uticajem ovih sila magnetne kompresije voda se vraća u tlo u vidu padavina! S poštovanjem! Alexey Mishnev. 6. oktobar 2012.

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Šta je temperatura. Temperatura je stepen elektromagnetnog naprezanja magnetnih talasa sa energijom kompresije i širenja. U slučaju ravnotežnog stanja ovih energija, temperatura tijela ili tvari je u stabilnom stanju. Ako se poremeti stanje ravnoteže ovih energija, prema energiji širenja, tijelo ili supstanca povećavaju volumen prostora. U slučaju prekoračenja energije magnetnih valova u smjeru kompresije, tijelo ili supstanca se smanjuje u volumenu prostora. Stepen elektromagnetnog naprezanja određen je stepenom širenja ili kontrakcije referentnog tijela. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

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

Yuri Kuznetsov , 04.12.2012 12:32

Predlaže se hipoteza da je to rad intermolekularne rezonancije i ponderomotivne privlačnosti između molekula koju ona stvara. U hladnoj vodi, molekuli se kreću i vibriraju nasumično, sa različitim frekvencijama. Kada se voda zagrije, s povećanjem frekvencije oscilacije, njihov raspon se sužava (smanjuje se frekvencijska razlika od tekuće tople vode do tačke isparavanja), frekvencije oscilacija molekula se približavaju jedna drugoj, zbog čega dolazi do rezonancije između molekula. Kada se ohladi, ova rezonancija je djelimično očuvana, ne gasi se odmah. Pokušajte pritisnuti jednu od dvije gitarske žice koje su u rezonanciji. Sada pustite - struna će ponovo početi da vibrira, rezonancija će vratiti svoje vibracije. Dakle, u smrznutoj vodi, vanjski ohlađeni molekuli pokušavaju izgubiti amplitudu i frekvenciju vibracija, ali “topli” molekuli unutar posude “povlače” vibracije nazad, djeluju kao vibratori, a vanjski djeluju kao rezonatori. Između vibratora i rezonatora nastaje ponderomotivna privlačnost*. Kada ponderomotivna sila postane veća od sile uzrokovane kinetičkom energijom molekula (koje ne samo da vibriraju, već se i kreću linearno), dolazi do ubrzane kristalizacije - "Mpemba efekta". Ponderomotivna veza je vrlo nestabilna, Mpemba efekat jako zavisi od svih pratećih faktora: zapremine smrznute vode, prirode njenog zagrevanja, uslova smrzavanja, temperature, konvekcije, uslova prenosa toplote, zasićenja gasom, vibracija rashladna jedinica, ventilaciju, nečistoće, isparavanje, itd. Možda čak i od osvjetljenja... Dakle, efekat ima mnogo objašnjenja i ponekad ga je teško reproducirati. Iz istog "rezonantnog" razloga prokuvane vode ključa brže od neukuhanog - rezonancija neko vrijeme nakon ključanja zadržava intenzitet vibracija molekula vode (gubitak energije tokom hlađenja je uglavnom zbog gubitka kinetičke energije linearnog kretanja molekula). Intenzivnim zagrijavanjem molekule vibratora mijenjaju uloge sa molekulama rezonatora u odnosu na zamrzavanje - frekvencija vibratora je manja od frekvencije rezonatora, što znači da između molekula ne postoji privlačenje, već odbijanje, što ubrzava prijelaz. drugome stanje agregacije(par).

Vlad, 11.12.2012 03:42

slomio mi mozak...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Da li je ova ponderomotivna privlačnost zaista toliko velika da utiče na proces prijenosa topline? 2. Da li to znači da kada se sva tijela zagriju na određenu temperaturu, njihove strukturne čestice ulaze u rezonanciju? 3. Zašto ova 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, onda razlika u vremenu smrzavanja neće biti velika, tj. možete provjeriti.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Hladna voda već ima atome dušika, a udaljenosti između molekula vode su veće nego u vrućoj vodi. Odnosno zaključak: Vruća voda brže apsorbira atome dušika, a pritom se brzo smrzava od hladne vode - to je uporedivo sa otvrdnjavanjem željeza, jer se topla voda pretvara u led, a vruće željezo stvrdnjava pri brzom hlađenju!

Vladimir , 13.03.2013 06:50

ili možda ovo: gustina tople vode i leda je manja od gustine hladne vode, pa stoga voda ne treba da menja svoju gustinu, gubi neko vreme na tome i smrzava se.

Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50

Prije nego što počnemo govoriti o rezonancijama, privlačenju i vibracijama čestica, potrebno je razumjeti i odgovoriti na pitanje: Koje sile tjeraju čestice da vibriraju? Budući da bez kinetičke energije ne može biti kompresije. Bez kompresije, ne može biti ekspanzije. Bez ekspanzije ne može biti kinetičke energije! Kada počnete da pričate o rezonanciji žica, prvo ste se potrudili da jedna od ovih žica počne da vibrira! Kada govorimo o privlačenju, morate prije svega naznačiti silu koja čini da se ova tijela privlače! Potvrđujem da su sva tijela sabijena elektromagnetnom energijom atmosfere i koja sabija sva tijela, tvari i elementarne čestice silom od 1,33 kg. ne po cm2, nego po elementarnoj čestici.Pošto pritisak atmosfere ne može biti selektivan!Nemojte ga brkati sa količinom sile!

Dodik , 31.05.2013 02:59

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

Grigorije, 6.4.2013 12:17

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

Dmitry , 24.12.2013 10:57

Molekuli tople vode se kreću brže nego u hladnoj vodi, zbog toga dolazi do bližeg kontakta sa okolinom, čini se da apsorbuju svu hladnoću, brzo usporavajući.

Ivan, 10.01.2014 05:53

Iznenađujuće je da se na ovoj stranici pojavio tako anoniman članak. Članak je potpuno nenaučan. I autor i komentatori su se nadmetali u potrazi za objašnjenjem fenomena, ne trudeći se da saznaju da li se fenomen uopšte posmatra, i ako se posmatra, onda pod kojim uslovima. Štaviše, ne postoji čak ni saglasnost o tome šta mi zapravo posmatramo! Dakle, autor insistira na potrebi da se objasni efekat brzog smrzavanja vrućeg sladoleda, iako iz celog teksta (i reči „efekat je otkriven u eksperimentima sa sladoledom“) proizilazi da on sam nije postavio takav eksperimenti. Iz varijanti "objašnjenja" fenomena navedenih u članku, može se vidjeti da su opisani potpuno drugačiji eksperimenti, postavljeni u različitim uslovima sa različitim vodenim rastvorima. I suština objašnjenja i subjunktivno raspoloženje u njima sugeriraju da nije izvršena čak ni elementarna provjera izraženih ideja. Neko je slučajno čuo zanimljivu priču i opušteno iznio svoj spekulativni zaključak. Žao mi je, ali nije fizički Naučno istraživanje, i razgovor u sobi za pušače.

Ivan , 01.10.2014 06:10

Što se tiče komentara u članku o punjenju valjaka toplom vodom i hladnim rezervoarima za pranje. Sve je jednostavno sa stanovišta elementarne fizike. Klizalište je napunjeno toplom vodom samo zato što se sporije smrzava. Klizalište mora biti ravno i glatko. Pokušajte da ga napunite hladnom vodom - dobićete izbočine i "ulive", jer. voda će se _brzo_ smrznuti bez vremena da se raširi u ravnomjernom sloju. A vrući će imati vremena da se raširi u ravnomjernom sloju i otopiće postojeće led i snježne neravnine. Sa perilicom također nije teško: sipati čista voda nema smisla u mrazu - smrzava se na staklu (čak i vruće); i vruća tečnost koja se ne smrzava može dovesti do pucanja hladnog stakla, plus će imati povećanu tačku smrzavanja na staklu zbog ubrzanog isparavanja alkohola na putu do stakla (sa principom rada moonshine still je li svima poznato? - alkohol isparava, voda ostaje).

Ivan , 01.10.2014 06:34

Ali zapravo fenomen, glupo je pitati se zašto se dva različita eksperimenta u različitim uslovima odvijaju različito. Ako je eksperiment čisto postavljen, onda je potrebno uzeti toplu i hladnu vodu iste hemijski sastav- uzeti prethodno ohlađenu kipuću vodu iz istog čajnika. Sipati u identične posude (na primjer čaše tankih stijenki). Ne stavljamo na snijeg, već na istu ravnomjernu suhu podlogu, npr. drveni sto. I to ne u mikrozamrzivaču, već u dovoljno obimnom termostatu - proveo sam eksperiment prije nekoliko godina na selu, 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 tačno, u skladu sa klasičnom fizikom, brzina prenosa toplote je proporcionalna temperaturnoj razlici), ali održava povećanu brzinu hlađenja čak i kada je njena temperatura jednaka temperaturi hladne vode. Postavlja se pitanje kako se voda koja se ohladila na temperaturu od +20C napolju razlikuje od potpuno iste vode koja se sat ranije ohladila na temperaturu od +20C, ali u prostoriji? Klasična fizika (usput, zasnovana ne na brbljanju u sobi za pušenje, već na stotinama hiljada i milionima eksperimenata) kaže: da, ništa, dalja dinamika hlađenja će biti ista (samo kipuća voda će kasnije dostići +20 poena ). I eksperiment pokazuje isto: kada se u čaši prvobitno hladne vode već nalazi čvrsta kora leda, topla voda nije ni pomišljala da se smrzne. P.S. Na komentare Jurija Kuznjecova. Prisustvo određenog efekta može se smatrati utvrđenim kada su opisani uslovi za njegovo nastanak i kada se stabilno reprodukuje. A kada imamo neshvatljive eksperimente sa nepoznatim uslovima, preuranjeno je graditi teorije njihovog objašnjenja i to ne daje ništa sa naučne tačke gledišta. P.P.S. Pa, nemoguće je čitati komentare Alekseja Mišnjeva bez suza emocija - osoba živi u nekakvom izmišljenom svijetu koji nema veze s fizikom i stvarnim eksperimentima.

Grigorije, 13.01.2014 10:58

Ivane, razumijem da pobijaš Mpemba efekat? Ne postoji, kao što pokazuju vaši eksperimenti? Zašto je tako poznat u fizici i zašto mnogi pokušavaju da ga objasne?

Ivan , 14.02.2014 01:51

Dobar dan, Gregory! Efekat nečisto montiranog 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 napomenuo u komentarima, u svim pomenutim pokušajima da se objasni „Mpemba efekat“, istraživači ne mogu ni jasno da artikulišu šta tačno i pod kojim uslovima mere. I hoćete da kažete da su to eksperimentalni fizičari? Nemoj me nasmijavati. Učinak nije poznat u fizici, već u pseudonaučnim raspravama na raznim forumima i blogovima, kojih je sada more. Kao stvarni fizički efekat (u smislu kao posljedicu nekih novih fizičkih zakona, a ne kao posljedicu pogrešne interpretacije ili samo mita), doživljavaju ga ljudi koji su daleko od fizike. Dakle, nema razloga govoriti kao o jednom fizičkom efektu o rezultatima različitih eksperimenata postavljenih u potpuno različitim uvjetima.

Pavel, 18.02.2014 09:59

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

Grgur, 19.02.2014 12:50

Ivane, slažem se da sada ima dosta pseudonaučnih stranica koje objavljuju neprovjerene senzacionalne materijale.? Uostalom, učinak Mpembe se još uvijek proučava. Štaviše, naučnici sa univerziteta istražuju. Na primjer, 2013. godine ovaj efekat je proučavala grupa sa Tehnološkog univerziteta u Singapuru. Pogledajte vezu http://arxiv.org/abs/1310.6514. Vjeruju da su pronašli objašnjenje za ovaj efekat. Neću pisati detaljno o suštini otkrića, ali po njihovom mišljenju, efekat je povezan s razlikom u energijama pohranjenim u vodikovim vezama.

Moiseeva N.P. , 19.02.2014 03:04

Za sve zainteresovane za istraživanje o Mpemba efektu, malo sam dopunio materijal članka i naveo linkove na kojima možete pročitati najnoviji rezultati(vidi tekst). Hvala na komentarima.

Ildar , 24.02.2014 04:12 | nema smisla sve nabrajati

Ako se ovaj Mpemba efekat zaista dogodi, onda se objašnjenje mora tražiti, mislim, u molekularnoj strukturi vode. Voda (kako sam saznao iz popularno-naučne literature) ne postoji kao pojedinačni H2O molekuli, već kao klasteri od nekoliko molekula (čak i desetina). S povećanjem temperature vode, brzina kretanja molekula se povećava, klasteri se raspadaju jedni protiv drugih i valentne veze molekula nemaju vremena za sastavljanje velikih klastera. Za formiranje klastera potrebno je malo više vremena nego za usporavanje brzine molekula. A budući da su klasteri manji, formiranje kristalne rešetke je brže. U hladnoj vodi, naizgled, veliki, prilično stabilni klasteri sprječavaju stvaranje rešetke; potrebno je neko vrijeme za njihovo uništenje. I sam sam vidio na TV-u neobičan efekat, kada je hladna voda koja je tiho stajala u tegli ostala tečna nekoliko sati na hladnom. Ali čim je tegla podignuta, odnosno blago pomerena sa svog mesta, voda u tegli je odmah kristalizovala, postala neprozirna i tegla je pukla. Pa, sveštenik koji je pokazao ovaj efekat objasnio je to činjenicom da je voda osvećena. Usput, ispostavilo se da voda uvelike mijenja svoj viskozitet ovisno o temperaturi. Mi, kao velika stvorenja, to ne primjećujemo, ali na nivou malih (mm i manje) rakova, a još više bakterija, viskoznost vode je vrlo značajan faktor. Mislim da je ovaj viskozitet takođe dat veličinom klastera vode.

GREY , 15.03.2014 05:30

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

Nikita, 6.6.2014 04:27 | auto

ali kako da voda ostane hladna i da ne bude topla kada idete u auto!

alexey, 03.10.2014. 01:09

A evo još jednog "otkrića", u pokretu. Voda unutra plastična boca smrzava se mnogo brže s otvorenim čepom. Iz zabave, eksperimentirao sam mnogo puta jak mraz. Efekat je očigledan. Zdravo teoretičari!

Eugene , 27.12.2014 08:40

Princip evaporativnog hladnjaka. Uzimamo dva zapečaćena zatvorene boce sa hladnom i toplom vodom. Stavili smo ga na hladno. Hladna voda se brže smrzava. Sada uzmemo iste boce sa hladnom i toplom vodom, otvorimo je i stavimo na hladno. Topla voda će se smrznuti brže od hladne vode. Ako uzmemo dva bazena sa hladnom i toplom vodom, onda će se topla voda mnogo brže smrzavati. To je zbog činjenice da povećavamo kontakt s atmosferom. Što je intenzivnije isparavanje, to je brži pad temperature. Ovdje je potrebno spomenuti faktor vlažnosti. Što je niža vlažnost, to je jače isparavanje i jače hlađenje.

siva TOMSK, 03.01.2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - nastavak Ono što znate o temperaturi nije sve. Ima još nešto. Ako pravilno sastavite fizički model temperature, tada će on postati ključ za opisivanje energetskih procesa od difuzije, topljenja i kristalizacije do takvih razmjera kao što je povećanje temperature s povećanjem tlaka, povećanje tlaka s povećanjem temperature. Čak će i fizički model Sunčeve energije postati jasan iz gore navedenog. Ja sam zimi. . 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 maju - junu 2013. Kasni godinu dana, ali tako je najbolje. Moj fizički model je zamrznuti okvir i može se pomicati naprijed i nazad i ima motoričke sposobnosti aktivnosti, samu aktivnost u kojoj se sve kreće. Imam 8 razreda škole i 2 godine fakulteta sa ponavljanjem teme. Prošlo je 20 godina. Tako da ne mogu pripisati nikakve fizičke modele poznatih naučnika, kao ni formule. Žao mi je.

Andrej, 08.11.2015 08:52

Generalno, imam ideju zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. A u mojim objašnjenjima sve je vrlo jednostavno ako ste zainteresovani onda mi pišite na mail: [email protected]

Andrej, 08.11.2015 08:58

Žao mi je, dao sam pogrešno poštansko sanduče, ovo je tačan email: [email protected]

Viktor , 23.12.2015 10:37

Čini mi se da je sve jednostavnije, snijeg pada kod nas, ispari se gas, hladi, pa možda u mrazu brže hladi vruće jer ispari i odmah kristalizira daleko od dizanja, a voda u gasovitom stanju hladi se brže nego u tečnom )

Bekzhan , 28.01.2016 09:18

Čak i kada bi neko otkrio ove svjetske zakone koji se vezuju za ovaj efekat ne bi pisao ovdje.S moje tačke gledišta, ne bi bilo logično da otkriva svoje tajne korisnicima interneta kada to može objaviti na poznatom naučni časopisi i dokazati to lično pred narodom.Pa šta će se ovdje pisati o ovom efektu, sva ova većina nije logična.)))

Alex , 22.02.2016 12:48

Zdravo eksperimentatori. U pravu ste kada kažete da nauka počinje tamo gde... ne merenja, već kalkulacije. "Eksperiment" - vječni i neophodan argument za one koji su lišeni mašte i linearnog razmišljanja Uvrijedio sve, sada u slučaju E \u003d mc2 - sjećaju li se svi? Brzina izlijetanja molekula iz hladne vode u atmosferu određuje količinu energije koju odnesu iz vode (hlađenje - gubitak energije) Brzina molekula iz tople vode je mnogo veća i odnesena energija je na kvadrat (brzina hlađenje preostale mase vode) To je sve, ako napustite "eksperimentiranje" i sjetite se Osnova nauke

Vladimir , 25.04.2016 10:53 | Meteo

U onim danima kada je antifriz bio rijetkost, voda iz rashladnog sistema automobila u negrijanoj garaži voznog parka ispuštala se nakon radnog dana kako se ne bi odledio blok cilindara ili radijator - ponekad oboje zajedno. Ujutro je sipana topla voda. Po jakom mrazu motori su startali bez problema. Nekako se zbog nedostatka tople vode točila voda sa česme. Voda se odmah smrzla. Eksperiment je bio skup - tačno onoliko koliko košta kupovina i zamena bloka cilindra i hladnjaka automobila ZIL-131. Ko ne veruje neka proveri. i Mpemba je eksperimentisao sa sladoledom. U sladoledu kristalizacija teče drugačije nego u vodi. Pokušajte da odgrizete komadić sladoleda i komadić leda zubima. Najvjerovatnije se nije smrznuo, već se zgusnuo kao rezultat hlađenja. A svježa voda, bez obzira da li je topla ili hladna, smrzava se na 0*C. Hladna voda - brzo vruće vrijeme potrebno za hlađenje.

Lutalica , 06.05.2016 12:54 | Alexu

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

Albert , 27.07.2016 08:22

Prvo, analogija sa čvrsta tela(nema procesa isparavanja). Nedavno lemljeni bakar vodovodne cijevi. Proces se odvija zagrijavanjem plinski gorionik do tačke topljenja lema. Vrijeme zagrijavanja jednog spoja sa spojnicom je otprilike jedan minut. Zalemio sam jedan spoj sa spojnicom i nakon par minuta sam shvatio da sam ga krivo zalemio. Trebalo je malo da se cijev u spojnici skroluje. Ponovo sam počeo da zagrevam spoj plamenikom i, iznenađujuće, trebalo je 3-4 minuta da se spoj zagreje do tačke topljenja. Kako to!? Uostalom, cijev je još vruća i čini se da je potrebno mnogo manje energije za zagrijavanje do tačke topljenja, ali sve se pokazalo suprotno. Sve se radi o toplinskoj provodljivosti, koja je mnogo veća za već zagrijanu cijev i granici između zagrijane i hladna cijev za dva minuta uspela je da se odmakne daleko od raskrsnice. Sada o vodi. Radićemo sa konceptima vruće i polugrijane posude. U vrućoj posudi formira se uska temperaturna granica između vrućih, visoko pokretnih čestica i sporo pokretnih, hladnih, koja se relativno brzo kreće od periferije ka centru, jer na ovoj granici brze čestice brzo odustaju od energije (hladne ) česticama s druge strane granice. Pošto je zapremina spoljašnjih hladnih čestica veća, onda brze čestice daju svoje toplotnu energiju, ne može značajno zagrijati vanjske hladne čestice. Stoga se proces hlađenja tople vode odvija relativno brzo. Poluzagrijana voda, s druge strane, ima mnogo manju toplinsku provodljivost, a širina granice između poluzagrijanih i hladnih čestica je znatno šira. Pomicanje u središte tako široke granice događa se mnogo sporije nego u slučaju vruće posude. Kao rezultat toga, vruća posuda se hladi brže od tople. Smatram da je potrebno pratiti dinamiku procesa hlađenja vode različitih temperatura postavljanjem nekoliko temperaturnih senzora od sredine do ivice posude.

Max , 19.11.2016 05:07

Provjereno je: na Jamalu, u mrazu, cijev sa toplom vodom zamrzne i mora se zagrijati, ali ne i hladna!

Artem, 09.12.2016 01:25

Teško je, ali mislim da je hladna voda gušća od tople vode, čak i bolja od prokuvane vode, a onda dolazi do ubrzanja hlađenja, tj. topla voda dostiže hladnu temperaturu i prestiže je, a ako se uzme u obzir da se topla voda smrzava odozdo, a ne odozgo, kao što je gore napisano, to dosta ubrzava proces!

Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52

Nema takvog efekta. Avaj. U Nature je 2016. godine objavljen detaljan članak na tu temu: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je jasno da ako se eksperimenti izvode pažljivo (ako se uzorci tople i hladne vode isti u svemu osim temperature), efekat se ne primećuje.

Headlab, 22.08.2017 05:31

Viktor, 27.10.2017 03:52

"Zaista jeste." - ako škola nije razumjela šta su toplotni kapacitet i zakon održanja energije. Lako je provjeriti - za to su vam potrebni: želja, glava, ruke, voda, frižider i budilnik. A klizališta su, kako pišu stručnjaci, zaleđena (punjena) hladnom vodom, a toplom vodom izravnavaju izrezani led. A zimi u rezervoar za pranje treba sipati tečnost protiv smrzavanja, a ne vodu. Voda će se ionako smrznuti, a hladna voda će se smrznuti brže.

Irina , 23.01.2018 10:58

Naučnici širom sveta se bore sa ovim paradoksom još od vremena Aristotela, a Viktor, Zavlab i Sergejev su se pokazali kao najpametniji.

Denis , 02.01.2018 08:51

Sve je tačno u članku. Ali razlog je nešto drugačiji. U procesu ključanja, zrak otopljen u njemu isparava se iz vode, stoga, kako se kipuća voda hladi, kao rezultat toga, njena gustina će biti manja od gustine sirove vode iste temperature. Ne postoje drugi razlozi za različitu toplotnu provodljivost osim različite gustine.

Headlab, 01.03.2018 08:58 | head lab

Irina :), "naučnici celog sveta" se ne bore protiv ovog "paradoksa", za prave naučnike ovaj "paradoks" jednostavno ne postoji - to se lako proverava u dobro reproducibilnim uslovima. "Paradoks" se pojavio zbog neponovljivih eksperimenata afričkog dječaka Mpembe i naduvali su ga slični "naučnici" :)

U ovom članku ćemo pogledati zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode.

Zagrijana voda smrzava se mnogo brže od hladne vode! Ovo neverovatna nekretnina voda, tačno objašnjenje za koje naučnici još uvek ne mogu da pronađu, poznata je od davnina. Na primjer, čak i kod Aristotela postoji opis zimski ribolov: ribari su svoje štapove za pecanje ubacivali u rupe u ledu, i da bi se brže smrznuli, zalivali led toplu vodu. Naziv ovog fenomena dobio je po Erastu Mpembi 60-ih godina XX veka. Mnemba je primijetio čudan efekat dok je pravio sladoled i obratio se svom nastavniku fizike, dr. Denisu Osborneu, za objašnjenje. Mpemba i dr. Osborn eksperimentirali su s vodom različite temperature i zaključio: gotovo kipuća voda počinje da se smrzava mnogo brže od vode sobnoj temperaturi. Drugi naučnici su izvodili sopstvene eksperimente i svaki put su dobijali slične rezultate.

Objašnjenje fizičkog fenomena

Ne postoji opšteprihvaćeno objašnjenje zašto se to dešava. Mnogi istraživači sugeriraju da se radi o prehlađenju tekućine, koje se događa kada njena temperatura padne ispod nule. Drugim riječima, ako se voda smrzne na temperaturi ispod 0°C, onda prehlađena voda može imati temperaturu, na primjer, -2°C i dalje ostati tečna, a da se ne pretvori u led. Kada pokušamo da zamrznemo hladnu vodu, postoji šansa da će se u početku prehlađena, a tek nakon nekog vremena stvrdnuti. U zagrijanoj vodi se odvijaju drugi procesi. Njegova brža transformacija u led povezana je s konvekcijom.

Konvekcija- ovo fizički fenomen, pri čemu se topli donji slojevi tečnosti dižu, a gornji, ohlađeni, padaju.

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

Ovu pojavu su u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali je tek 1963. godine tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća mješavina sladoleda smrzava brže od hladne.

Kao student Magamba srednja škola u Tanzaniji, Erasto Mpemba praktičan rad u kulinarstvu. Morao je da napravi domaći sladoled - prokuva mleko, rastvori šećer u njemu, ohladi na sobnu temperaturu, a zatim stavi u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je s prvim dijelom zadatka. Bojeći se da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je još vruće mlijeko u frižider. Na njegovo iznenađenje, smrzlo se čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno po zadatoj tehnologiji.

Nakon toga, Mpemba je eksperimentisao ne samo s mlijekom, već i sa običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkwawa, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od direktora škole da studentima održi predavanje o fizici) o vodi: „Ako uzmete dvije identične posude sa jednakim količinama vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 °C, a u drugoj - 100 °C, i stavite ih u zamrzivač, tada će se u drugoj voda brže smrzavati. Zašto? Osborne se zainteresovao za ovo pitanje i ubrzo 1969. godine, zajedno sa Mpembom, objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada se efekat koji su otkrili naziva Mpemba efekat.

Do sada niko ne zna tačno kako da objasni ovaj čudan efekat. Naučnici nemaju ni jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve se radi o razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u prehlađenju, isparavanju, formiranju leda, konvekciji ili uticaju tečnih gasova na vodu na različite temperature.

Paradoks Mpemba efekta je to vrijeme tokom kojeg se tijelo hladi na temperaturu okruženje, treba biti proporcionalan temperaturnoj razlici između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je ustanovio Newton i od tada je više puta potvrđen u praksi. U istom efektu, voda na 100°C se hladi na 0°C brže od iste količine vode na 35°C.

Međutim, to još ne znači paradoks, budući da se efekat Mpemba može objasniti i u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za efekat Mpemba:

Isparavanje

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

Efekat isparavanja je dvostruki efekat. Prvo se smanjuje masa vode koja je potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u fazu pare.

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 uslovima, može se podvrgnuti prehlađenju dok nastavlja da ostane tečan na temperaturama ispod tačke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tečna čak i na -20 C.

Razlog za ovaj efekat je taj što su za početak formiranja prvih kristala leda potrebni centri za formiranje kristala. Ako nisu u tekućoj vodi, onda će se superhlađenje nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali počnu spontano formirati. Kada počnu da se formiraju u prehlađenoj tečnosti, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu koja će se smrznuti i formirati led.

Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem eliminira otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za formiranje kristala leda.

Zašto hipotermija uzrokuje brže zamrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode, koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U ovom slučaju tanki sloj na površini posude će se formirati led. Ovaj sloj leda će delovati kao izolator između vode i hladnog vazduha i sprečiće dalje isparavanje. Brzina formiranja kristala leda u ovom slučaju će biti manja. U slučaju tople vode koja je podhlađena, pothlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh.

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

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

Konvekcija

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

Ovaj efekat se objašnjava anomalijom u gustini vode. Voda ima maksimalnu gustinu na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrzavati. Budući da je ova voda manje gusta od vode na 4°C, ostat će na površini, formirajući tanak hladan sloj. U tim uslovima će se na površini vode za kratko vreme formirati tanak sloj leda, ali će ovaj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , dalje hlađenje će biti sporije.

U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Takođe, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj. toplu vodu na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brz pad temperature.

Ali zašto ovaj proces ne dostiže tačku ravnoteže? Da bismo objasnili Mpemba efekat sa ove tačke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i topli sloj vode odvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon prosječna temperatura voda padne ispod 4C.

Međutim, ne postoje eksperimentalni dokazi koji podržavaju ovu hipotezu da su hladni i topli slojevi vode odvojeni konvekcijom.

gasovi rastvoreni u vodi

Voda uvijek sadrži plinove otopljene u njoj - kisik i ugljični dioksid. Ovi gasovi imaju sposobnost da snize tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ovi plinovi se oslobađaju iz vode zbog njihove topljivosti u vodi visoke temperature ispod. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj uvijek ima manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Zbog toga je tačka smrzavanja zagrijane vode viša i ona se brže smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjavanju Mpemba efekta, iako nema eksperimentalnih podataka koji bi potvrdili ovu činjenicu.

Toplotna provodljivost

Ovaj mehanizam može odigrati značajnu ulogu kada se voda stavlja u frižider sa zamrzivačem u malim posudama. U ovim uslovima, primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led ispod sebe. zamrzivač, čime se poboljšava toplinski kontakt sa zidom zamrzivača i toplinska provodljivost. Kao rezultat, toplina se brže uklanja iz posude za toplu vodu nego iz hladne. Zauzvrat, posuda sa hladnom vodom ne topi snijeg ispod sebe.

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

Tako je, na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao utjecaj prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, a samim tim i brže od ove druge. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se nadoknađuje prethodno zaostajanje.

Osim toga, Auerbachovi rezultati su u suprotnosti sa ranijim podacima da topla voda može postići više superhlađenja zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrije, iz nje se uklanjaju plinovi otopljeni u njoj, a kada se prokuha, talože se neke soli otopljene u njoj.

Za sada se može tvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta u suštini zavisi od uslova pod kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek.

O. V. Mosin

Literaryizvori:

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

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

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

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

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

Ovu pojavu su u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali je tek 1963. godine tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća mješavina sladoleda smrzava brže od hladne.

Erasto Mpemba je bio učenik srednje škole Magambin u Tanzaniji i bavio se praktičnim kuhanjem. Morao je da napravi domaći sladoled - prokuva mleko, rastvori šećer u njemu, ohladi na sobnu temperaturu, a zatim stavi u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je s prvim dijelom zadatka. Bojeći se da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je još vruće mlijeko u frižider. Na njegovo iznenađenje, smrzlo se čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno po zadatoj tehnologiji.

Nakon toga, Mpemba je eksperimentisao ne samo s mlijekom, već i sa običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkwawa, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od direktora škole da studentima održi predavanje o fizici) o vodi: „Ako uzmete dvije identične posude sa jednakim količinama vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 °C, a u drugoj - 100 °C, i stavite ih u zamrzivač, tada će se u drugoj voda brže smrzavati. Zašto? Osborne se zainteresovao za ovo pitanje i ubrzo 1969. godine, zajedno sa Mpembom, objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada se efekat koji su otkrili naziva Mpemba efekat.

Do sada niko ne zna tačno kako da objasni ovaj čudan efekat. Naučnici nemaju ni jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve se radi o razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u prehlađenju, isparavanju, formiranju leda, konvekciji ili uticaju tečnih gasova na vodu na različite temperature.

Paradoks Mpemba efekta je da vrijeme tokom kojeg se tijelo hladi na temperaturu okoline mora biti proporcionalno temperaturnoj razlici između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je ustanovio Newton i od tada je više puta potvrđen u praksi. U istom efektu, voda na 100°C se hladi na 0°C brže od iste količine vode na 35°C.

Međutim, to još ne znači paradoks, budući da se efekat Mpemba može objasniti i u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za efekat Mpemba:

Isparavanje

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

Efekat isparavanja je dvostruki efekat. Prvo se smanjuje masa vode koja je potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u fazu pare.

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 uslovima, može se podvrgnuti prehlađenju dok nastavlja da ostane tečan na temperaturama ispod tačke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tečna čak i na -20 C.

Razlog za ovaj efekat je taj što su za početak formiranja prvih kristala leda potrebni centri za formiranje kristala. Ako nisu u tekućoj vodi, onda će se superhlađenje nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali počnu spontano formirati. Kada počnu da se formiraju u prehlađenoj tečnosti, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu koja će se smrznuti i formirati led.

Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem eliminira otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za formiranje kristala leda.

Zašto hipotermija uzrokuje brže zamrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode, koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U tom slučaju će se na površini posude formirati tanak sloj leda. Ovaj sloj leda će delovati kao izolator između vode i hladnog vazduha i sprečiće dalje isparavanje. Brzina formiranja kristala leda u ovom slučaju će biti manja. U slučaju tople vode koja je podhlađena, pothlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh.

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

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

Konvekcija

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

Ovaj efekat se objašnjava anomalijom u gustini vode. Voda ima maksimalnu gustinu na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrzavati. Budući da je ova voda manje gusta od vode na 4°C, ostat će na površini, formirajući tanak hladan sloj. U tim uslovima će se na površini vode za kratko vreme formirati tanak sloj leda, ali će ovaj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , dalje hlađenje će biti sporije.

U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Takođe, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj tople vode na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brz pad temperature.

Ali zašto ovaj proces ne dostiže tačku ravnoteže? Da bismo objasnili Mpemba efekat sa ove tačke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i topli slojevi vode odvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon što prosječna temperatura vode padne ispod 4 C.

Međutim, ne postoje eksperimentalni dokazi koji podržavaju ovu hipotezu da su hladni i topli slojevi vode odvojeni konvekcijom.

gasovi rastvoreni u vodi

Voda uvijek sadrži plinove otopljene u njoj - kisik i ugljični dioksid. Ovi gasovi imaju sposobnost da snize tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ovi plinovi se oslobađaju iz vode jer je njihova topljivost u vodi na visokoj temperaturi niža. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj uvijek ima manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Zbog toga je tačka smrzavanja zagrijane vode viša i ona se brže smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjavanju Mpemba efekta, iako nema eksperimentalnih podataka koji bi potvrdili ovu činjenicu.

Toplotna provodljivost

Ovaj mehanizam može odigrati značajnu ulogu kada se voda stavlja u frižider sa zamrzivačem u malim posudama. U ovim uslovima, primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led zamrzivača ispod, čime se poboljšava termički kontakt sa zidom zamrzivača i toplotna provodljivost. Kao rezultat, toplina se brže uklanja iz posude za toplu vodu nego iz hladne. Zauzvrat, posuda sa hladnom vodom ne topi snijeg ispod sebe.

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

Tako je, na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao utjecaj prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, a samim tim i brže od ove druge. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se nadoknađuje prethodno zaostajanje.

Osim toga, Auerbachovi rezultati su u suprotnosti sa ranijim podacima da topla voda može postići više superhlađenja zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrije, iz nje se uklanjaju plinovi otopljeni u njoj, a kada se prokuha, talože se neke soli otopljene u njoj.

Za sada se može tvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta u suštini zavisi od uslova pod kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek.

Mpemba efekat ili zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode? Efekat Mpemba (Mpemba Paradox) je paradoks koji kaže da se topla voda pod određenim uslovima smrzava brže od hladne vode, iako mora proći temperaturu hladne vode u procesu smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti s uobičajenim idejama, prema kojima, pod istim uslovima, toplijem tijelu treba više vremena da se ohladi na određenu temperaturu nego hladnijem tijelu da se ohladi na istu temperaturu. Ovu pojavu su u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali je tek 1963. godine tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća mješavina sladoleda smrzava brže od hladne. Erasto Mpemba je bio učenik srednje škole Magambin u Tanzaniji i bavio se praktičnim kuhanjem. Morao je da napravi domaći sladoled - prokuva mleko, rastvori šećer u njemu, ohladi na sobnu temperaturu, a zatim stavi u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je s prvim dijelom zadatka. Bojeći se da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je još vruće mlijeko u frižider. Na njegovo iznenađenje, smrzlo se čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno po zadatoj tehnologiji. Nakon toga, Mpemba je eksperimentisao ne samo s mlijekom, već i sa običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkwawa, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od direktora škole da studentima održi predavanje o fizici) o vodi: „Ako uzmete dvije identične posude sa jednakim količinama vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 °C, a u drugoj - 100 °C, i stavite ih u zamrzivač, tada će se u drugoj voda brže smrzavati. Zašto? Osborne se zainteresovao za ovo pitanje i ubrzo 1969. godine, zajedno sa Mpembom, objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada, efekat koji su otkrili naziva se Mpemba efekat. Do sada niko ne zna tačno kako da objasni ovaj čudan efekat. Naučnici nemaju ni jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve se radi o razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u prehlađenju, isparavanju, formiranju leda, konvekciji ili uticaju tečnih gasova na vodu na različite temperature. Paradoks Mpemba efekta je da vrijeme tokom kojeg se tijelo hladi na temperaturu okoline mora biti proporcionalno temperaturnoj razlici između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je ustanovio Newton i od tada je više puta potvrđen u praksi. U istom efektu, voda na 100°C se hladi na 0°C brže od iste količine vode na 35°C. Međutim, to još ne znači paradoks, budući da se efekat Mpemba može objasniti i u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za efekat Mpemba: isparavanje Vruća voda brže isparava iz posude, čime se smanjuje njen volumen, a manja količina vode na istoj temperaturi brže se smrzava. Voda zagrijana na 100 C gubi 16% svoje mase kada se ohladi na 0 C. Efekat isparavanja je dvostruki efekat. Prvo se smanjuje masa vode koja je potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se smanjuje toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u fazu pare. Temperaturna razlika Zbog činjenice da je temperaturna razlika između tople vode i hladnog vazduha veća – pa je izmena toplote u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi. Pothlađivanje Kada se voda ohladi ispod 0 C, ne smrzava se uvijek. Pod određenim uslovima, može se podvrgnuti prehlađenju dok nastavlja da ostane tečan na temperaturama ispod tačke smrzavanja. U nekim slučajevima voda može ostati tečna čak i na temperaturi od -20 C. Razlog za ovaj efekat je taj što su za stvaranje prvih kristala leda potrebni centri za formiranje kristala. Ako nisu u tekućoj vodi, onda će se superhlađenje nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali počnu spontano formirati. Kada počnu da se formiraju u prehlađenoj tečnosti, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu koja će se smrznuti i formirati led. Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem eliminira otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za formiranje kristala leda. Zašto hipotermija uzrokuje brže zamrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode, koja nije prehlađena, događa se sljedeće. U tom slučaju će se na površini posude formirati tanak sloj leda. Ovaj sloj leda će delovati kao izolator između vode i hladnog vazduha i sprečiće dalje isparavanje. Brzina formiranja kristala leda u ovom slučaju će biti manja. U slučaju tople vode koja je podhlađena, pothlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh. Kada se proces superhlađenja završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više topline i stoga se stvara više leda. Mnogi istraživači ovog efekta smatraju hipotermiju glavnim faktorom u slučaju Mpemba efekta. Konvekcija Hladna voda počinje da se smrzava odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplotnog zračenja i konvekcije, a samim tim i gubitak toplote, dok topla voda počinje da se smrzava odozdo. Ovaj efekat se objašnjava anomalijom u gustini vode. Voda ima maksimalnu gustinu na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrzavati. Budući da je ova voda manje gusta od vode na 4°C, ostat će na površini, formirajući tanak hladan sloj. U tim uslovima će se na površini vode za kratko vreme formirati tanak sloj leda, ali će ovaj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , dalje hlađenje će biti sporije. U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Takođe, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj tople vode na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brz pad temperature. Ali zašto ovaj proces ne dostiže tačku ravnoteže? Da bi se objasnio Mpemba efekat sa ove tačke gledišta konvekcije, pretpostavilo bi se da su hladni i topli slojevi vode odvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon što prosečna temperatura vode padne ispod 4 C. Međutim, nema eksperimentalnih podataka. što bi potvrdilo ovu hipotezu, da su slojevi hladne i tople vode odvojeni konvekcijom. Gasovi rastvoreni u vodi Voda uvek sadrži gasove rastvorene u vodi - kiseonik i ugljen-dioksid. Ovi gasovi imaju sposobnost da snize tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ovi plinovi se oslobađaju iz vode jer je njihova topljivost u vodi na visokoj temperaturi niža. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj uvijek ima manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Zbog toga je tačka smrzavanja zagrijane vode viša i ona se brže smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjavanju Mpemba efekta, iako nema eksperimentalnih podataka koji bi potvrdili ovu činjenicu. Toplotna provodljivost Ovaj mehanizam može igrati značajnu ulogu kada se voda stavlja u frižider sa zamrzivačem u malim posudama. U ovim uslovima, primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led zamrzivača ispod, čime se poboljšava termički kontakt sa zidom zamrzivača i toplotna provodljivost. Kao rezultat, toplina se brže uklanja iz posude za toplu vodu nego iz hladne. Zauzvrat, posuda sa hladnom vodom ne topi snijeg ispod sebe. Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih pružaju 100% reprodukciju Mpemba efekta - nije dobiven. Tako je, na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao utjecaj prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, a samim tim i brže od ove druge. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se nadoknađuje prethodno zaostajanje. Osim toga, Auerbachovi rezultati su u suprotnosti sa ranijim podacima da topla voda može postići više superhlađenja zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrije, iz nje se uklanjaju plinovi otopljeni u njoj, a kada se prokuha, talože se neke soli otopljene u njoj. Za sada se može tvrditi samo jedno - reprodukcija ovog efekta u suštini zavisi od uslova pod kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek. O. V. Mosin

Povratak