1963. godine učenik iz Tanzanije po imenu Erasto Mpemba postavio je svom učitelju glupo pitanje - zašto se topli sladoled brže smrzava u njegovom zamrzivaču od hladnog?

Kao student Magambinske srednja škola u Tanzaniji je to učinio Erasto Mpemba praktičan rad o kuharskom poslu. Trebao je napraviti domaći sladoled - prokuvati mlijeko, otopiti šećer u njemu, ohladiti ga sobnoj temperaturi a zatim stavite u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je sa izvršavanjem prvog dijela zadatka. U strahu da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je vruće mlijeko u frižider. Na njegovo iznenađenje, smrzlo se čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno po zadatoj tehnologiji.

Obratio se profesoru fizike za pojašnjenje, ali se on samo nasmijao učeniku, rekavši sljedeće: "Ovo nije svjetska fizika, već fizika Mpemba." Nakon toga, Mpemba je eksperimentisao ne samo s mlijekom, već i sa običnom vodom.

U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkvavskaya, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od strane direktora da studentima održi predavanje o fizici) konkretno o vodi: „Ako uzmemo dva identična 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. on i Mpemba su objavili rezultate svojih eksperimenata u časopisu "Physics Education". Od tada, efekat koji su otkrili naziva se Mpemba efekat.

Da li vas zanima zašto se to dešava? Pre samo nekoliko godina naučnici su uspeli da objasne ovaj fenomen...

Efekat Mpemba (Mpemba Paradox) je paradoks koji to kaže vruća voda pod nekim uslovima smrzava se brže od hladne vode, ali istovremeno mora proći temperaturu hladne vode tokom procesa smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti sa uobičajenim konceptima, prema kojima, pod istim uslovima, više zagrejanom telu da se ohladi na određenu temperaturu treba duže nego manje zagrejanom telu da se ohladi na istu temperaturu.

Ovu pojavu su u to vrijeme uočili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes. 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. Pri tom efektu, voda temperature 100°C hladi se na temperaturu od 0°C brže od iste količine vode sa temperaturom od 35°C.

Od tada su se pojavljivale različite verzije, od kojih je jedna zvučala ovako: dio tople vode prvo jednostavno ispari, a onda, kada je ima manje, voda se brže smrzava. Ova verzija je, zbog svoje jednostavnosti, postala najpopularnija, ali naučnici nisu u potpunosti zadovoljili.

Sada je tim istraživača sa tehnološkog univerziteta Nanyang u Singapuru, predvođen hemičarem Xi Zhangom, rekao da su riješili vjekovnu misteriju zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode. Kako su kineski stručnjaci otkrili, tajna je u količini energije pohranjene u vodikovim vezama između molekula vode.

Kao što znate, molekule vode se sastoje od jednog atoma kisika i dva atoma vodika koji se drže zajedno kovalentnim vezama, što na nivou čestica izgleda kao razmjena elektrona. Drugi poznata činjenica sastoji se u tome da se atomi vodika privlače atomima kisika iz susjednih molekula – u ovom slučaju nastaju vodikove veze.

U isto vrijeme, molekuli vode se općenito odbijaju jedni od drugih. Naučnici iz Singapura su primijetili da što je voda toplija, to je veća udaljenost između molekula tekućine zbog povećanja odbojnih sila. Kao rezultat toga, vodonične veze se rastežu i stoga skladište više energije. Ova energija se oslobađa kada se voda ohladi – molekuli se približavaju jedan drugom. A oslobađanje energije, kao što znate, znači hlađenje.

Evo nekih od pretpostavki naučnika:

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 - dvostruki efekat. Prvo se smanjuje količina vode koja je potrebna za hlađenje. I drugo, zbog isparavanja, njegova temperatura se smanjuje.

Temperaturna razlika

Zbog činjenice da je temperaturna razlika između vruća voda i više hladnog zraka - stoga je izmjena topline u ovom slučaju intenzivnija, a topla voda se brže hladi.

Hipotermija
Kada se voda ohladi ispod 0 °C, ne smrzava se uvijek. U nekim uslovima, može se podvrgnuti hipotermiji, nastavljajući da ostane tečnost 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 ih nema u tekućoj vodi, onda će se hipotermija nastaviti sve dok temperatura ne padne toliko da se kristali počnu spontano formirati. Kada se počnu formirati u prehlađenoj tekućini, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu, koja će, smrzavajući se, formirati led. Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer se zagrijavanjem uklanjaju otopljeni plinovi i mjehurići, koji zauzvrat mogu poslužiti kao centri za formiranje kristala leda. Zašto hipotermija uzrokuje brže zamrzavanje tople vode? U slučaju da hladnom vodom, koji nije prehlađen, dešava se sledeće: na njegovoj površini, tanki sloj led, koji deluje kao izolator između vode i hladnog vazduha i na taj način sprečava dalje isparavanje. Brzina formiranja kristala leda u ovom slučaju će biti sporija. U slučaju tople vode koja je podložna superhlađenju, prehlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh. Kada se proces hipotermije završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više topline i stoga nastaje 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 gustine vode. Voda ima najveću gustinu na 4°C. Ako ohladite vodu na 4°C i stavite je u okruženje niže temperature, površinski sloj vode će se brže smrznuti. Budući da je ova voda manje gusta od vode na 4°C, ona će ostati 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. Zbog toga će dalji proces hlađenja biti sporiji. U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Osim toga, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti prema dolje, podižući sloj toplu vodu na površinu. Ova cirkulacija vode osigurava brz pad temperature. Ali zašto ovaj proces ne uspeva da dostigne tačku ravnoteže? Da bismo objasnili Mpemba efekat sa stanovišta 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 podaci koji bi podržali 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 plinovi imaju sposobnost da smanje tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagreje, ovi gasovi se oslobađaju iz vode, budući da je njihova rastvorljivost u vodi na visoke temperature ispod. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj je uvijek 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 odeljak frižidera u malim posudama. U takvim uslovima primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led ispod. zamrzivaččime se poboljšava toplinski kontakt sa zidom zamrzivača i toplinska provodljivost. Kao rezultat, toplina se uklanja iz posude s toplom vodom brže nego iz hladne vode. Zauzvrat, kontejner sa hladnom vodom ne otapa snijeg ispod njega. Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih pružaju stopostotnu reprodukciju Mpemba efekta - nije dobiven. Na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao je učinak prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, što znači brže od ove druge. Ali hladnom vodom dostiže hipotermično stanje brže nego vruće, čime se kompenzuje prethodno zaostajanje. Osim toga, Auerbachovi rezultati su u suprotnosti sa ranijim nalazima da topla voda može postići veću hipotermiju zbog manjeg broja centara za kristalizaciju. 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 u kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek.

Ali kako kažu, najvjerovatniji razlog.

Kako pišu kemičari u svom članku, koji se može naći na stranici za preprint arXiv.org, vodonične veze su zategnutije u vrućoj vodi više nego u hladnoj. Tako se ispostavlja da je više energije pohranjeno u vodikovim vezama tople vode, što znači da se više energije oslobađa kada se ohladi na temperature ispod nule... Iz tog razloga, skrućivanje je brže.

Do danas su naučnici riješili ovu zagonetku samo teoretski. Kada iznesu uvjerljive dokaze za svoju verziju, onda se pitanje zašto se topla voda smrzava brže od hladne može smatrati zatvorenim.

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, valjci i tobogani su zimi preplavljeni toplom, a ne hladnom vodom. Stručnjaci savjetuju vozačima da zimi sipaju hladnu, a ne toplu vodu u rezervoar za pranje. Paradoks je poznat širom svijeta kao "Mpemba efekat".

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

Na sreću, Dennis Osborne, profesor fizike na Univerzitetu Dar es Salaam, jednog dana je posjetio školu. I Mpemba mu se obrati sa istim pitanjem. Profesor je bio manje skeptičan, rekao je da ne može suditi o onome što nikada nije vidio, a po povratku kući zamolio je osoblje da izvrši odgovarajuće eksperimente. Čini se 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 u Eng. američkoJournaloffizika».

Postoji nekoliko načina da se objasni ovaj paradoks:

• Topla voda brže isparava, čime se smanjuje njen volumen, a manji volumen vode iste temperature brže se smrzava. Hladna voda bi se trebala brže smrzavati u zatvorenim posudama.
• Prisustvo snježne obloge. Posuda za toplu vodu topi snijeg ispod, čime se poboljšava toplinski kontakt sa rashladnom površinom. Hladna voda ne topi snijeg ispod. Ako nema snježne obloge, posuda za hladnu vodu bi se trebala brže smrznuti.
• 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.
• Prisutnost centara kristalizacije u ohlađenoj vodi - tvari otopljenih u njoj. Sa malim brojem takvih centara u hladnoj vodi, transformacija vode u led je otežana, pa je čak moguća i njena hipotermija 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 U njemu se igraju tvari otopljene u vodi, koje se talože pri zagrijavanju.
Pod rastvorenim supstance dr Katz se odnosi na kalcijum i magnezijum bikarbonate koji se nalaze u tvrdoj vodi. Kada se voda zagrije, ove tvari se talože i voda postaje "meka". Voda koja nikada nije zagrijana sadrži ove nečistoće, ona je "tvrda". Kako se smrzava i stvaraju kristali leda, koncentracija nečistoća u vodi se povećava 50 puta. Ovo snižava tačku smrzavanja vode.

Ovo objašnjenje mi se ne čini uvjerljivim, jer ne smijemo zaboraviti da je učinak pronađen u eksperimentima sa sladoledom, a ne sa tvrdom vodom. Najvjerovatnije su razlozi za ovaj fenomen 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 zahvaljujući svojoj radoznalosti i upornosti.

Dodato u februaru 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 međunarodni konkurs za rješavanje naučne misterije "Mpemba efekat" 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 uvjerljivi. Model koji je predložio zasniva se na osnovnim svojstvima vode. Zainteresovani mogu pronaći posao na linku 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 odeljka

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! Toplota i hladnoća je fizički osjećaj koji uzrokuje interakciju čestica Materije, u obliku kontrakompresije magnetnih valova koji se kreću sa strane svemira i iz centra zemlje. Dakle, što je veća potencijalna razlika, ovo magnetni napon, brže se vrši razmjena energije metodom kontraprodiranja jednih valova u druge. Odnosno, metodom difuzije! 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 uredu! Odgovaram na pitanje: "ZAŠTO VODA ISPARA U PRIRODI?" Magnetni talasi, koji se uvek kreću iz centra zemlje u svemir, savladavajući nailazeći pritisak 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, oni se šire! U slučaju savladavanja magnetnih kompresijskih talasa, ove vodene pare se sabijaju (kondenziraju) i pod uticajem ovih sila magnetne kompresije voda se u vidu padavina vraća u tlo! Srdačan pozdrav! 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 ekspanzije. U slučaju ravnotežnog stanja ovih energija, temperatura tijela ili tvari je u stabilnom stanju. Kada se poremeti stanje ravnoteže ovih energija, u pravcu energije širenja, telo ili supstanca se povećavaju u zapremini prostora. Ako je energija magnetnih valova prekoračena u smjeru kompresije, tijelo ili supstanca se smanjuju u volumenu prostora. Stepen elektromagnetnog naprezanja određen je stepenom širenja ili kontrakcije referentnog tijela. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Aleksej, govoriš o nekom članku koji iznosi tvoje stavove o pojmu temperature. Ali niko ga nije pročitao. Molim te daj mi link. Općenito, vaši pogledi na fiziku su vrlo neobični. Nikada nisam čuo za "elektromagnetsko širenje referentnog tijela".

Yuri Kuznetsov, 12.04.2012. 12:32 sati

Predlaže se hipoteza da je ovo intermolekularna rezonanca i ponderomotivna privlačnost koju ona stvara između molekula. U hladnoj vodi, molekuli se kreću i vibriraju haotično, s različitim frekvencijama. Kada se voda zagrije, s povećanjem frekvencije vibracija, njihov raspon se sužava (razlika frekvencije od tekuće tople vode do tačke isparavanja se smanjuje), frekvencije vibracija molekula se približavaju jedna drugoj, zbog čega dolazi do rezonancije između molekule. Prilikom hlađenja, ova rezonancija je djelimično očuvana, ali se ne gasi odmah. Pokušajte pritisnuti jednu od dvije rezonantne žice gitare. Sada pustite - struna će ponovo početi da vibrira, rezonancija će vratiti svoje vibracije. Isto tako, u smrznutoj vodi vanjski hlađeni molekuli pokušavaju izgubiti amplitudu i frekvenciju oscilacija, ali “topli” molekuli unutar posude “povlače” oscilacije unazad, djeluju kao vibratori, a vanjski - kao rezonatori. Ponderomotivna privlačnost * nastaje između vibratora i rezonatora. 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 krhka, Mpemba efekat jako zavisi od svih pratećih faktora: zapremine vode koja se zamrzava, prirode njenog zagrevanja, uslova smrzavanja, temperature, konvekcije, uslova razmene toplote, zasićenja gasom, vibracija rashladna jedinica, ventilacija, 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 pri hlađenju uglavnom pada na gubitak kinetičke energije linearnog kretanja molekula). Intenzivnim zagrijavanjem molekule vibratora mijenjaju uloge sa molekulama rezonatora u poređenju sa smrzavanjem - frekvencija vibratora je manja od frekvencije rezonatora, što znači da između molekula ne dolazi do privlačenja, već do odbijanja, što ubrzava prijelaz u drugu. stanje agregacije(par).

Vlad, 11.12.2012. 03:42

slomio mi mozak...

Anton, 2.4.2013 02:02

1. Da li je ova ponderomotivna privlačnost 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. usled čega pri hlađenju ova rezonancija nestaje? 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 sadrži atome dušika i udaljenost između molekula vode je bliža nego u vrućoj vodi. Odnosno, zaključak: Vruća voda brže apsorbira atome dušika i istovremeno se brže smrzava od hladne vode - to je uporedivo sa gašenjem željeza, jer se topla voda pretvara u led, a vruće željezo stvrdnjava brzim hlađenjem!

Vladimir, 13.03.2013 06:50

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

Alexey Mishnev, 21.03.2013. 11:50

Prije nego što se govori o rezonancijama, privlačenju i vibracijama čestica, mora se razumjeti i odgovoriti na pitanje: Koje sile čine čestice vibriranjem? Od, bez kinetička energija, 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 vibrira! Kada govorimo o privlačenju, morate prije svega naznačiti silu koja čini da se ova tijela privlače! Tvrdim 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 sati

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 o tome ni riječi. Iz ovoga možemo zaključiti - cijeli članak je sranje!

Grigorije, 6.4.2013 12:17

Dodik, prije nego što članak nazoveš glupošću, moraš razmisliti da barem malo naučiš. I ne samo mjeriti.

Dmitrij, 24.12.2013 10:57

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

Ivan, 01.10.2014 05:53

Iznenađujuće je da se na ovoj stranici pojavljuje tako anoniman članak. Članak je potpuno nenaučan. I autor i komentatori se nadmeću 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 oko toga šta mi zapravo posmatramo! Dakle, autor insistira na potrebi da se objasni učinak brzog zamrzavanja vrućeg sladoleda, iako iz cijelog teksta (i riječi "efekat je pronađen u eksperimentima sa sladoledom") proizlazi da on sam nije inscenirao takve eksperimenti. Iz opcija navedenih u članku za "objašnjenje" fenomena, jasno je da su opisani potpuno drugačiji eksperimenti. različitim uslovima sa različitim vodenim rastvorima. I suština objašnjenja i subjunktivno raspoloženje u njima sugeriraju da čak ni elementarna provjera izraženih ideja nije izvršena. Neko je slučajno čuo zanimljivu priču i opušteno iznio svoj spekulativni zaključak. Žao mi je, ali ovo nije fizičko Naučno istraživanje, i razgovor u sobi za pušenje.

Ivan, 01.10.2014 06:10

Što se tiče komentara u članku o punjenju valjaka rezervoarima za toplu i hladnu vodu. Sve je jednostavno sa stanovišta elementarne fizike. Klizalište je napunjeno toplom vodom samo zato što se sporije smrzava. Valjak mora biti ravan i gladak. Pokušajte ga napuniti hladnom vodom - dobit ćete izbočine i "čvoriće", tk. voda će se _ brzo_ smrznuti bez vremena da se raširi u jednoličan sloj. A vrući će imati vremena da se raširi u ravnomjernom sloju, a postojeći ledeni i snježni brežuljci će se otopiti. Ni s perilicom nije teško: nema smisla sipati čistu vodu u mraz - smrzava se na staklu (čak i vruća); a vruća tekućina 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 da li ste svi upoznati? - alkohol isparava, voda ostaje).

Ivan, 01.10.2014 06:34

Zapravo, glupo je pitati se zašto se dva različita eksperimenta pod različitim uvjetima odvijaju različito. Ako je eksperiment čisto postavljen, onda je potrebno uzeti toplu i hladnu vodu iste hemijski sastav- iz istog čajnika uzimamo prethodno ohlađenu kipuću vodu. Sipati u identične posude (na primjer čaše tankih stijenki). Ne stavljamo snijeg, već na istu ravnu suhu podlogu, npr. drveni sto... I to ne u mikrozamrzivaču, već u dovoljno obimnom termostatu - proveo sam eksperiment prije nekoliko godina na dachi, kada je vani bilo stabilno hladno vrijeme na oko -25C. Voda kristalizira na određenoj temperaturi nakon oslobađanja topline kristalizacije. Hipoteza se svodi na tvrdnju da se topla voda brže hladi (to je tako, u skladu sa klasičnom fizikom, brzina prenosa toplote je proporcionalna temperaturnoj razlici), ali zadržava povećanu brzinu hlađenja čak i kada je njena temperatura jednaka temperaturi hladnom vodom. Pitanje je koja je razlika između vode ohlađene na +20C vani i potpuno iste vode koja se sat ranije ohladila na +20C, ali u prostoriji? Klasična fizika (uzgred, zasnovana ne na brbljanju u pušionici, već na stotinama hiljada i milionima eksperimenata) kaže: da, ništa, dalja dinamika hlađenja će biti ista (samo do tačke +20 kipuće vode će doći kasnije). I eksperiment pokazuje isto: kada se u čaši sa prvobitno hladnom vodom već nalazi jaka kora leda, topla voda nije ni pomislila 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 nije jasno koje eksperimente sa nepoznato kojim uslovima, preuranjeno je graditi teorije njihovog objašnjenja i to ne daje ništa sa naučnog stanovišta. P.P.S. Pa, nemoguće je čitati komentare Alekseja Mišnjeva bez suza emocija - osoba živi u nekakvom izmišljenom svijetu koji nema nikakve veze s fizikom i stvarnim eksperimentima.

Grigorije, 13.01.2014 10:58

Ivane, koliko sam shvatio, opovrgavaš efekat Mpemba? Zar ne postoji, kao što pokazuju vaši eksperimenti? Zašto je to tako poznato u fizici, a mnogi pokušavaju da ga objasne?

Ivan, 14.02.2014 01:51

Dobar dan, Grigorije! Efekat lažnog eksperimenta postoji. Ali, kao što znate, ovo nije razlog za traženje novih obrazaca u fizici, već razlog za poboljšanje vještine eksperimentatora. Kao što sam već napomenuo u komentarima, u svim gore navedenim pokušajima da se objasni „Mpemba efekat“, istraživači ne mogu ni jasno formulisati šta tačno i pod kojim uslovima mere. I hoćete da kažete da su to eksperimentalni fizičari? Nemoj me nasmijavati. Efekat je poznat ne u fizici, već u pseudonaučnim raspravama na raznim forumima i blogovima kojih je sada more. Kao pravi fizički efekat (u smislu kao posledicu nekih novih fizičkih zakona, a ne kao posledicu pogrešne interpretacije ili samo mita) doživljavaju ga ljudi koji su daleko od fizike. Dakle, nema razloga govoriti o rezultatima različitih eksperimenata provedenih u potpuno različitim uvjetima kao o jednom fizičkom efektu.

Pavel, 18.02.2014 09:59

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

Grgur, 19.02.2014. 12:50 sati

Ivane, slažem se da danas ima dosta pseudonaučnih sajtova koji objavljuju neprovjerene senzacionalne materijale.? Uostalom, efekat Mpemba se još istražuje. Štaviše, naučnici sa univerziteta istražuju. Na primjer, 2013. godine ovaj efekat je istraživala grupa na Tehnološkom univerzitetu u Singapuru. Pogledajte link 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 Mpemba efekta, 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 efekat Mpembe zaista dogodi, onda se objašnjenje mora tražiti, mislim, u molekularnoj strukturi vode. Voda (kako sam saznao iz naučnopopularne literature) ne postoji kao odvojeni molekuli H2O, već u klasterima od nekoliko molekula (čak i desetina). Kako temperatura vode raste, brzina molekularnog kretanja se povećava, klasteri se raspadaju i valentne veze molekula nemaju vremena za sastavljanje velikih klastera. Za formiranje klastera potrebno je malo duže nego za smanjenje brzine kretanja molekula. A budući da su klasteri manji, formiranje kristalne rešetke je brže. U hladnoj vodi, naizgled, dovoljno veliki stabilni klasteri sprječavaju stvaranje rešetke; potrebno je neko vrijeme za njihovo uništenje. I sam sam vidio na TV-u čudan efekat, kada je hladna voda, mirno stajala u tegli, nekoliko sati ostala tečna na hladnom. Ali čim je tegla uzeta u ruke, odnosno lagano pomerena sa svog mesta, voda u tegli je odmah kristalizovala, postala neprozirna i tegla je pukla. Pa, sveštenik, koji je pokazao ovo dejstvo, objasnio je to činjenicom da je voda osvećena. Usput, ispostavilo se da voda jako mijenja svoj viskozitet u zavisnosti od temperature. Mi, kao velika stvorenja, smo nevidljivi, a na nivou malih (mm i manje) rakova, a još više bakterija, viskoznost vode je vrlo značajan faktor. Mislim da je ovaj viskozitet također određen veličinom klastera vode.

SIVO, 15.03.2014 05:30

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

Nikita, 6.6.2014 04:27 | auto

ali kako da voda ostane hladna, ali ne i 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 utikačem. Iz zabave, mnogo puta sam postavio eksperiment jak mraz... Efekat je očigledan. Zdravo teoretičari!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Princip evaporativnog hladnjaka. Uzimamo dva hermetički zatvorene boce sa hladnom i toplom vodom. Stavili smo ga na hladno. Hladna voda se brže smrzava. Sada uzimamo iste boce sa hladnom i toplom vodom, otvaramo ih i stavljamo u mraz. Topla voda će se smrznuti brže od hladne vode. Ako uzmemo dva korita hladne i tople vode, onda će se topla voda mnogo brže smrzavati. To je zbog činjenice da povećavamo kontakt sa atmosferom. Što je isparavanje intenzivnije, to brže dolazi do pada 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

SIVO, 15.03.2014 05:30 - nastavak Ono što znate o temperaturi nije sve. Ima još toga. Ako ispravno nacrtate fizički model temperature, tada će to 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 energije Sunca postati jasan iz gore navedenog. Ja sam zimi. ... u rano proljeće 20013. godine, nakon što je pogledao temperaturne modele, sastavio je opći temperaturni model. Nakon par mjeseci sjetio sam se temperaturnog paradoksa i tada 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, a ima pokretljivost 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, 11.08.2015 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 mejl: [email protected]

Andrej, 11.08.2015 08:58

Izvinite, dao sam pogrešno poštansko sanduče, evo tačne e-pošte: [email protected]

Viktor, 23.12.2015 10:37

Čini mi se da je sve jednostavnije, imamo snijeg, to je ispareni plin, rashlađen pa može brže da se ohladi na mrazu, jer ispari i odmah kristalizira ne diže se daleko, a voda u gasovitom stanju hladi se brže nego u tečnost)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

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

Alex, 22.02.2016 12:48 sati

Zdravo Eksperimentatori U pravu ste kada kažete da nauka počinje tamo gde ... ne merenja, već kalkulacije. "Eksperiment" - vječan i neophodan argument za one koji su lišeni mašte i linearnog razmišljanja. Brzina bježanja molekula iz hladne vode u atmosferu određuje količinu energije koju odnesu iz vode (hlađenje je gubitak energije) Brzina molekula iz tople vode je mnogo veća i odnesena energija se kvadrira (brzina hlađenja preostale mase vode) To je sve, ako napustite "eksperimentisanje" i sjetite se Osnovnih osnova nauke

Vladimir, 25.04.2016 10:53 | Meteo

U ono vrijeme, kada je antifriz bio rijetkost, voda iz rashladnog sistema automobila u negrijanoj garaži autoservisa se ispuštala 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, u nedostatku tople vode, sipali su vodu 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. Kristalizacija se odvija drugačije u sladoledu 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, bila topla ili hladna, smrzava se na 0*C. Hladna voda je brza i vruće vrijeme morate se ohladiti.

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

Prva analogija sa čvrste materije(bez procesa isparavanja). Nedavno lemljeni bakar vodovodne cijevi... Proces se odvija zagrijavanjem plinski gorionik do tačke topljenja lema. Vrijeme zagrijavanja za jedan spoj sa rukavom je otprilike jedan minut. Zalemio sam jedan spoj sa navlakom i nakon par minuta sam shvatio da sam ga krivo zalemio. Trebalo je malo da se promota cijev u rukavu. Počeo sam ponovo zagrijavati spoj plamenikom i, iznenađujuće, trebalo je 3-4 minute da se spoj zagrije na temperaturu topljenja. Kako to!? Uostalom, cijev je još vruća i, čini se, potrebno je mnogo manje energije da se zagrije do tačke topljenja, ali sve se pokazalo suprotno. Sve se radi o toplotnoj provodljivosti, koja je znatno 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. Koristićemo koncepte vruće i poluzagrijane posude. U vrućoj posudi formira se usko temperaturno sučelje između vrućih, visoko pokretnih čestica i neaktivnih, hladnih, koje se relativno brzo kreće od periferije ka centru, jer na ovoj granici brze čestice brzo odustaju od svoje energije (hlade se) 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 ima mnogo nižu toplinsku provodljivost, a širina granice između poluzagrijanih i hladnih čestica je mnogo šira. Pomicanje prema centru 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 različite temperature postavljanjem nekoliko temperaturnih senzora od sredine do ruba posude.

Maks, 19.11.2016 05:07

Provjereno je: na Yamalu, u mrazu, cijev s grijaćom vodom se smrzava i mora se zagrijati, ali hladna voda ne!

Artem, 12.09.2016 01:25

Teško je, ali mislim da je hladna voda gušća od tople vode čak i bolja od prokuvane, a onda dolazi do ubrzanja hlađenja itd. 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. 2016. godine u Nature je objavljen detaljan članak na tu temu: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iz njega je jasno da uz pažljive eksperimente (ako su uzorci tople i hladne vode u svemu isti osim temperature), efekat se ne opaža...

Zablab, 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 se, kako kažu stručnjaci, smrzavaju (pune) hladnom vodom, a toplom niveliraju izrezani led. A zimi, tečnost protiv smrzavanja mora se sipati u rezervoar za pranje, a ne voda. Voda će se u svakom slučaju smrznuti, a hladna voda će se smrznuti brže.

Irina, 23.01.2018 10:58

naučnici širom sveta se bore protiv ovog paradoksa još od vremena Aristotela, a Viktor, Zavlab i Sergejev su se pokazali kao najpametniji.

Denis, 01.02.2018 08:51

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

Zavlab, 01.03.2018 08:58 | Zavlab

Irina :), "naučnici celog sveta" se ne bore sa ovim "paradoksom", za prave naučnike ovaj "paradoks" jednostavno ne postoji - lako se proverava u dobro reproducibilnim uslovima. "Paradoks" se pojavio zbog neponovljivih eksperimenata afričkog dječaka Mpembe i preuveličavali su ga takvi "naučnici" :)

Voda je prilično jednostavna supstanca s hemijskog gledišta, ali istovremeno ima niz neobična svojstva koji ne prestaju da oduševljavaju naučnike. U nastavku su neke činjenice za koje malo ljudi zna.

1. Koja voda se brže smrzava - hladna ili topla?

Uzmite dvije posude s vodom: u jednu sipajte toplu vodu, a u drugu hladnu i stavite u zamrzivač. Topla voda će se smrznuti brže od hladne, iako je logično da je hladna voda prva trebala da se pretvori u led: na kraju krajeva, topla voda se prvo mora ohladiti na hladnu temperaturu, a zatim se pretvoriti u led, dok hladna voda ne mora smiri se. Zašto se ovo dešava?

Godine 1963., tanzanijski student po imenu Erasto B. Mpemba, dok je zamrzavao pripremljenu mješavinu sladoleda, primijetio je da će se vruća mješavina brže smrzavati u zamrzivaču nego hladna. Kada je mladić podijelio svoje otkriće sa profesorom fizike, samo mu se nasmijao. Na sreću, učenik je bio uporan i uvjerio učitelja da izvede eksperiment, koji je potvrdio njegovo otkriće: određenim uslovima topla voda se smrzava brže od hladne vode.

Sada se ovaj fenomen smrzavanja tople vode brže od hladne zove " Mpemba efekat". Istina, mnogo prije njega ovo jedinstvena nekretnina vodu su zabilježili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes.

Naučnici još uvijek ne razumiju u potpunosti prirodu ovog fenomena, objašnjavajući ga ili razlikom u hipotermiji, isparavanju, formiranju leda, konvekciji, ili djelovanjem ukapljenih plinova na toplu i hladnu vodu.

2. Može se odmah smrznuti

Svi to znaju vode uvijek se pretvara u led kada se ohladi na 0°C ... osim u nekim slučajevima! Takav slučaj, na primjer, je prehlađenje, što je svojstvo vrlo čista voda ostaju tečni čak i kada se ohlade ispod tačke smrzavanja. Ovaj fenomen postaje moguć zbog činjenice da okolina ne sadrži centre ili jezgre kristalizacije, što bi moglo izazvati stvaranje kristala leda. I tako voda ostaje unutra tečni oblikčak i kada je ohlađen na ispod nula stepeni Celzijusa.

Proces kristalizacije mogu izazvati, na primjer, mjehurići plina, nečistoće (prljavština), neravna površina posude. Bez njih, voda će ostati tečna. Kada započne proces kristalizacije, možete vidjeti kako se prehlađena voda trenutno pretvara u led.

Imajte na umu da "pregrijana" voda također ostaje tečna, čak i kada se zagrije na temperature iznad tačke ključanja.

3.19 stanja vode

Bez oklijevanja, navedite koliko različitih stanja ima voda? Ako ste odgovorili tri: čvrsta, tečna, gasovita, onda se varate. Naučnici razlikuju najmanje 5 različitih stanja vode u tečnom obliku i 14 stanja u zamrznutom obliku.

Sjećate li se razgovora o prehlađenoj vodi? Dakle, šta god da radite, na temperaturi od -38 °C, čak i najčistija superohlađena voda će se iznenada pretvoriti u led. Šta se dešava ako temperatura dodatno padne? Na -120°C vodi se nešto čudno dešava: postaje superviskozna ili viskozna, poput melase, a na temperaturama ispod -135°C pretvara se u "staklenu" ili "staklenu" vodu - čvrstu supstancu kojoj nedostaje kristalna struktura.

4. Voda iznenađuje fizičare

Na molekularnom nivou voda iznenađuje još više. Godine 1995. eksperiment raspršivanja neutrona koji su sproveli naučnici dao je neočekivani rezultat: fizičari su otkrili da neutroni usmjereni na molekule vode "vide" 25% manje vodonikovih protona nego što se očekivalo.

Pokazalo se da se neobičan kvantni efekat odvija brzinom od jedne atosekunde (10-18 sekundi), a hemijska formula umjesto vode H2O, postaje H1.5O!

5. Memorija vode

Alternativa službene medicine homeopatija tvrdi da je razblaženi rastvor medicinski proizvod može pružiti lekovito dejstvo na tijelu, čak i ako je faktor razrjeđenja toliko velik da u otopini ne ostane ništa osim molekula vode. Zagovornici homeopata ovaj paradoks pripisuju konceptu koji se zove “ sjećanje na vodu“, prema kojoj voda na molekularnom nivou ima “pamćenje” supstancije koja je nekada bila otopljena u njoj i zadržava svojstva otopine svoje prvobitne koncentracije nakon što u njoj ne ostane niti jedan molekul nekog sastojka.

Međunarodna grupa naučnika, predvođena profesorkom Madeleine Ennis sa Queen's univerziteta u Belfastu, koja je kritikovala principe homeopatije, izvela je eksperiment 2002. godine kako bi opovrgla ovaj koncept jednom za svagda. Rezultat je bio suprotan. Nakon toga, naučnici su rekli da su uspjeli dokazati realnost efekta " sjećanje na vodu". Međutim, eksperimenti provedeni pod nadzorom nezavisnih stručnjaka nisu dali nikakve rezultate. Sporovi o postojanju fenomena" sjećanje na vodu„Nastavi.

Voda ima mnoga druga neobična svojstva koja nismo pokrili u ovom članku. Na primjer, gustoća vode mijenja se s temperaturom (led je manje gustoće od vode); voda ima prilično visoku površinsku napetost; u tečnom stanju voda je složena i dinamički promenljiva mreža vodenih klastera, a ponašanje klastera utiče na strukturu vode itd.

O ovim i mnogim drugim neočekivanim karakteristikama vode možete pročitati u članku “ Abnormalna svojstva vode„Martin Čaplin, profesor na Univerzitetu u Londonu.

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

Topla voda se smrzava mnogo brže od hladne! Ovo neverovatna nekretnina voda, tačno objašnjenje za koje naučnici do sada ne mogu pronaći, poznata je od davnina. Na primjer, čak i Aristotel ima opis zimski ribolov: ribari su u rupe u ledu ubacivali štapove za pecanje, a da bi se brže smrznuli, sipali su led toplu vodu... Naziv ovoj pojavi dobio je po imenu Erasto Mpemba 60-ih godina XX veka. Mnemba je primijetio čudan efekat dok je pripremao sladoled i obratio se svom nastavniku fizike, dr. Denisu Osborneu, za objašnjenje. Mpemba i dr. Osborne eksperimentirali su s vodom različite temperature i zaključio: gotovo kipuća voda počinje da se smrzava mnogo brže od vode na sobnoj temperaturi. Drugi naučnici su provodili sopstvene eksperimente i svaki put dobijali slične rezultate.

Objašnjenje fizičkog fenomena

Ne postoji opšteprihvaćeno objašnjenje zašto se to dešava. Mnogi istraživači sugerišu da se radi o hipotermiji tečnosti, koja se javlja kada njena temperatura padne ispod tačke smrzavanja. Drugim riječima, ako se voda smrzne na temperaturama ispod 0°C, tada prehlađena voda može imati temperaturu od, na primjer, -2°C i istovremeno ostati tečna bez pretvaranja u led. Kada pokušamo da zamrznemo hladnu vodu, postoji šansa da se ona prvo prehlađena i stvrdne tek nakon nekog vremena. Ostali procesi se odvijaju u zagrijanoj vodi. Njegova brža transformacija u led povezana je s konvekcijom.

Konvekcija- to fizički fenomen, u kojem se topli donji slojevi tečnosti dižu, a gornji, ohlađeni, padaju.

Efekat Mpemba, ili zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode? Mpemba efekat (Mpemba paradox) je paradoks koji kaže da se topla voda pod određenim uslovima smrzava brže od hladne vode, iako mora proći temperaturu hladne vode tokom procesa smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja je u suprotnosti sa uobičajenim konceptima, prema kojima, pod istim uslovima, više zagrejanom telu da se ohladi na određenu temperaturu treba duže nego manje zagrejanom telu da se ohladi na istu temperaturu. Ovu pojavu su u to vrijeme primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, ali je tek 1963. tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća mješavina sladoleda smrzava brže od hladne. Kao učenik srednje škole Magamba u Tanzaniji, Erasto Mpemba se bavio praktičnim kuhanjem. Trebao je napraviti domaći sladoled - prokuvati mlijeko, u njemu otopiti šećer, ohladiti na sobnu temperaturu, a zatim staviti u frižider da se zamrzne. Očigledno, Mpemba nije bio posebno marljiv učenik i odugovlačio je sa izvršavanjem prvog dijela zadatka. U strahu da neće stići na vrijeme do kraja časa, stavio je 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 Mkvavskaya, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa Univerzitetskog koledža u Dar es Salamu (pozvanog od strane direktora da studentima održi predavanje o fizici) konkretno o vodi: „Ako uzmemo dva identične posude sa jednakim zapreminama vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35°C, a u drugoj - 100°C i stavi ih u zamrzivač, onda će se u drugoj voda brže smrzavati.Zašto ?" Osborne se zainteresovao za ovo pitanje i ubrzo 1969. on i Mpemba 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 treba biti proporcionalno razlici u temperaturama između ovog tijela i okoline. Ovaj zakon je ustanovio Newton i od tada je više puta potvrđen u praksi. Pri tom efektu, voda temperature 100°C hladi se na temperaturu od 0°C brže od iste količine vode sa temperaturom od 35°C. Međutim, to još uvijek ne ukazuje na paradoks, jer se Mpemba efekat može objasniti 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 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 količina 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 - samim tim je razmena toplote u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi. Hipotermija Kada se voda ohladi ispod 0°C ne smrzava se uvijek. U nekim uslovima, može se podvrgnuti hipotermiji, nastavljajući da ostane tečnost 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 ih nema u tekućoj vodi, onda će se hipotermija nastaviti sve dok temperatura ne padne toliko da se kristali počnu spontano formirati. Kada se počnu formirati u prehlađenoj tekućini, počet će brže rasti, formirajući ledenu bljuzgavicu, koja će, smrzavajući se, formirati led. Topla voda je najosjetljivija na hipotermiju jer se zagrijavanjem uklanjaju otopljeni plinovi i mjehurići, 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 sporija. U slučaju tople vode koja je podložna superhlađenju, prehlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Zbog toga mnogo brže gubi toplinu kroz otvoreni vrh. Kada se proces hipotermije 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 gustine 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 taj sloj leda služiti kao izolator koji štiti donje slojeve vode, koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga , dalji proces hlađenja će biti sporiji. U slučaju tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže hladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Osim toga, 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 uspeva da dostigne tačku ravnoteže? Da bi se objasnio Mpemba efekat sa ove tačke gledišta konvekcije, treba prihvatiti 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 podaci koji bi potvrđuju ovu hipotezu da su hladni i topli slojevi vode odvojeni konvekcijom. Gasovi rastvoreni u vodi Voda uvek sadrži gasove rastvorene u vodi - kiseonik i ugljen-dioksid. Ovi plinovi imaju sposobnost da smanje tačku smrzavanja vode. Kada se voda zagrije, ovi plinovi se oslobađaju iz vode jer je njihova topljivost u vodi na visokim temperaturama manja. Stoga, kada se topla voda hladi, u njoj je uvijek 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 odeljak frižidera u malim posudama. U ovim uslovima primećeno je da posuda sa toplom vodom topi led zamrzivača ispod sebe, čime se poboljšava termički kontakt sa zidom zamrzivača i toplotna provodljivost. Kao rezultat, toplina se uklanja iz posude s toplom vodom brže nego iz hladne vode. Zauzvrat, kontejner sa hladnom vodom ne otapa snijeg ispod njega. Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, ali nedvosmislen odgovor na pitanje - koji od njih pružaju stopostotnu reprodukciju Mpemba efekta - nije dobiven. Na primjer, 1995. godine njemački fizičar David Auerbach proučavao je učinak prehlađenja vode na ovaj efekat. Otkrio je da se topla voda, dostižući prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, što znači 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 nalazima da topla voda može postići veću hipotermiju zbog manjeg broja centara za kristalizaciju. 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 u kojima se eksperiment sprovodi. Upravo zato što se ne reprodukuje uvek. O. V. Mosin

Povratak