Hal ini benar adanya, walaupun kedengarannya luar biasa, karena selama proses pembekuan, air yang dipanaskan harus melewati suhu air dingin. Sementara itu, efek ini banyak digunakan. Misalnya, arena seluncur es dan perosotan diisi dengan air panas di musim dingin, bukan air panas. air dingin. Para ahli menyarankan pengendara untuk menuangkan air dingin, bukan air panas, ke dalam reservoir mesin cuci di musim dingin. Paradoks ini dikenal di dunia sebagai “Efek Mpemba”.

Fenomena ini pernah disebutkan oleh Aristoteles, Francis Bacon dan Rene Descartes, namun baru pada tahun 1963 para profesor fisika memperhatikan dan mencoba mempelajarinya. Semuanya bermula ketika anak sekolah Tanzania Erasto Mpemba memperhatikan bahwa susu manis yang dia gunakan untuk membuat es krim lebih cepat mengeras jika dipanaskan terlebih dahulu dan berhipotesis bahwa air panas membeku lebih cepat daripada dingin. Dia menoleh ke guru fisika untuk klarifikasi, tetapi dia hanya menertawakan siswa tersebut, dengan mengatakan hal berikut: “Ini bukan fisika universal, tetapi fisika Mpemba.”

Untungnya, suatu hari Dennis Osborne, seorang profesor fisika dari Universitas Dar es Salaam, mengunjungi sekolah tersebut. Dan Mpemba menoleh padanya dengan pertanyaan yang sama. Profesor tersebut tidak terlalu skeptis, mengatakan bahwa dia tidak dapat menilai sesuatu yang belum pernah dia lihat, dan sekembalinya ke rumah dia meminta stafnya untuk melakukan eksperimen yang sesuai. Mereka sepertinya membenarkan perkataan anak laki-laki itu. Bagaimanapun, pada tahun 1969, Osborne berbicara tentang bekerja dengan Mpemba di majalah berbahasa Inggris. FisikaPendidikan" Pada tahun yang sama, George Kell dari Dewan Riset Nasional Kanada menerbitkan artikel yang menjelaskan fenomena tersebut dalam bahasa Inggris. AmerikaJurnaldariFisika».

Ada beberapa kemungkinan penjelasan untuk paradoks ini:

Air panas menguap lebih cepat, sehingga mengurangi volumenya, dan volume air yang lebih kecil pada suhu yang sama membeku lebih cepat. Air dingin akan membeku lebih cepat dalam wadah kedap udara.
Ketersediaan lapisan salju. Wadah dengan air panas mencairkan salju di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak termal dengan permukaan pendingin. Air dingin tidak mencairkan salju di bawahnya. Jika tidak ada lapisan salju, wadah air dingin akan lebih cepat membeku.
Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi panas dan konveksi, dan karenanya kehilangan panas, sedangkan air panas mulai membeku dari bawah. Dengan tambahan pencampuran mekanis air dalam wadah, air dingin akan membeku lebih cepat.
Kehadiran pusat kristalisasi dalam air dingin - zat terlarut di dalamnya. Dengan sejumlah kecil pusat seperti itu di air dingin, transformasi air menjadi es menjadi sulit dan bahkan pendinginan super mungkin terjadi, bila air tetap dalam keadaan cair, dengan suhu di bawah nol.

Penjelasan lain baru-baru ini diterbitkan. Dr Jonathan Katz dari University of Washington mempelajari fenomena ini dan menyimpulkan hal itu peran penting itu dimainkan oleh zat yang dilarutkan dalam air, yang mengendap ketika dipanaskan.
Di bawah terlarut zat dr. Katz mengacu pada kalsium dan magnesium bikarbonat, yang ditemukan dalam air sadah. Ketika air dipanaskan, zat-zat ini mengendap dan air menjadi “lunak”. Air yang tidak pernah dipanaskan mengandung kotoran ini dan bersifat “keras”. Saat membeku dan kristal es terbentuk, konsentrasi pengotor di dalam air meningkat 50 kali lipat. Oleh karena itu, titik beku air menurun.

Penjelasan ini sepertinya tidak meyakinkan bagi saya, karena... Kita tidak boleh lupa bahwa efeknya ditemukan dalam percobaan dengan es krim, dan bukan dengan air sadah. Kemungkinan besar, penyebab fenomena ini adalah termofisika, bukan kimia.

Sejauh ini belum diperoleh penjelasan pasti atas paradoks Mpemba. Harus dikatakan bahwa beberapa ilmuwan tidak menganggap paradoks ini layak untuk diperhatikan. Namun, sangat menarik bahwa seorang anak sekolah sederhana mendapatkan pengakuan atas efek fisiknya dan mendapatkan popularitas karena rasa ingin tahu dan ketekunannya.

Ditambahkan Februari 2014

Catatan tersebut ditulis pada tahun 2011. Sejak itu, penelitian baru tentang efek Mpemba dan upaya baru untuk menjelaskannya bermunculan. Jadi, pada tahun 2012, Royal Society of Chemistry of Great Britain mengumumkan kompetisi internasional untuk memecahkan misteri ilmiah “Efek Mpemba” dengan hadiah dana sebesar 1000 pound. Batas waktu ditetapkan pada 30 Juli 2012. Pemenangnya adalah Nikola Bregovic dari laboratorium Universitas Zagreb. Dia menerbitkan karyanya di mana dia menganalisis upaya sebelumnya untuk menjelaskan fenomena ini dan sampai pada kesimpulan bahwa upaya tersebut tidak meyakinkan. Model yang ia usulkan didasarkan pada sifat dasar air. Mereka yang tertarik dapat mencari pekerjaan di http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Penelitian tidak berakhir di situ. Pada tahun 2013, fisikawan asal Singapura secara teoritis membuktikan penyebab efek Mepemba. Karya ini dapat ditemukan di http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Artikel terkait di situs:

Artikel lain di bagian ini

Komentar:

Alexei Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Mengapa air panas lebih cepat menguap? Para ilmuwan secara praktis telah membuktikan bahwa segelas air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Para ilmuwan tidak dapat menjelaskan fenomena ini karena mereka tidak memahami esensi dari fenomena tersebut: panas dan dingin! Panas dan dingin merupakan sensasi fisik yang menimbulkan interaksi partikel Materi, berupa counter compression gelombang magnet yang bergerak dari luar angkasa dan dari pusat bumi. Oleh karena itu, semakin besar beda potensialnya, semakin besar pula beda potensialnya tegangan magnetik, semakin cepat pertukaran energi dilakukan dengan metode kontra-penetrasi beberapa gelombang ke gelombang lain. Yaitu dengan metode difusi! Menanggapi artikel saya, salah satu penentang menulis: 1) “..Air panas lebih cepat menguap, sehingga lebih sedikit, sehingga lebih cepat membeku” Pertanyaan! Energi apa yang menyebabkan air menguap lebih cepat? 2) Artikel saya tentang gelas, dan bukan tentang bak kayu, yang disebut lawan sebagai argumen tandingan. Itu tidak benar! Saya menjawab pertanyaan: “ MENGAPA AIR MENGUAP DI ALAM?” Gelombang magnet yang selalu berpindah dari pusat bumi ke luar angkasa, mengatasi tekanan balik gelombang kompresi magnet (yang selalu berpindah dari luar angkasa ke pusat bumi), sekaligus menyemprotkan partikel air, sejak berpindah ke luar angkasa. , volumenya meningkat. Artinya, mereka berkembang! Jika gelombang kompresi magnetik diatasi, uap air ini dikompresi (dikondensasi) dan di bawah pengaruh gaya kompresi magnetik ini, air kembali ke bumi dalam bentuk presipitasi! Sungguh-sungguh! Alexei Mishnev. 6 Oktober 2012.

Alexei Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Apa itu suhu? Suhu adalah derajat tegangan elektromagnetik gelombang magnet dengan energi kompresi dan ekspansi. Dalam keadaan setimbang energi-energi ini, suhu suatu benda atau zat berada dalam keadaan stabil. Ketika keadaan keseimbangan energi-energi ini terganggu, menuju energi pemuaian, volume ruang suatu benda atau zat bertambah. Jika energi gelombang magnet melebihi arah kompresi, maka volume benda atau zat di ruang berkurang. Derajat tegangan elektromagnetik ditentukan oleh derajat pemuaian atau kompresi benda acuan. Alexei Mishnev.

Moiseeva Natalya, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexei, Anda sedang membicarakan beberapa artikel yang menguraikan pemikiran Anda tentang konsep suhu. Tapi tidak ada yang membacanya. Tolong beri saya tautan. Secara umum, pandangan Anda tentang fisika sangat unik. Saya belum pernah mendengar tentang "ekspansi elektromagnetik dari benda referensi".

Yuri Kuznetsov, 12-04-2012 12:32

Sebuah hipotesis diajukan bahwa hal ini disebabkan oleh resonansi antarmolekul dan gaya tarik-menarik gerak lamban antar molekul yang dihasilkannya. Dalam air dingin, molekul bergerak dan bergetar secara kacau, pada frekuensi berbeda. Ketika air dipanaskan, dengan meningkatnya frekuensi getaran, jangkauannya menyempit (perbedaan frekuensi dari air panas cair ke titik penguapan berkurang), frekuensi getaran molekul saling mendekat, akibatnya terjadi resonansi. terjadi antar molekul. Selama pendinginan, resonansi ini dipertahankan sebagian dan tidak langsung hilang. Coba tekan salah satu dari dua senar gitar yang beresonansi. Sekarang lepaskan - senar akan mulai bergetar lagi, resonansi akan mengembalikan getarannya. Demikian pula, dalam air beku, molekul eksternal yang didinginkan mencoba kehilangan amplitudo dan frekuensi getaran, tetapi molekul “hangat” di dalam bejana “menarik” getaran kembali, bertindak sebagai vibrator, dan molekul eksternal sebagai resonator. Tarik-menarik ponderomotif* muncul antara vibrator dan resonator. Ketika gaya gerak ponderomotif menjadi lebih besar daripada gaya yang disebabkan oleh energi kinetik molekul (yang tidak hanya bergetar, tetapi juga bergerak secara linier), terjadi percepatan kristalisasi - "Efek Mpemba". Sambungan Ponderomotif sangat tidak stabil, efek Mpemba sangat bergantung pada semua faktor terkait: volume air yang akan dibekukan, sifat pemanasannya, kondisi pembekuan, suhu, konveksi, kondisi pertukaran panas, saturasi gas, getaran unit pendingin, ventilasi, kotoran, penguapan, dll. Bahkan mungkin dari pencahayaan... Oleh karena itu, efeknya memiliki banyak penjelasan dan terkadang sulit untuk direproduksi. Untuk alasan “resonansi” yang sama air mendidih mendidih lebih cepat daripada air yang tidak direbus - resonansi mempertahankan intensitas getaran molekul air selama beberapa waktu setelah mendidih (hilangnya energi selama pendinginan terutama disebabkan oleh hilangnya energi kinetik dari pergerakan linier molekul). Dengan pemanasan yang intens, molekul vibrator berganti peran dengan molekul resonator dibandingkan dengan pembekuan - frekuensi vibrator lebih kecil dari frekuensi resonator, yang berarti bukan gaya tarik-menarik, tetapi gaya tolak menolak yang terjadi antar molekul, yang mempercepat transisi ke molekul lain. keadaan agregasi(pasangan).

Vlad, 11/12/2012 03:42

Rusak otakku...

anton, 02/04/2013 02:02

1. Apakah tarikan gerak ponderomotif ini begitu besar sehingga mempengaruhi proses perpindahan panas? 2. Apakah ini berarti bahwa ketika semua benda dipanaskan sampai suhu tertentu, partikel strukturalnya mengalami resonansi? 3. Mengapa resonansi ini hilang ketika didinginkan? 4. Apakah ini tebakanmu? Jika ada sumbernya, harap sebutkan. 5. Menurut teori ini, bentuk bejana akan memegang peranan penting, dan jika tipis dan rata maka perbedaan waktu pembekuannya tidak akan besar, yaitu. Anda dapat memeriksa ini.

Gudrat, 11/03/2013 10:12 | METAK

Di air dingin sudah terdapat atom nitrogen dan jarak antar molekul air lebih dekat dibandingkan di air panas. Kesimpulannya: Air panas menyerap atom nitrogen lebih cepat dan pada saat yang sama membeku lebih cepat daripada air dingin - ini sebanding dengan pengerasan besi, karena air panas berubah menjadi es dan besi panas mengeras dengan pendinginan yang cepat!

Vladimir, 13/03/2013 06:50

atau mungkin ini: massa jenis air panas dan es lebih kecil daripada massa jenis air dingin, sehingga air tidak perlu mengubah massa jenisnya, kehilangan waktu dan membeku.

Alexei Mishnev, 21/03/2013 11:50

Sebelum berbicara tentang resonansi, gaya tarik-menarik, dan getaran partikel, kita perlu memahami dan menjawab pertanyaan: Gaya apa yang menyebabkan partikel bergetar? Karena tanpa energi kinetik, kompresi tidak akan terjadi. Tanpa kompresi, tidak akan terjadi pemuaian. Tanpa pemuaian, tidak akan ada energi kinetik! Ketika Anda mulai berbicara tentang resonansi senar, pertama-tama Anda berusaha agar salah satu senar tersebut mulai bergetar! Ketika berbicara tentang ketertarikan, pertama-tama Anda harus menunjukkan kekuatan yang membuat benda-benda ini tertarik! Saya menyatakan bahwa semua benda dikompresi oleh energi elektromagnetik atmosfer dan yang memampatkan semua benda, zat, dan partikel elementer dengan gaya 1,33 kg. bukan per cm2, tapi per partikel elementer. Karena tekanan atmosfer tidak bisa selektif! Jangan bingung dengan besarnya gaya!

Dodik, 31/05/2013 02:59

Tampaknya bagi saya Anda telah melupakan satu kebenaran - “Ilmu pengetahuan dimulai ketika pengukuran dimulai.” Berapa suhu air "panas" tersebut? Berapa suhu air “dingin” tersebut? Artikel tersebut tidak mengatakan sepatah kata pun tentang hal ini. Dari sini kita dapat menyimpulkan - seluruh artikel itu omong kosong!

Gregory, 06/04/2013 12:17

Dodik, sebelum menyebut sebuah artikel tidak masuk akal, Anda perlu berpikir untuk belajar, setidaknya sedikit. Dan bukan sekedar mengukur.

Dmitry, 24/12/2013 10:57

Molekul air panas bergerak lebih cepat daripada air dingin, karena ini ada kontak lebih dekat dengan lingkungan, mereka tampaknya menyerap semua dingin, dengan cepat melambat.

Ivan, 01/10/2014 05:53

Mengejutkan bahwa artikel anonim muncul di situs ini. Artikel tersebut sama sekali tidak ilmiah. Baik penulis maupun komentator berlomba-lomba mencari penjelasan atas fenomena tersebut, tanpa bersusah payah mencari tahu apakah fenomena tersebut diamati atau tidak, dan jika diamati, dalam kondisi apa. Terlebih lagi, bahkan tidak ada kesepakatan mengenai apa yang sebenarnya kita amati! Oleh karena itu, penulis menekankan perlunya menjelaskan efek pembekuan cepat es krim panas, meskipun dari keseluruhan teks (dan kata-kata “efeknya ditemukan dalam percobaan dengan es krim”) dapat disimpulkan bahwa dia sendiri tidak melakukan hal tersebut. eksperimen. Dari pilihan untuk “menjelaskan” fenomena yang tercantum dalam artikel tersebut, jelas bahwa mereka menggambarkan eksperimen yang sangat berbeda yang dilakukan di kondisi yang berbeda dengan larutan air yang berbeda. Baik esensi penjelasan maupun mood subjungtif di dalamnya menunjukkan bahwa pemeriksaan dasar terhadap ide-ide yang diungkapkan tidak dilakukan. Seseorang secara tidak sengaja mendengar cerita lucu dan dengan santai mengungkapkan kesimpulan spekulatifnya. Maaf, tapi itu bukan fisik. Penelitian ilmiah, dan percakapannya terjadi di ruang merokok.

Ivan, 01/10/2014 06:10

Mengenai komentar di artikel tentang pengisian roller dengan air panas dan reservoir washer kaca depan dengan air dingin. Semuanya sederhana di sini dari sudut pandang fisika dasar. Arena seluncur es terisi air panas justru karena membeku lebih lambat. Arena skating harus rata dan mulus. Cobalah untuk mengisinya dengan air dingin - Anda akan mendapat benjolan dan “membengkak”, karena... Air akan membeku _cepat_ tanpa sempat menyebar secara merata. Dan yang panas akan mempunyai waktu untuk menyebar secara merata, dan akan melelehkan gundukan es dan salju yang ada. Dengan mesin cuci juga tidak sulit: tuang air bersih tidak ada gunanya membeku - membeku di kaca (bahkan panas); dan cairan panas yang tidak membeku dapat menyebabkan retaknya kaca dingin, ditambah lagi kaca akan mengalami peningkatan titik beku karena percepatan penguapan alkohol dalam perjalanan ke kaca (dengan prinsip operasi minuman keras masih semua orang saling kenal? - alkoholnya menguap, airnya tetap).

Ivan, 10/01/2014 06:34

Namun pada hakikatnya fenomena tersebut, sangatlah bodoh untuk bertanya mengapa dua eksperimen yang berbeda dalam kondisi yang berbeda berlangsung secara berbeda. Jika percobaan dilakukan murni, maka Anda perlu mengambil air panas dan dingin yang sama komposisi kimia- ambil air mendidih yang sudah didinginkan sebelumnya dari ketel yang sama. Tuang ke dalam wadah yang identik (misalnya gelas berdinding tipis). Kami tidak meletakkannya di atas salju, tetapi di atas alas yang rata dan kering, misalnya, meja kayu. Dan bukan di dalam freezer mikro, tetapi di dalam termostat yang cukup besar - Saya melakukan percobaan beberapa tahun yang lalu di dacha, ketika cuaca di luar stabil dan sangat dingin, sekitar -25C. Air mengkristal pada suhu tertentu setelah melepaskan panas kristalisasi. Hipotesisnya bermuara pada pernyataan bahwa air panas mendingin lebih cepat (ini benar, sesuai dengan fisika klasik, laju perpindahan panas sebanding dengan perbedaan suhu), tetapi tetap mempertahankan laju pendinginan yang meningkat bahkan ketika suhunya sama dengan suhu. suhu air dingin. Pertanyaannya adalah, apa bedanya air yang didinginkan hingga suhu +20C di luar dengan air yang sama yang didinginkan hingga suhu +20C satu jam sebelumnya, tetapi di dalam ruangan? Fisika klasik (omong-omong, tidak didasarkan pada obrolan di ruang merokok, tetapi pada ratusan ribu dan jutaan percobaan) mengatakan: tidak ada, dinamika pendinginan selanjutnya akan sama (hanya air mendidih yang akan mencapai titik +20 Nanti). Dan percobaan tersebut menunjukkan hal yang sama: ketika segelas air yang awalnya dingin sudah memiliki lapisan es yang kuat, air panas bahkan tidak berpikir untuk membeku. P.S. Untuk komentar Yuri Kuznetsov. Kehadiran efek tertentu dapat dianggap terjadi ketika kondisi terjadinya dijelaskan dan direproduksi secara konsisten. Dan ketika kita melakukan eksperimen yang tidak diketahui dengan kondisi yang tidak diketahui, maka terlalu dini untuk membangun teori untuk menjelaskannya dan ini tidak menghasilkan apa pun dari sudut pandang ilmiah. PPS Ya, tidak mungkin membaca komentar Alexei Mishnev tanpa air mata kelembutan - seseorang hidup di dunia fiksi yang tidak ada hubungannya dengan fisika dan eksperimen nyata.

Gregory, 13/01/2014 10:58

Ivan, saya mengerti Anda menyangkal efek Mpemba? Itu tidak ada, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen Anda? Mengapa begitu terkenal dalam ilmu fisika, dan mengapa banyak yang mencoba menjelaskannya?

Ivan, 14/02/2014 01:51

Selamat siang, Gregorius! Ada efek dari eksperimen yang tidak murni. Namun, seperti yang Anda pahami, ini bukanlah alasan untuk mencari hukum baru dalam fisika, melainkan alasan untuk meningkatkan keterampilan seorang pelaku eksperimen. Seperti yang telah saya catat di komentar, dalam semua upaya yang disebutkan untuk menjelaskan “efek Mpemba”, para peneliti bahkan tidak dapat dengan jelas merumuskan apa sebenarnya dan dalam kondisi apa yang mereka ukur. Dan Anda ingin mengatakan bahwa mereka adalah fisikawan eksperimental? Jangan membuatku tertawa. Efeknya diketahui bukan dalam fisika, tetapi dalam diskusi pseudo-ilmiah di berbagai forum dan blog, yang kini banyak terdapat di lautan. Hal ini dianggap sebagai efek fisik yang nyata (dalam arti sebagai konsekuensi dari beberapa hukum fisika baru, dan bukan sebagai akibat dari interpretasi yang salah atau hanya mitos) oleh orang-orang yang jauh dari fisika. Jadi tidak ada alasan untuk menyebut hasil berbagai eksperimen yang dilakukan dalam kondisi yang sangat berbeda sebagai satu efek fisik.

Pavel, 18/02/2014 09:59

hmm guys... artikel untuk "Info Kecepatan"... Jangan tersinggung... ;) Ivan benar dalam segala hal...

Gregory, 19/02/2014 12:50

Ivan, saya setuju bahwa sekarang banyak situs pseudo-ilmiah yang menerbitkan materi sensasional yang belum terverifikasi.? Bagaimanapun, efek Mpemba masih dipelajari. Apalagi para ilmuwan dari universitas sedang melakukan penelitian. Misalnya, pada tahun 2013, efek ini dipelajari oleh kelompok dari Universitas Teknologi di Singapura. Lihat tautan http://arxiv.org/abs/1310.6514. Mereka yakin telah menemukan penjelasan atas efek ini. Saya tidak akan menulis secara detail tentang inti dari penemuan tersebut, namun menurut mereka, efek tersebut terkait dengan perbedaan energi yang tersimpan dalam ikatan hidrogen.

Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04

Bagi semua orang yang tertarik dengan penelitian tentang efek Mpemba, saya telah sedikit melengkapi materi di artikel dan menyediakan link di mana Anda dapat membaca lebih lanjut hasil terbaru(lihat teks). Terima kasih atas komentar Anda.

Ildar, 24/02/2014 04:12 | tidak ada gunanya mencantumkan semuanya

Jika efek Mpemba ini benar-benar terjadi, maka penjelasannya, menurut saya, harus dicari pada struktur molekul air. Air (seperti yang saya pelajari dari literatur sains populer) ada bukan sebagai molekul H2O individual, namun sebagai kumpulan beberapa molekul (bahkan lusinan). Ketika suhu air meningkat, kecepatan pergerakan molekul meningkat, gugus-gugus tersebut pecah satu sama lain dan ikatan valensi molekul-molekul tidak mempunyai waktu untuk membentuk gugus-gugus besar. Pembentukan cluster membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan dengan penurunan kecepatan pergerakan molekul. Dan karena clusternya lebih kecil, pembentukan kisi kristal terjadi lebih cepat. Di air dingin, tampaknya, gugusan yang besar dan cukup stabil mencegah pembentukan kisi-kisi; perlu waktu untuk menghancurkannya. Saya sendiri melihat di TV efek yang aneh ketika air dingin yang didiamkan dengan tenang di dalam toples tetap cair selama beberapa jam dalam cuaca dingin. Namun begitu toples itu diangkat, yakni dipindahkan sedikit dari tempatnya, air di dalam toples itu langsung mengkristal, menjadi buram, dan toples itu pecah. Nah, pendeta yang menunjukkan efek ini menjelaskannya dengan fakta bahwa air tersebut diberkati. Omong-omong, ternyata air sangat mengubah viskositasnya tergantung suhu. Hal ini tidak terlihat oleh kita, sebagai makhluk besar, tetapi pada tingkat krustasea kecil (mm atau lebih kecil), dan terlebih lagi bakteri, kekentalan air merupakan faktor yang sangat penting. Viskositas ini, menurut saya, juga ditentukan oleh besar kecilnya gugusan air.

ABU-ABU, 15/03/2014 05:30

segala sesuatu di sekitar kita yang kita lihat adalah ciri-ciri (sifat) yang dangkal sehingga kita menerima sebagai energi hanya apa yang dapat kita ukur atau buktikan keberadaannya dengan cara apa pun, jika tidak maka jalan buntu. Fenomena ini, efek Mpemba, hanya dapat dijelaskan dengan teori volumetrik sederhana yang akan menyatukan semua model fisik ke dalam satu struktur interaksi. sebenarnya sederhana

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

Namun bagaimana Anda bisa memastikan air tetap dingin dan bukan hangat saat Anda mengemudi di dalam mobil?

Alexei, 03.10.2014 01:09

Inilah “penemuan” lainnya yang sedang dalam perjalanan. Air masuk botol plastik Membeku lebih cepat dengan tutupnya terbuka. Untuk bersenang-senang, saya melakukan percobaan berkali-kali embun beku yang parah. Efeknya jelas sekali. Halo para ahli teori!

Eugene, 27/12/2014 08:40

Prinsip pendingin evaporatif. Kami mengambil dua secara kedap udara botol tertutup dengan air dingin dan panas. Kami menaruhnya di tempat dingin. Air dingin membeku lebih cepat. Sekarang kita mengambil botol yang sama berisi air dingin dan panas, membukanya dan menaruhnya di tempat dingin. Air panas akan membeku lebih cepat dibandingkan air dingin. Jika kita mengambil dua baskom berisi air dingin dan panas, maka air panas akan lebih cepat membeku. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa kita meningkatkan kontak dengan atmosfer. Semakin intens penguapannya, semakin cepat suhu turun. Di sini kita harus menyebutkan faktor kelembaban. Semakin rendah kelembapannya, semakin kuat penguapannya dan semakin kuat pula pendinginannya.

TOMSK abu-abu, 01/03/2015 10:55

GREY, 15/03/2014 05:30 - lanjutan Apa yang Anda ketahui tentang suhu bukanlah segalanya. Ada hal lain di sana. Jika kita membangun model fisik suhu dengan benar, itu akan menjadi kunci untuk menggambarkan proses energi dari difusi, peleburan dan kristalisasi hingga skala seperti peningkatan suhu dengan peningkatan tekanan, peningkatan tekanan dengan peningkatan suhu. Bahkan model fisik energi Matahari akan menjadi jelas dari gambar di atas. saya di musim dingin. . pada awal musim semi tahun 20013, dengan melihat model suhu, saya menyusun model suhu umum. Beberapa bulan kemudian, saya teringat paradoks suhu dan kemudian saya menyadari... bahwa model suhu saya juga menggambarkan paradoks Mpemba. Ini terjadi pada bulan Mei - Juni 2013. Aku terlambat setahun, tapi ini yang terbaik. Model fisik saya adalah bingkai beku dan dapat diputar ulang ke depan dan ke belakang dan berisi aktivitas motorik, aktivitas yang sama di mana segala sesuatu bergerak. Saya sudah 8 tahun sekolah dan 2 tahun kuliah dengan pengulangan topik. 20 tahun telah berlalu. Jadi saya tidak dapat mengaitkan model fisik apa pun dengan ilmuwan terkenal, dan saya juga tidak dapat mengaitkan rumus. Sangat menyesal.

Andrey, 11-08-2015 08:52

Secara umum, saya punya gambaran mengapa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Dan dalam penjelasan saya semuanya sangat sederhana, jika Anda tertarik, tulislah kepada saya melalui email: [dilindungi email]

Andrey, 11-08-2015 08:58

Maaf, saya memberikan alamat email yang salah, ini email yang benar: [dilindungi email]

Victor, 23/12/2015 10:37

Bagi saya semuanya lebih sederhana, salju turun di sini, gasnya menguap, didinginkan, jadi mungkin di cuaca dingin yang panas lebih cepat dingin karena menguap dan langsung mengkristal tanpa naik jauh, dan air dalam bentuk gas mendingin lebih cepat. daripada dalam keadaan cair)

Bekzhan, 28/01/2016 09:18

Sekalipun seseorang telah mengungkapkan hukum dunia yang terkait dengan efek ini, dia tidak akan menulis di sini. Dari sudut pandang saya, tidak logis untuk mengungkapkan rahasianya kepada pengguna Internet ketika dia dapat mempublikasikannya di situs terkenal. jurnal ilmiah dan membuktikannya secara pribadi kepada masyarakat.Jadi, apa yang akan ditulis di sini tentang efek ini, sebagian besar tidak logis.)))

Alex, 22/02/2016 12:48

Halo Para Eksperimen Anda benar ketika mengatakan bahwa Sains dimulai dari... bukan Pengukuran, tetapi Perhitungan. “Eksperimen” adalah argumen abadi dan sangat diperlukan bagi mereka yang tidak memiliki Imajinasi dan pemikiran Linear. Ini menyinggung semua orang, sekarang dalam kasus E= mc2 - apakah semua orang ingat? Kecepatan molekul yang terbang keluar dari air dingin ke atmosfer menentukan jumlah energi yang dibawanya dari air (pendinginan berarti hilangnya energi). Kecepatan molekul dari air panas jauh lebih tinggi dan energi yang terbawa adalah kuadrat ( laju pendinginan sisa massa air) Itu saja, jika kita menjauh dari "eksperimen" dan mengingat Dasar-Dasar Ilmu Pengetahuan

Vladimir, 25/04/2016 10:53 | Meteorologi

Pada masa ketika antibeku jarang ditemukan, air dari sistem pendingin mobil di garasi yang tidak berpemanas dikuras setelah hari kerja agar tidak mencairkan blok silinder atau radiator - terkadang keduanya bersamaan. Pagi harinya disiram air panas. Dalam cuaca beku yang parah, mesin dapat hidup tanpa masalah. Entah bagaimana karena kekurangan air panas, air dituangkan dari keran. Airnya langsung membeku. Eksperimen itu mahal - sama mahalnya dengan biaya membeli dan mengganti blok silinder dan radiator mobil ZIL-131. Siapa yang tidak percaya, biarkan dia memeriksanya. dan Mpemba bereksperimen dengan es krim. Dalam es krim, kristalisasi terjadi secara berbeda dibandingkan di air. Cobalah menggigit sepotong es krim dan sepotong es dengan gigi Anda. Kemungkinan besar tidak membeku, tetapi mengental akibat pendinginan. Dan air tawar, baik panas maupun dingin, membeku pada suhu 0*C. Air dingin cepat, dan waktu panas diperlukan untuk pendinginan.

Pengembara, 06/05/2016 12:54 | kepada Alex

"c" - kecepatan cahaya dalam ruang hampa E=mc^2 - rumus yang menyatakan kesetaraan massa dan energi

Albert, 27/07/2016 08:22

Pertama analogi dengan padatan(tidak ada proses penguapan). Saya baru saja menyolder tembaga pipa air. Prosesnya terjadi dengan pemanasan kompor gas dengan suhu leleh solder. Waktu pemanasan untuk satu sambungan dengan kopling kira-kira satu menit. Saya menyolder satu sambungan ke kopling dan setelah beberapa menit saya menyadari bahwa saya salah menyoldernya. Pipa di kopling perlu diputar sedikit. Saya mulai memanaskan sambungan lagi dengan kompor dan, yang mengejutkan saya, butuh waktu 3-4 menit untuk memanaskan sambungan hingga mencapai suhu leleh. Bagaimana!? Bagaimanapun, pipa tersebut masih panas dan tampaknya energi yang dibutuhkan jauh lebih sedikit untuk memanaskannya hingga titik lelehnya, tetapi ternyata yang terjadi adalah sebaliknya. Ini semua tentang konduktivitas termal, yang secara signifikan lebih tinggi untuk pipa yang sudah dipanaskan dan batas antara pipa yang dipanaskan dan pipa dingin dalam dua menit dia berhasil menjauh dari persimpangan. Sekarang tentang air. Kami akan beroperasi dengan konsep bejana panas dan semi-panas. Dalam bejana panas, batas suhu yang sempit terbentuk antara partikel panas yang sangat mobile dan partikel dingin yang bergerak lambat, yang bergerak relatif cepat dari pinggiran ke pusat, karena pada batas ini partikel cepat melepaskan energinya (mendingin) dengan cepat. oleh partikel di sisi lain dari batas tersebut. Karena volume partikel dingin luar lebih besar, partikel cepat menghasilkan partikelnya sendiri energi termal, tidak dapat memanaskan partikel dingin eksternal secara signifikan. Sebab, proses pendinginan air panas terjadi relatif cepat. Air semi-panas memiliki konduktivitas termal yang jauh lebih rendah dan lebar batas antara partikel semi-panas dan dingin jauh lebih lebar. Pergeseran ke tengah batas yang begitu luas terjadi jauh lebih lambat dibandingkan dengan kasus bejana panas. Akibatnya bejana panas lebih cepat mendingin dibandingkan bejana hangat. Saya rasa kita perlu melacak dinamika proses pendinginan air yang suhunya berbeda-beda dengan menempatkan beberapa sensor suhu dari tengah hingga tepi bejana.

Maks, 19/11/2016 05:07

Sudah diverifikasi: di Yamal, kalau dingin, pipa air panas membeku dan harus dipanaskan, tapi yang dingin tidak!

Artem, 09.12.2016 01:25

Sulit, tapi menurut saya air dingin lebih padat dari air panas, bahkan lebih baik dari air matang, dan di sini ada percepatan pendinginan, dll. air panas mencapai suhu dingin dan melampauinya, dan jika Anda memperhitungkan fakta bahwa air panas membeku dari bawah dan bukan dari atas, seperti ditulis di atas, ini sangat mempercepat prosesnya!

Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52

Tidak ada efek seperti itu. Sayang. Pada tahun 2016, artikel terperinci tentang topik tersebut diterbitkan di Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Dari situ terlihat jelas bahwa dengan eksperimen yang cermat (jika sampel air hangat dan dingin sama dalam segala hal kecuali suhu) efeknya tidak diamati.

Zavlab, 22/08/2017 05:31

Victor , 27/10/2017 03:52

"Memang benar." - jika di sekolah kamu belum memahami apa itu kapasitas kalor dan hukum kekekalan energi. Sangat mudah untuk memeriksanya - untuk ini Anda memerlukan: keinginan, kepala, tangan, air, lemari es, dan jam alarm. Dan arena seluncur es, menurut para ahli, dibekukan (diisi) dengan air dingin, dan potongan es diratakan dengan air hangat. Dan di musim dingin, Anda perlu menuangkan cairan antibeku ke dalam wadah mesin cuci, bukan air. Bagaimanapun, air akan membeku, dan air dingin akan membeku lebih cepat.

Irina, 23/01/2018 10:58

Para ilmuwan di seluruh dunia telah berjuang melawan paradoks ini sejak zaman Aristoteles, dan Victor, Zavlab, dan Sergeev ternyata adalah yang paling cerdas.

Denis, 01/02/2018 08:51

Semuanya ditulis dengan benar di artikel. Namun alasannya agak berbeda. Selama proses perebusan, udara yang terlarut di dalamnya menguap dari air; oleh karena itu, saat air mendidih mendingin, massa jenisnya pada akhirnya akan lebih kecil dibandingkan massa jenis air mentah pada suhu yang sama. Tidak ada alasan lain untuk konduktivitas termal yang berbeda selain kepadatan yang berbeda.

Zavlab, 01/03/2018 08:58 | Kepala Lab

Irina :), “ilmuwan di seluruh dunia” tidak bergumul dengan “paradoks” ini; bagi ilmuwan sejati, “paradoks” ini tidak ada - ia mudah diverifikasi dalam kondisi yang dapat direproduksi dengan baik. "Paradoks" muncul karena eksperimen yang tidak dapat direproduksi dari anak laki-laki Afrika Mpemba dan dibesar-besarkan oleh "ilmuwan" serupa :)

Pada artikel ini kita akan membahas pertanyaan mengapa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin.

Air panas membeku lebih cepat daripada air dingin! Ini properti yang luar biasa air, penjelasan pasti yang masih belum dapat ditemukan oleh para ilmuwan, telah diketahui sejak zaman kuno. Misalnya, dalam Aristoteles pun ada deskripsinya memancing musim dingin: nelayan memasukkan pancing ke dalam lubang es, dan agar lebih cepat membeku, mereka menyirami es air hangat. Fenomena ini dinamai Erasto Mpemba pada tahun 60an abad ke-20. Mnemba memperhatikan efek aneh saat membuat es krim dan meminta penjelasan kepada guru fisikanya, Dr. Denis Osborne. Mpemba dan Dr. Osborne bereksperimen dengan air suhu yang berbeda dan menyimpulkan: air yang hampir mendidih mulai membeku lebih cepat daripada air suhu kamar. Ilmuwan lain melakukan eksperimen mereka sendiri dan setiap kali memperoleh hasil serupa.

Penjelasan fenomena fisik

Tidak ada penjelasan yang diterima secara umum mengapa hal ini terjadi. Banyak peneliti berpendapat bahwa intinya adalah pendinginan cairan yang berlebihan, yang terjadi ketika suhunya turun di bawah titik beku. Dengan kata lain, jika air membeku pada suhu di bawah 0°C, maka air superdingin dapat bersuhu, misalnya -2°C dan tetap berbentuk cair tanpa berubah menjadi es. Saat kita mencoba membekukan air dingin, ada kemungkinan air tersebut akan menjadi sangat dingin terlebih dahulu dan baru mengeras setelah beberapa waktu. Proses lain terjadi di air panas. Transformasinya yang lebih cepat menjadi es dikaitkan dengan konveksi.

Konveksi- Ini fenomena fisik, di mana lapisan bawah cairan yang hangat naik, dan lapisan atas, yang didinginkan, turun.

Efek Mpemba(Paradoks Mpemba) - sebuah paradoks yang menyatakan bahwa air panas dalam kondisi tertentu membeku lebih cepat daripada air dingin, meskipun harus melewati suhu air dingin dalam proses pembekuannya. Paradoks ini adalah fakta eksperimental yang bertentangan dengan gagasan umum, yang menyatakan bahwa, dalam kondisi yang sama, benda yang lebih panas membutuhkan lebih banyak waktu untuk mendingin hingga suhu tertentu daripada benda yang kurang panas untuk mendingin hingga suhu yang sama.

Fenomena ini pernah diperhatikan oleh Aristoteles, Francis Bacon dan Rene Descartes, tetapi baru pada tahun 1963 anak sekolah Tanzania Erasto Mpemba menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada campuran es krim dingin.

Menjadi murid Magambinskaya sekolah menengah atas di Tanzania Erasto Mpemba melakukannya kerja praktek dalam memasak. Dia perlu membuat es krim buatan sendiri - merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, lalu memasukkannya ke dalam lemari es hingga membeku. Rupanya, Mpemba bukanlah siswa yang rajin dan terlambat menyelesaikan tugas bagian pertama. Khawatir dia tidak akan bisa sampai di akhir pelajaran, dia menaruh susu yang masih panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkannya, susu itu membeku bahkan lebih awal dari susu rekan-rekannya, yang disiapkan menggunakan teknologi yang diberikan.

Setelah itu, Mpemba bereksperimen tidak hanya dengan susu, tapi juga dengan air biasa. Bagaimanapun, sebagai siswa di Sekolah Menengah Mkwava, dia bertanya kepada Profesor Dennis Osborne dari Universitas College di Dar Es Salaam (diundang oleh direktur sekolah untuk memberikan ceramah fisika kepada siswanya) secara khusus tentang air: “Jika Anda mengambil dua wadah identik dengan volume air yang sama sehingga di salah satunya suhu airnya 35°C, dan di wadah lainnya - 100°C, lalu masukkan ke dalam freezer, lalu di wadah kedua air akan lebih cepat membeku. Mengapa?" Osborne menjadi tertarik dengan masalah ini dan segera, pada tahun 1969, dia dan Mpemba mempublikasikan hasil eksperimen mereka di jurnal Physics Education. Sejak itu, efek yang mereka temukan disebut Efek Mpemba.

Hingga saat ini, belum ada yang mengetahui secara pasti bagaimana menjelaskan efek aneh tersebut. Para ilmuwan tidak memiliki satu versi pun, meski ada banyak. Ini semua tentang perbedaan sifat air panas dan dingin, namun belum jelas sifat mana yang berperan dalam hal ini: perbedaan pendinginan berlebih, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau pengaruh gas cair terhadap air pada suhu yang berbeda.

Paradoks efek Mpemba adalah waktu di mana tubuh mendingin hingga mencapai suhu tertentu lingkungan, harus sebanding dengan perbedaan suhu antara benda ini dan lingkungan. Hukum ini ditetapkan oleh Newton dan sejak itu telah dikonfirmasi berulang kali dalam praktik. Akibatnya, air dengan suhu 100°C mendingin hingga suhu 0°C lebih cepat dibandingkan air dengan jumlah yang sama dengan suhu 35°C.

Namun hal ini belum menunjukkan adanya paradoks, karena efek Mpemba dapat dijelaskan dalam kerangka fisika yang diketahui. Berikut beberapa penjelasan mengenai efek Mpemba:

Penguapan

Air panas menguap lebih cepat dari wadah, sehingga mengurangi volumenya, dan volume air yang lebih kecil pada suhu yang sama membeku lebih cepat. Air yang dipanaskan hingga 100 C kehilangan 16% massanya ketika didinginkan hingga 0 C.

Efek penguapan adalah efek ganda. Pertama, massa air yang dibutuhkan untuk pendinginan berkurang. Dan kedua, suhu menurun karena panas penguapan transisi dari fase air ke fase uap berkurang.

Perbedaan suhu

Karena perbedaan suhu antara air panas dan udara dingin lebih besar, maka pertukaran panas dalam hal ini lebih intens dan air panas lebih cepat dingin.

Hipotermia

Ketika air mendingin di bawah 0 C, air tidak selalu membeku. Dalam kondisi tertentu, ia dapat mengalami pendinginan super, dan tetap cair pada suhu di bawah titik beku. Dalam beberapa kasus, air dapat tetap cair meskipun suhu –20 C.

Alasan terjadinya efek ini adalah agar kristal es pertama mulai terbentuk, diperlukan pusat pembentukan kristal. Jika mereka tidak ada dalam air cair, maka pendinginan super akan berlanjut hingga suhu turun cukup untuk membentuk kristal secara spontan. Ketika mereka mulai terbentuk dalam cairan yang sangat dingin, mereka akan mulai tumbuh lebih cepat, membentuk es lumpur, yang akan membeku membentuk es.

Air panas paling rentan terhadap hipotermia karena pemanasan menghilangkan gas dan gelembung terlarut, yang selanjutnya dapat berfungsi sebagai pusat pembentukan kristal es.

Mengapa hipotermia menyebabkan air panas lebih cepat membeku? Dalam kasus air dingin yang tidak terlalu dingin, hal berikut akan terjadi. Pada kasus ini lapisan tipis es akan terbentuk di permukaan kapal. Lapisan es ini akan bertindak sebagai penyekat antara air dan udara dingin serta mencegah penguapan lebih lanjut. Laju pembentukan kristal es dalam hal ini akan lebih rendah. Dalam kasus air panas yang mengalami pendinginan super, air superdingin tidak memiliki lapisan permukaan es yang melindungi. Oleh karena itu, ia kehilangan panas lebih cepat melalui bagian atas yang terbuka.

Ketika proses pendinginan super berakhir dan air membeku, lebih banyak panas yang hilang sehingga lebih banyak es yang terbentuk.

Banyak peneliti efek ini yang menganggap hipotermia sebagai faktor utama terjadinya efek Mpemba.

Konveksi

Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi panas dan konveksi, dan karenanya kehilangan panas, sedangkan air panas mulai membeku dari bawah.

Efek ini dijelaskan oleh anomali kepadatan air. Air mempunyai massa jenis maksimum pada 4 C. Jika Anda mendinginkan air hingga 4 C dan menaruhnya pada suhu yang lebih rendah, lapisan permukaan air akan lebih cepat membeku. Karena massa jenis air ini lebih kecil dibandingkan air pada suhu 4 C, maka air ini akan tetap berada di permukaan, membentuk lapisan tipis yang dingin. Dengan kondisi tersebut, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan air dalam waktu singkat, namun lapisan es ini akan berfungsi sebagai isolator, melindungi lapisan bawah air yang akan tetap bersuhu 4 C. Oleh karena itu, proses pendinginan selanjutnya akan lebih lambat.

Dalam kasus air panas, situasinya sangat berbeda. Lapisan permukaan air akan lebih cepat mendingin karena adanya penguapan dan perbedaan suhu yang lebih besar. Selain itu, lapisan air dingin lebih padat dibandingkan lapisan air panas, sehingga lapisan air dingin akan tenggelam sehingga menaikkan lapisan tersebut air hangat ke permukaan. Sirkulasi air ini memastikan penurunan suhu dengan cepat.

Namun mengapa proses ini tidak mencapai titik keseimbangan? Untuk menjelaskan efek Mpemba dari sudut pandang konveksi, perlu diasumsikan bahwa lapisan air dingin dan panas terpisah dan proses konveksi itu sendiri berlanjut setelahnya. suhu rata-rata air akan turun di bawah 4 C.

Namun, tidak ada bukti eksperimental yang mendukung hipotesis bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan melalui proses konveksi.

Gas terlarut dalam air

Air selalu mengandung gas terlarut di dalamnya - oksigen dan karbon dioksida. Gas-gas ini mempunyai kemampuan untuk menurunkan titik beku air. Ketika air dipanaskan, gas-gas ini dilepaskan dari air karena kelarutannya dalam air berkurang suhu tinggi di bawah. Oleh karena itu, ketika air panas mendingin, selalu mengandung lebih sedikit gas terlarut dibandingkan air dingin yang tidak dipanaskan. Oleh karena itu, titik beku air panas lebih tinggi dan lebih cepat membeku. Faktor ini terkadang dianggap sebagai faktor utama dalam menjelaskan efek Mpemba, meskipun tidak ada data eksperimen yang mengkonfirmasi fakta ini.

Konduktivitas termal

Mekanisme ini dapat memainkan peran penting ketika air ditempatkan di kompartemen lemari es freezer dalam wadah kecil. Dalam kondisi tersebut, diketahui bahwa wadah berisi air panas mencairkan es di bawahnya freezer, sehingga meningkatkan kontak termal dengan dinding freezer dan konduktivitas termal. Akibatnya, panas dikeluarkan dari wadah berisi air panas lebih cepat dibandingkan wadah berisi air dingin. Sebaliknya, wadah berisi air dingin tidak akan melelehkan salju di bawahnya.

Semua kondisi ini (dan juga kondisi lainnya) dipelajari dalam banyak eksperimen, tetapi jawaban yang jelas atas pertanyaan - kondisi manakah yang memberikan reproduksi seratus persen efek Mpemba - tidak pernah diperoleh.

Misalnya, pada tahun 1995, fisikawan Jerman David Auerbach mempelajari pengaruh air superdingin terhadap efek ini. Dia menemukan bahwa air panas, ketika mencapai keadaan sangat dingin, membeku pada suhu yang lebih tinggi daripada air dingin, dan karena itu lebih cepat daripada air dingin. Namun air dingin mencapai keadaan sangat dingin lebih cepat daripada air panas, sehingga mengimbangi kelambatan sebelumnya.

Selain itu, hasil Auerbach bertentangan dengan data sebelumnya bahwa air panas mampu mencapai supercooling yang lebih besar karena pusat kristalisasi yang lebih sedikit. Ketika air dipanaskan, gas-gas yang terlarut di dalamnya dikeluarkan dari dalamnya, dan ketika direbus, sebagian garam yang terlarut di dalamnya mengendap.

Untuk saat ini, hanya satu hal yang dapat dinyatakan - reproduksi efek ini sangat bergantung pada kondisi di mana eksperimen dilakukan. Justru karena tidak selalu direproduksi.

O.V.Mosin

Sastrasumber:

“Air panas membeku lebih cepat dibandingkan air dingin. Mengapa demikian?”, Jearl Walker dalam The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, Tidak. 3, hal 246-257; September 1977.

“Pembekuan Air Panas dan Air Dingin”, G.S. Kell dalam Jurnal Fisika Amerika, Vol. 37, Tidak. 5, hal 564-565; Mei 1969.

"Supercooling dan efek Mpemba", David Auerbach, dalam American Journal of Physics, Vol. 63, Tidak. 10, hal 882-885; Oktober 1995.

"Efek Mpemba: Waktu pembekuan air panas dan dingin", Charles A. Knight, dalam American Journal of Physics, Vol. 64, Tidak. 5, hal 524; Mei 1996.

Efek Mpemba(Paradoks Mpemba) merupakan paradoks yang menyatakan bahwa air panas pada kondisi tertentu lebih cepat membeku dibandingkan air dingin, meskipun harus melewati suhu air dingin pada saat proses pembekuan. Paradoks ini adalah fakta eksperimental yang bertentangan dengan gagasan umum, yang menyatakan bahwa, dalam kondisi yang sama, benda yang lebih panas membutuhkan lebih banyak waktu untuk mendingin hingga suhu tertentu daripada benda yang kurang panas untuk mendingin hingga suhu yang sama.

Sebagai siswa di SMA Magambi di Tanzania, Erasto Mpemba melakukan kerja praktek sebagai juru masak. Dia perlu membuat es krim buatan sendiri - merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, lalu memasukkannya ke dalam lemari es hingga membeku. Rupanya, Mpemba bukanlah siswa yang rajin dan terlambat menyelesaikan tugas bagian pertama. Khawatir dia tidak akan bisa sampai di akhir pelajaran, dia menaruh susu yang masih panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkannya, susu itu membeku bahkan lebih awal dari susu rekan-rekannya, yang disiapkan menggunakan teknologi yang diberikan.

Paradoks efek Mpemba adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk mendingin hingga mencapai suhu lingkungan harus sebanding dengan perbedaan suhu antara benda tersebut dan lingkungannya. Hukum ini ditetapkan oleh Newton dan sejak itu telah dikonfirmasi berulang kali dalam praktik. Akibatnya, air dengan suhu 100°C mendingin hingga suhu 0°C lebih cepat dibandingkan air dengan jumlah yang sama dengan suhu 35°C.

Namun hal ini belum menunjukkan adanya paradoks, karena efek Mpemba dapat dijelaskan dalam kerangka fisika yang diketahui. Berikut beberapa penjelasan mengenai efek Mpemba:

Penguapan

Efek penguapan adalah efek ganda. Pertama, massa air yang dibutuhkan untuk pendinginan berkurang. Dan kedua, suhu menurun karena panas penguapan transisi dari fase air ke fase uap berkurang.

Perbedaan suhu

Karena perbedaan suhu antara air panas dan udara dingin lebih besar, maka pertukaran panas dalam hal ini lebih intens dan air panas lebih cepat dingin.

Hipotermia

Air panas paling rentan terhadap hipotermia karena pemanasan menghilangkan gas dan gelembung terlarut, yang selanjutnya dapat berfungsi sebagai pusat pembentukan kristal es.

Mengapa hipotermia menyebabkan air panas lebih cepat membeku? Dalam kasus air dingin yang tidak terlalu dingin, hal berikut akan terjadi. Dalam hal ini, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan kapal. Lapisan es ini akan bertindak sebagai penyekat antara air dan udara dingin serta mencegah penguapan lebih lanjut. Laju pembentukan kristal es dalam hal ini akan lebih rendah. Dalam kasus air panas yang mengalami pendinginan super, air superdingin tidak memiliki lapisan permukaan es yang melindungi. Oleh karena itu, ia kehilangan panas lebih cepat melalui bagian atas yang terbuka.

Ketika proses pendinginan super berakhir dan air membeku, lebih banyak panas yang hilang sehingga lebih banyak es yang terbentuk.

Banyak peneliti efek ini yang menganggap hipotermia sebagai faktor utama terjadinya efek Mpemba.

Konveksi

Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi panas dan konveksi, dan karenanya kehilangan panas, sedangkan air panas mulai membeku dari bawah.

Dalam kasus air panas, situasinya sangat berbeda. Lapisan permukaan air akan lebih cepat mendingin karena adanya penguapan dan perbedaan suhu yang lebih besar. Selain itu, lapisan air dingin lebih padat dibandingkan lapisan air panas, sehingga lapisan air dingin akan tenggelam sehingga mengangkat lapisan air hangat ke permukaan. Sirkulasi air ini memastikan penurunan suhu dengan cepat.

Namun, tidak ada bukti eksperimental yang mendukung hipotesis bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan melalui proses konveksi.

Gas terlarut dalam air

Air selalu mengandung gas terlarut di dalamnya - oksigen dan karbon dioksida. Gas-gas ini mempunyai kemampuan untuk menurunkan titik beku air. Ketika air dipanaskan, gas-gas ini dilepaskan dari air karena kelarutannya dalam air lebih rendah pada suhu tinggi. Oleh karena itu, ketika air panas mendingin, selalu mengandung lebih sedikit gas terlarut dibandingkan air dingin yang tidak dipanaskan. Oleh karena itu, titik beku air panas lebih tinggi dan lebih cepat membeku. Faktor ini terkadang dianggap sebagai faktor utama dalam menjelaskan efek Mpemba, meskipun tidak ada data eksperimen yang mengkonfirmasi fakta ini.

Konduktivitas termal

Mekanisme ini dapat memainkan peran penting ketika air ditempatkan di kompartemen lemari es freezer dalam wadah kecil. Dalam kondisi ini, wadah berisi air panas telah diamati melelehkan es di dalam freezer di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak termal dengan dinding freezer dan konduktivitas termal. Akibatnya, panas dikeluarkan dari wadah berisi air panas lebih cepat dibandingkan wadah berisi air dingin. Sebaliknya, wadah berisi air dingin tidak akan melelehkan salju di bawahnya.

Untuk saat ini, hanya satu hal yang dapat dinyatakan - reproduksi efek ini sangat bergantung pada kondisi di mana eksperimen dilakukan. Justru karena tidak selalu direproduksi.

Efek Mpemba atau kenapa air panas lebih cepat membeku dibandingkan air dingin? Efek Mpemba (Mpemba Paradox) merupakan paradoks yang menyatakan bahwa air panas pada kondisi tertentu lebih cepat membeku dibandingkan air dingin, meskipun harus melewati suhu air dingin selama proses pembekuan. Paradoks ini adalah fakta eksperimental yang bertentangan dengan gagasan umum, yang menyatakan bahwa, dalam kondisi yang sama, benda yang lebih panas membutuhkan lebih banyak waktu untuk mendingin hingga suhu tertentu daripada benda yang kurang panas untuk mendingin hingga suhu yang sama. Fenomena ini pernah diperhatikan oleh Aristoteles, Francis Bacon dan Rene Descartes, tetapi baru pada tahun 1963 anak sekolah Tanzania Erasto Mpemba menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada campuran es krim dingin. Sebagai siswa di SMA Magambi di Tanzania, Erasto Mpemba melakukan kerja praktek sebagai juru masak. Dia perlu membuat es krim buatan sendiri - merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, lalu memasukkannya ke dalam lemari es hingga membeku. Rupanya, Mpemba bukanlah siswa yang rajin dan terlambat menyelesaikan tugas bagian pertama. Khawatir dia tidak akan bisa sampai di akhir pelajaran, dia menaruh susu yang masih panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkannya, susu itu membeku bahkan lebih awal dari susu rekan-rekannya, yang disiapkan menggunakan teknologi yang diberikan. Setelah itu, Mpemba bereksperimen tidak hanya dengan susu, tapi juga dengan air biasa. Bagaimanapun, sebagai siswa di Sekolah Menengah Mkwava, dia bertanya kepada Profesor Dennis Osborne dari Universitas College di Dar Es Salaam (diundang oleh direktur sekolah untuk memberikan ceramah fisika kepada siswanya) secara khusus tentang air: “Jika Anda mengambil dua wadah identik dengan volume air yang sama sehingga di salah satunya suhu airnya 35°C, dan di wadah lainnya - 100°C, lalu masukkan ke dalam freezer, lalu di wadah kedua air akan lebih cepat membeku. Mengapa?" Osborne menjadi tertarik dengan masalah ini dan segera, pada tahun 1969, dia dan Mpemba mempublikasikan hasil eksperimen mereka di jurnal Physics Education. Sejak itu, efek yang mereka temukan disebut efek Mpemba. Hingga saat ini, belum ada yang mengetahui secara pasti bagaimana menjelaskan efek aneh tersebut. Para ilmuwan tidak memiliki satu versi pun, meski ada banyak. Ini semua tentang perbedaan sifat air panas dan dingin, namun belum jelas sifat mana yang berperan dalam hal ini: perbedaan pendinginan berlebih, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau pengaruh gas cair terhadap air pada suhu yang berbeda. Paradoks efek Mpemba adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk mendingin hingga mencapai suhu lingkungan harus sebanding dengan perbedaan suhu antara benda tersebut dan lingkungannya. Hukum ini ditetapkan oleh Newton dan sejak itu telah dikonfirmasi berulang kali dalam praktik. Akibatnya, air dengan suhu 100°C mendingin hingga suhu 0°C lebih cepat dibandingkan air dengan jumlah yang sama dengan suhu 35°C. Namun hal ini belum menunjukkan adanya paradoks, karena efek Mpemba dapat dijelaskan dalam kerangka fisika yang diketahui. Berikut beberapa penjelasan mengenai efek Mpemba: Penguapan Air panas menguap lebih cepat dari suatu wadah, sehingga volumenya berkurang, dan air dengan volume lebih kecil pada suhu yang sama membeku lebih cepat. Air yang dipanaskan hingga 100 C kehilangan 16% massanya ketika didinginkan hingga 0 C. Efek penguapan adalah efek ganda. Pertama, massa air yang dibutuhkan untuk pendinginan berkurang. Dan kedua, suhu menurun karena panas penguapan transisi dari fase air ke fase uap berkurang. Perbedaan suhu Karena perbedaan suhu antara air panas dan udara dingin lebih besar, maka pertukaran panas dalam hal ini lebih intens dan air panas lebih cepat dingin. Hipotermia Ketika air mendingin di bawah 0 C, air tidak selalu membeku. Dalam kondisi tertentu, ia dapat mengalami pendinginan super, dan tetap cair pada suhu di bawah titik beku. Dalam beberapa kasus, air dapat tetap cair bahkan pada suhu -20 C. Alasan terjadinya efek ini adalah agar kristal es pertama mulai terbentuk, diperlukan pusat pembentukan kristal. Jika mereka tidak ada dalam air cair, maka pendinginan super akan berlanjut hingga suhu turun cukup untuk membentuk kristal secara spontan. Ketika mereka mulai terbentuk dalam cairan yang sangat dingin, mereka akan mulai tumbuh lebih cepat, membentuk es lumpur, yang akan membeku membentuk es. Air panas paling rentan terhadap hipotermia karena pemanasan menghilangkan gas dan gelembung terlarut, yang selanjutnya dapat berfungsi sebagai pusat pembentukan kristal es. Mengapa hipotermia menyebabkan air panas lebih cepat membeku? Dalam kasus air dingin yang tidak terlalu dingin, hal berikut akan terjadi. Dalam hal ini, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan kapal. Lapisan es ini akan bertindak sebagai penyekat antara air dan udara dingin serta mencegah penguapan lebih lanjut. Laju pembentukan kristal es dalam hal ini akan lebih rendah. Dalam kasus air panas yang mengalami pendinginan super, air superdingin tidak memiliki lapisan permukaan es yang melindungi. Oleh karena itu, ia kehilangan panas lebih cepat melalui bagian atas yang terbuka. Ketika proses pendinginan super berakhir dan air membeku, lebih banyak panas yang hilang sehingga lebih banyak es yang terbentuk. Banyak peneliti efek ini yang menganggap hipotermia sebagai faktor utama terjadinya efek Mpemba. Konveksi Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi panas dan konveksi, dan karenanya kehilangan panas, sedangkan air panas mulai membeku dari bawah. Efek ini dijelaskan oleh anomali kepadatan air. Air mempunyai massa jenis maksimum pada 4 C. Jika Anda mendinginkan air hingga 4 C dan menaruhnya pada suhu yang lebih rendah, lapisan permukaan air akan lebih cepat membeku. Karena massa jenis air ini lebih kecil dibandingkan air pada suhu 4 C, maka air ini akan tetap berada di permukaan, membentuk lapisan tipis yang dingin. Dengan kondisi tersebut, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan air dalam waktu singkat, namun lapisan es ini akan berfungsi sebagai isolator, melindungi lapisan bawah air yang akan tetap bersuhu 4 C. Oleh karena itu, proses pendinginan selanjutnya akan lebih lambat. Dalam kasus air panas, situasinya sangat berbeda. Lapisan permukaan air akan lebih cepat mendingin karena adanya penguapan dan perbedaan suhu yang lebih besar. Selain itu, lapisan air dingin lebih padat dibandingkan lapisan air panas, sehingga lapisan air dingin akan tenggelam sehingga mengangkat lapisan air hangat ke permukaan. Sirkulasi air ini memastikan penurunan suhu dengan cepat. Namun mengapa proses ini tidak mencapai titik keseimbangan? Untuk menjelaskan efek Mpemba dari sudut pandang konveksi, perlu diasumsikan bahwa lapisan air dingin dan panas terpisah dan proses konveksi itu sendiri berlanjut setelah suhu rata-rata air turun di bawah 4 C. Namun, tidak ada data eksperimen yang akan mengkonfirmasi hipotesis bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan melalui proses konveksi. Gas yang terlarut dalam air Air selalu mengandung gas yang terlarut di dalamnya - oksigen dan karbon dioksida. Gas-gas ini mempunyai kemampuan untuk menurunkan titik beku air. Ketika air dipanaskan, gas-gas ini dilepaskan dari air karena kelarutannya dalam air lebih rendah pada suhu tinggi. Oleh karena itu, ketika air panas mendingin, selalu mengandung lebih sedikit gas terlarut dibandingkan air dingin yang tidak dipanaskan. Oleh karena itu, titik beku air panas lebih tinggi dan lebih cepat membeku. Faktor ini terkadang dianggap sebagai faktor utama dalam menjelaskan efek Mpemba, meskipun tidak ada data eksperimen yang mengkonfirmasi fakta ini. Konduktivitas termal Mekanisme ini dapat memainkan peran penting ketika air ditempatkan di kompartemen lemari es freezer dalam wadah kecil. Dalam kondisi ini, wadah berisi air panas telah diamati melelehkan es di dalam freezer di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak termal dengan dinding freezer dan konduktivitas termal. Akibatnya, panas dikeluarkan dari wadah berisi air panas lebih cepat dibandingkan wadah berisi air dingin. Sebaliknya, wadah berisi air dingin tidak akan melelehkan salju di bawahnya. Semua kondisi ini (dan juga kondisi lainnya) dipelajari dalam banyak eksperimen, tetapi jawaban yang jelas atas pertanyaan - kondisi manakah yang memberikan reproduksi seratus persen efek Mpemba - tidak pernah diperoleh. Misalnya, pada tahun 1995, fisikawan Jerman David Auerbach mempelajari pengaruh air superdingin terhadap efek ini. Dia menemukan bahwa air panas, ketika mencapai keadaan sangat dingin, membeku pada suhu yang lebih tinggi daripada air dingin, dan karena itu lebih cepat daripada air dingin. Namun air dingin mencapai keadaan sangat dingin lebih cepat daripada air panas, sehingga mengimbangi kelambatan sebelumnya. Selain itu, hasil Auerbach bertentangan dengan data sebelumnya bahwa air panas mampu mencapai supercooling yang lebih besar karena pusat kristalisasi yang lebih sedikit. Ketika air dipanaskan, gas-gas yang terlarut di dalamnya dikeluarkan dari dalamnya, dan ketika direbus, sebagian garam yang terlarut di dalamnya mengendap. Untuk saat ini, hanya satu hal yang dapat dinyatakan - reproduksi efek ini sangat bergantung pada kondisi di mana eksperimen dilakukan. Justru karena tidak selalu direproduksi. O.V.Mosin

Air dingin mendinginkan atau menghangatkan. Efek Mpemba atau kenapa air panas lebih cepat membeku dibandingkan air dingin

Artikel lain di bagian ini

Komentar:

Penjelasan fenomena fisik