Hii ni kweli, ingawa inaonekana ya kushangaza, kwa sababu wakati wa mchakato wa kufungia, maji yaliyotangulia lazima yapitishe joto la maji baridi. Wakati huo huo, athari hii inatumika sana. Kwa mfano, rinks za kuteleza na slaidi hujazwa na maji ya moto wakati wa baridi, badala ya. maji baridi. Wataalamu wanashauri madereva kumwaga maji baridi, sio moto, kwenye hifadhi ya washer wakati wa baridi. Kitendawili hicho kinajulikana ulimwenguni kama "Athari ya Mpemba".

Jambo hili lilitajwa wakati mmoja na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes, lakini mnamo 1963 tu maprofesa wa fizikia walitilia maanani na kujaribu kusoma. Yote ilianza pale mvulana wa shule ya Kitanzania Erasto Mpemba alipogundua kuwa maziwa ya tamu aliyotumia kutengeneza ice cream yaliganda haraka ikiwa yatapashwa moto na kudhaniwa kuwa. maji ya moto huganda haraka kuliko baridi. Alimgeukia mwalimu wa fizikia ili apate ufafanuzi, lakini alimcheka tu mwanafunzi huyo na kusema yafuatayo: “Hii si fizikia ya ulimwengu wote, bali ni fizikia ya Mpemba.”

Kwa bahati nzuri, Dennis Osborne, profesa wa fizikia kutoka Chuo Kikuu cha Dar es Salaam, alitembelea shule hiyo siku moja. Naye Mpemba akamgeukia kwa swali hilo hilo. Profesa hakuwa na shaka kidogo, alisema kwamba hangeweza kuhukumu kitu ambacho hajawahi kuona, na aliporudi nyumbani aliwauliza wafanyakazi wake kufanya majaribio yanayofaa. Walionekana kuthibitisha maneno ya kijana huyo. Kwa vyovyote vile, mwaka 1969, Osborne alizungumza kuhusu kufanya kazi na Mpemba katika gazeti la Kiingereza. FizikiaElimu" Mwaka huo huo, George Kell wa Baraza la Kitaifa la Utafiti la Kanada alichapisha makala inayoelezea jambo hilo kwa Kiingereza. MarekaniJaridayaFizikia».

Kuna maelezo kadhaa yanayowezekana kwa kitendawili hiki:

Maji ya moto huvukiza kwa kasi, na hivyo kupunguza kiasi chake, na kiasi kidogo cha maji kwa joto sawa huganda haraka. Maji baridi yanapaswa kuganda haraka kwenye vyombo visivyopitisha hewa.
Upatikanaji wa safu ya theluji. Chombo na maji ya moto huyeyusha theluji chini, na hivyo kuboresha mguso wa joto na uso wa baridi. Maji baridi hayayeyushi theluji chini. Ikiwa hakuna mjengo wa theluji, chombo cha maji baridi kinapaswa kufungia kwa kasi zaidi.
Maji baridi huanza kuganda kutoka juu, na hivyo kuzidisha michakato ya mionzi ya joto na convection, na hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kufungia kutoka chini. Kwa mchanganyiko wa ziada wa mitambo ya maji kwenye vyombo, maji baridi yanapaswa kufungia haraka.
Uwepo wa vituo vya crystallization katika maji kilichopozwa - vitu vilivyoharibiwa ndani yake. Kwa idadi ndogo ya vituo vile katika maji baridi, mabadiliko ya maji katika barafu ni vigumu na hata supercooling inawezekana, wakati inabakia katika hali ya kioevu, kuwa na joto la subzero.

Ufafanuzi mwingine ulichapishwa hivi karibuni. Dk. Jonathan Katz kutoka Chuo Kikuu cha Washington alisoma jambo hili na kuhitimisha kuwa jukumu muhimu inachezwa na vitu vilivyoyeyushwa katika maji, ambayo hupita wakati inapokanzwa.
Chini ya kufutwa vitu dr. Katz inahusu bicarbonates za kalsiamu na magnesiamu, ambazo hupatikana katika maji ngumu. Maji yanapopashwa joto, vitu hivi hupita na maji huwa “laini.” Maji ambayo hayajawahi kupashwa joto yana uchafu huu na ni "ngumu." Inapoganda na kuunda fuwele za barafu, mkusanyiko wa uchafu katika maji huongezeka mara 50. Kwa sababu ya hili, kiwango cha kufungia cha maji hupungua.

Ufafanuzi huu hauonekani kunishawishi, kwa sababu ... Hatupaswi kusahau kwamba athari iligunduliwa katika majaribio na ice cream, na si kwa maji ngumu. Uwezekano mkubwa zaidi, sababu za jambo hilo ni thermophysical, si kemikali.

Hadi sasa, hakuna maelezo ya uhakika kuhusu kitendawili cha Mpemba kilichopatikana. Ni lazima kusemwa kwamba wanasayansi wengine hawaoni kitendawili hiki kinachostahili kuzingatiwa. Hata hivyo, ni ya kuvutia sana kwamba mvulana wa shule rahisi alipata utambuzi wa athari za kimwili na alipata umaarufu kutokana na udadisi wake na uvumilivu.

Imeongezwa Februari 2014

Ujumbe huo uliandikwa mwaka wa 2011. Tangu wakati huo, tafiti mpya za athari ya Mpemba na majaribio mapya ya kuielezea zimeonekana. Kwa hivyo, mnamo 2012, Jumuiya ya Kifalme ya Kemia ya Uingereza ilitangaza shindano la kimataifa la kutatua fumbo la kisayansi "Mpemba Effect" kwa hazina ya zawadi ya pauni 1000. Tarehe ya mwisho iliwekwa mnamo Julai 30, 2012. Mshindi alikuwa Nikola Bregovic kutoka maabara ya Chuo Kikuu cha Zagreb. Alichapisha kazi yake ambayo alichambua majaribio ya hapo awali ya kuelezea jambo hili na akafikia hitimisho kwamba hawakuwa na ushawishi. Mfano aliopendekeza unategemea mali ya msingi ya maji. Wale wanaopenda wanaweza kupata kazi katika http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Utafiti haukuishia hapo. Mnamo 2013, wanafizikia kutoka Singapore walithibitisha kinadharia sababu ya athari ya Mepemba. Kazi inaweza kupatikana katika http://arxiv.org/abs/1310.6514 .

Nakala zinazohusiana kwenye wavuti:

Nakala zingine katika sehemu hii

Maoni:

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Kwa nini maji ya moto huvukiza haraka? Wanasayansi wamethibitisha kivitendo kwamba glasi ya maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Wanasayansi hawawezi kuelezea jambo hili kwa sababu hawaelewi kiini cha matukio: joto na baridi! Joto na baridi ni hisia za kimwili zinazosababisha mwingiliano wa chembe za Matter, kwa namna ya kukabiliana na mawimbi ya sumaku ambayo hutoka angani na kutoka katikati ya dunia. Kwa hiyo, tofauti kubwa zaidi, hii voltage magnetic, kasi ya kubadilishana nishati inafanywa na njia ya kukabiliana na kupenya kwa mawimbi fulani ndani ya wengine. Hiyo ni, kwa njia ya kueneza! Kwa kujibu makala yangu, mpinzani mmoja anaandika: 1) ".. Maji ya moto huvukiza HARAKA, na kusababisha chini yake, hivyo huganda haraka" Swali! Ni nishati gani husababisha maji kuyeyuka haraka? 2) Nakala yangu ni juu ya glasi, na sio juu ya shimo la mbao, ambalo mpinzani anataja kama kupingana. Ambayo si sahihi! Ninajibu swali: "KWANINI MAJI HUYUKA KATIKA ASILI?" Mawimbi ya sumaku, ambayo husogea kila mara kutoka katikati ya dunia hadi angani, yakishinda shinikizo la kukabiliana na mawimbi ya mgandamizo wa sumaku (ambayo daima husogea kutoka angani hadi katikati ya dunia), wakati huo huo, hunyunyizia chembe za maji, tangu kuhamia angani. , huongeza kwa kiasi. Yaani wanapanuka! Ikiwa mawimbi ya ukandamizaji wa sumaku yanashindwa, mvuke hizi za maji zinasisitizwa (kufupishwa) na chini ya ushawishi wa nguvu hizi za ukandamizaji wa magnetic, maji hurudi duniani kwa namna ya mvua! Kwa dhati! Alexey Mishnev. Oktoba 6, 2012.

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Joto ni nini? Joto ni kiwango cha mvutano wa sumakuumeme ya mawimbi ya sumaku na mgandamizo na nishati ya upanuzi. Katika kesi ya hali ya usawa ya nishati hizi, joto la mwili au dutu iko katika hali ya utulivu. Wakati hali ya usawa ya nishati hizi inafadhaika, kuelekea nishati ya upanuzi, mwili au dutu huongezeka kwa kiasi cha nafasi. Ikiwa nishati ya mawimbi ya magnetic inazidi katika mwelekeo wa ukandamizaji, mwili au dutu hupungua kwa kiasi cha nafasi. Kiwango cha voltage ya umeme imedhamiriwa na kiwango cha upanuzi au ukandamizaji wa mwili wa kumbukumbu. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, unazungumza juu ya nakala fulani ambayo inaweka mawazo yako juu ya dhana ya joto. Lakini hakuna mtu aliyeisoma. Tafadhali nipe kiungo. Kwa ujumla, maoni yako kuhusu fizikia ni ya kipekee sana. Sijawahi kusikia "upanuzi wa sumakuumeme ya mwili wa kumbukumbu."

Yuri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Dhahania inapendekezwa kuwa hii ni kutokana na mwangwi wa kiingilizi na mvuto wa ponderomotive kati ya molekuli inazozalisha. Katika maji baridi, molekuli husogea na kutetemeka kwa machafuko, kwa masafa tofauti. Wakati maji yanapokanzwa, na kuongezeka kwa mzunguko wa vibrations, safu zao hupungua (tofauti ya masafa kutoka kwa maji ya moto ya kioevu hadi hatua ya mvuke hupungua), masafa ya vibration ya molekuli hukaribia kila mmoja, kama matokeo ya ambayo resonance. hutokea kati ya molekuli. Wakati wa baridi, resonance hii imehifadhiwa kwa sehemu na haififu mara moja. Jaribu kubonyeza moja ya nyuzi mbili za gitaa ambazo zina mlio. Sasa hebu tuende - kamba itaanza kutetemeka tena, resonance itarejesha vibrations zake. Vivyo hivyo, katika maji yaliyogandishwa, molekuli za nje zilizopozwa hujaribu kupoteza amplitude na marudio ya mitikisiko, lakini molekuli "joto" ndani ya chombo "huvuta" mitetemo nyuma, ikifanya kama vibrators, na zile za nje kama resonators. Mvuto wa Ponderomotive* hutokea kati ya vibrators na resonators. Wakati nguvu ya ponderomotive inakuwa kubwa zaidi kuliko nguvu inayosababishwa na nishati ya kinetic ya molekuli (ambayo sio tu kutetemeka, lakini pia kusonga kwa mstari), kasi ya fuwele hutokea - "Athari ya Mpemba". Muunganisho wa ponderomotive sio thabiti sana, athari ya Mpemba inategemea sana mambo yote yanayohusiana: kiasi cha maji ya kugandishwa, asili ya joto lake, hali ya kufungia, hali ya joto, convection, hali ya kubadilishana joto, kueneza kwa gesi, vibration. kitengo cha friji, uingizaji hewa, uchafu, uvukizi, nk Labda hata kutoka kwa taa ... Kwa hiyo, athari ina maelezo mengi na wakati mwingine ni vigumu kuzaliana. Kwa sababu hiyo hiyo ya "resonant". maji ya kuchemsha majipu huchemka haraka kuliko maji ambayo hayajachemshwa - resonance hudumisha nguvu ya vibrations ya molekuli za maji kwa muda baada ya kuchemsha (kupoteza nishati wakati wa baridi ni kwa sababu ya upotezaji wa nishati ya kinetic ya harakati ya molekuli). Kwa kupokanzwa sana, molekuli za vibrator hubadilisha majukumu na molekuli za resonator kwa kulinganisha na kufungia - mzunguko wa vibrators ni chini ya mzunguko wa resonators, ambayo ina maana kwamba sio kivutio, lakini kukataa hutokea kati ya molekuli, ambayo huharakisha mpito kwa mwingine. hali ya mkusanyiko(jozi).

Vlad, 12/11/2012 03:42

Umevunja ubongo wangu...

Anton, 02/04/2013 02:02

1. Je, kivutio hiki cha ponderomotive ni kikubwa sana hivi kwamba kinaathiri mchakato wa kuhamisha joto? 2. Je, hii ina maana kwamba wakati miili yote inapokanzwa kwa joto fulani, chembe zao za kimuundo huingia kwenye resonance? 3. Kwa nini resonance hii hupotea inapopozwa? 4. Je, hii ni dhana yako? Ikiwa kuna chanzo, tafadhali onyesha. 5. Kwa mujibu wa nadharia hii, sura ya chombo itakuwa na jukumu muhimu, na ikiwa ni nyembamba na gorofa, basi tofauti katika muda wa kufungia haitakuwa kubwa, i.e. unaweza kuangalia hii.

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

Katika maji baridi tayari kuna atomi za nitrojeni na umbali kati ya molekuli za maji ni karibu zaidi kuliko katika maji ya moto. Hiyo ni, hitimisho: Maji ya moto huchukua atomi za nitrojeni kwa kasi zaidi na wakati huo huo hufungia haraka kuliko maji baridi - hii inalinganishwa na ugumu wa chuma, kwa kuwa maji ya moto hugeuka kuwa barafu na chuma cha moto huimarisha na baridi ya haraka!

Vladimir, 03/13/2013 06:50

au labda hii: wiani wa maji ya moto na barafu ni chini ya wiani wa maji baridi, na kwa hiyo maji hawana haja ya kubadili wiani wake, kupoteza muda na kufungia.

Alexey Mishnev, 03/21/2013 11:50

Kabla ya kuzungumza juu ya resonances, vivutio na vibrations ya chembe, tunahitaji kuelewa na kujibu swali: Ni nguvu gani zinazosababisha chembe kutetemeka? Kwa kuwa, bila nishati ya kinetic, hawezi kuwa na compression. Bila compression, hawezi kuwa na upanuzi. Bila upanuzi, hakuwezi kuwa na nishati ya kinetic! Unapoanza kuzungumza juu ya resonance ya masharti, wewe kwanza kufanya jitihada ili moja ya masharti haya kuanza vibrate! Wakati wa kuzungumza juu ya kivutio, lazima kwanza kabisa uonyeshe nguvu inayofanya miili hii kuvutia! Ninadai kwamba miili yote imebanwa na nishati ya sumakuumeme ya angahewa na ambayo inabana miili yote, vitu na chembe za msingi kwa nguvu ya kilo 1.33. si kwa cm2, lakini kwa kila chembe ya msingi. Kwa kuwa shinikizo la anga haliwezi kuchagua!

Dodik, 05/31/2013 02:59

Inaonekana kwangu kuwa umesahau ukweli mmoja - "Sayansi huanza ambapo vipimo huanza." Ni joto gani la maji "ya moto"? Je, joto la maji "baridi" ni nini? Makala haisemi neno lolote kuhusu hili. Kutoka hili tunaweza kuhitimisha - makala yote ni bullshit!

Grigory, 06/04/2013 12:17

Dodik, kabla ya kuita makala isiyo na maana, unahitaji kufikiri juu ya kujifunza, angalau kidogo. Na sio kipimo tu.

Dmitry, 12/24/2013 10:57

Masi ya maji ya moto huenda kwa kasi zaidi kuliko katika maji baridi, kwa sababu ya hii kuna mawasiliano ya karibu na mazingira, wanaonekana kunyonya baridi zote, haraka kupunguza.

Ivan, 01/10/2014 05:53

Inashangaza kwamba nakala kama hiyo isiyojulikana inaonekana kwenye tovuti hii. Makala hayana kisayansi kabisa. Mwandishi na wachambuzi wote wanashindana katika kutafuta maelezo ya jambo hilo, bila kujisumbua kujua ikiwa jambo hilo linazingatiwa kabisa na, ikiwa linazingatiwa, chini ya hali gani. Zaidi ya hayo, hakuna hata makubaliano juu ya kile tunachozingatia! Kwa hivyo, mwandishi anasisitiza juu ya hitaji la kuelezea athari ya kufungia haraka kwa ice cream ya moto, ingawa kutoka kwa maandishi yote (na maneno "athari iligunduliwa katika majaribio ya ice cream") inafuata kwamba yeye mwenyewe hakufanya vile. majaribio. Kutoka kwa chaguzi za "kuelezea" jambo lililoorodheshwa katika kifungu, ni wazi kuwa zinaelezea majaribio tofauti kabisa yaliyofanywa katika hali tofauti na suluhisho tofauti za maji. Kiini cha maelezo na hali ya subjunctive ndani yao zinaonyesha kwamba hata ukaguzi wa kimsingi wa mawazo yaliyotolewa haukufanywa. Mtu fulani alisikia hadithi ya kuchekesha kwa bahati mbaya na akaelezea hitimisho lake la kubahatisha. Samahani, lakini sio ya mwili. Utafiti wa kisayansi, na mazungumzo ni katika chumba cha kuvuta sigara.

Ivan, 01/10/2014 06:10

Kuhusu maoni katika makala kuhusu kujaza rollers na maji ya moto na hifadhi ya washer windshield na maji baridi. Kila kitu ni rahisi hapa kutoka kwa mtazamo wa fizikia ya msingi. Rink ya skating imejaa maji ya moto kwa sababu inafungia polepole zaidi. Rink ya skating lazima iwe ngazi na laini. Jaribu kuijaza na maji baridi - utapata matuta na "uvimbe", kwa sababu ... Maji yataganda _haraka_ bila kuwa na wakati wa kuenea katika safu nyororo. Na moja ya moto itakuwa na muda wa kuenea katika safu hata, na itayeyuka zilizopo barafu na theluji tubercles. Pia si vigumu na washer: kumwaga maji safi hakuna uhakika katika baridi - inafungia kwenye kioo (hata moto); na kioevu cha moto kisicho na kufungia kinaweza kusababisha kupasuka kwa glasi baridi, pamoja na glasi itakuwa na kiwango cha kufungia kwa sababu ya uvukizi wa kasi wa pombe kwenye njia ya glasi (na kanuni ya operesheni. mwanga wa mwezi bado kila mtu anamjua mwenzake? - pombe hupuka, maji hubakia).

Ivan, 01/10/2014 06:34

Lakini kwa asili ya jambo hilo, ni ujinga kuuliza kwa nini majaribio mawili tofauti chini ya hali tofauti yanaendelea tofauti. Ikiwa jaribio linafanywa kwa upole, basi unahitaji kuchukua maji ya moto na baridi sawa muundo wa kemikali- chukua maji ya kuchemsha kabla ya baridi kutoka kwenye kettle sawa. Mimina ndani ya vyombo vinavyofanana (kwa mfano, glasi zenye kuta nyembamba). Hatuiweka kwenye theluji, lakini kwa msingi sawa wa gorofa, kavu, kwa mfano, meza ya mbao. Na sio kwenye friji ndogo, lakini katika thermostat yenye nguvu - nilifanya majaribio miaka michache iliyopita kwenye dacha, wakati hali ya hewa ya nje ilikuwa shwari na baridi, karibu -25C. Maji humeta kwa joto fulani baada ya kutoa joto la fuwele. Dhana hiyo inatoka kwa taarifa kwamba maji ya moto hupoa haraka (hii ni kweli, kwa mujibu wa fizikia ya kitambo, kiwango cha uhamishaji wa joto ni sawia na tofauti ya joto), lakini huhifadhi kiwango cha baridi kilichoongezeka hata wakati halijoto yake inakuwa sawa na joto. joto la maji baridi. Swali ni, ni jinsi gani maji ambayo yamepozwa hadi joto la +20C nje yanatofautiana na maji yale yale ambayo yamepozwa hadi joto la +20C saa moja kabla, lakini katika chumba? Fizikia ya classical (kwa njia, kwa kuzingatia sio mazungumzo kwenye chumba cha kuvuta sigara, lakini kwa mamia ya maelfu na mamilioni ya majaribio) inasema: hakuna chochote, mienendo zaidi ya baridi itakuwa sawa (maji tu ya kuchemsha yatafikia hatua ya +20. baadae). Na jaribio linaonyesha jambo lile lile: wakati glasi ya maji baridi hapo awali ilikuwa na ukoko mkali wa barafu, maji ya moto hayakufikiria hata kufungia. P.S. Kwa maoni ya Yuri Kuznetsov. Uwepo wa athari fulani inaweza kuzingatiwa kuwa imara wakati hali za kutokea kwake zinaelezwa na hutolewa mara kwa mara. Na tunapokuwa na majaribio yasiyojulikana na hali zisizojulikana, ni mapema kujenga nadharia kuzielezea na hii haitoi chochote kutoka kwa mtazamo wa kisayansi. P.P.S. Kweli, haiwezekani kusoma maoni ya Alexei Mishnev bila machozi ya huruma - mtu anaishi katika aina fulani ya ulimwengu wa uwongo ambao hauhusiani na fizikia na majaribio ya kweli.

Gregory, 01/13/2014 10:58

Ivan, ninaelewa kuwa unakataa athari ya Mpemba? Haipo, kama majaribio yako yanavyoonyesha? Kwa nini inajulikana sana katika fizikia, na kwa nini wengi wanajaribu kuifafanua?

Ivan, 02/14/2014 01:51

Habari za mchana, Gregory! Athari ya jaribio chafu ipo. Lakini, kama unavyoelewa, hii sio sababu ya kutafuta sheria mpya katika fizikia, lakini sababu ya kuboresha ujuzi wa majaribio. Kama nilivyokwisha eleza kwenye maoni, katika majaribio yote yaliyotajwa kuelezea "athari ya Mpemba," watafiti hawawezi hata kueleza kwa uwazi ni nini hasa na chini ya hali gani wanapima. Na unataka kusema kwamba hawa ni wanafizikia wa majaribio? Usinichekeshe. Athari haijulikani katika fizikia, lakini katika majadiliano ya kisayansi ya uwongo kwenye vikao na blogi mbalimbali, ambazo sasa kuna bahari. Inatambulika kama athari halisi ya mwili (kwa maana kama matokeo ya sheria mpya za mwili, na sio kama matokeo ya tafsiri isiyo sahihi au hadithi tu) na watu walio mbali na fizikia. Kwa hivyo hakuna sababu ya kusema juu ya matokeo ya majaribio tofauti yaliyofanywa chini ya hali tofauti kabisa kama athari moja ya mwili.

Pavel, 02/18/2014 09:59

hmm, jamani... makala ya "Maelezo ya Kasi"... Hakuna kosa... ;) Ivan yuko sahihi kuhusu kila kitu...

Grigory, 02/19/2014 12:50

Ivan, ninakubali kwamba sasa kuna tovuti nyingi za kisayansi-ghushi zinazochapisha nyenzo za kusisimua ambazo hazijathibitishwa. Kwani, athari ya Mpemba bado inachunguzwa. Aidha, wanasayansi kutoka vyuo vikuu wanatafiti. Kwa mfano, mnamo 2013, athari hii ilisomwa na kikundi kutoka Chuo Kikuu cha Teknolojia huko Singapore. Angalia kiunga http://arxiv.org/abs/1310.6514 . Wanaamini wamepata maelezo ya athari hii. Sitaandika kwa undani juu ya kiini cha ugunduzi, lakini kwa maoni yao, athari inahusishwa na tofauti katika nishati zilizohifadhiwa katika vifungo vya hidrojeni.

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

Kwa kila mtu anayependa utafiti juu ya athari ya Mpemba, nimeongeza nyenzo kidogo kwenye kifungu na kutoa viungo ambavyo unaweza kusoma zaidi. matokeo ya hivi karibuni(tazama maandishi). Asante kwa maoni yako.

Ildar, 02/24/2014 04:12 | hakuna maana katika kuorodhesha kila kitu

Ikiwa athari hii ya Mpemba itafanyika kweli, basi maelezo lazima yatafutwa, nadhani, katika muundo wa molekuli ya maji. Maji (kama nilivyojifunza kutoka kwa fasihi maarufu ya sayansi) haipo kama molekuli za H2O, lakini kama nguzo za molekuli kadhaa (hata kadhaa). Wakati joto la maji linapoongezeka, kasi ya harakati ya molekuli huongezeka, makundi yanagawanyika dhidi ya kila mmoja na vifungo vya valence vya molekuli hazina muda wa kukusanya makundi makubwa. Uundaji wa makundi huchukua muda kidogo zaidi kuliko kupunguzwa kwa kasi ya harakati za Masi. Na kwa kuwa makundi ni ndogo, uundaji wa latiti ya kioo hutokea kwa kasi zaidi. Katika maji baridi, inaonekana, nguzo kubwa, zenye utulivu huzuia uundaji wa kimiani; inachukua muda kuwaangamiza. Mimi mwenyewe niliona kwenye TV athari ya kushangaza wakati maji baridi yamesimama kwa utulivu kwenye jar yalibaki kioevu kwa saa kadhaa kwenye baridi. Lakini mara tu jar ilichukuliwa, ambayo ni, ilihamishwa kidogo kutoka mahali pake, maji kwenye jar mara moja yaliangaza, ikawa opaque, na jar ikapasuka. Naam, kuhani aliyeonyesha athari hii alieleza kwa uhakika kwamba maji yalibarikiwa. Kwa njia, zinageuka kuwa maji hubadilisha sana mnato wake kulingana na joto. Hii haionekani kwetu, kama viumbe vikubwa, lakini kwa kiwango cha crustaceans ndogo (mm au ndogo), na hata bakteria zaidi, mnato wa maji ni jambo muhimu sana. Mnato huu, nadhani, pia imedhamiriwa na saizi ya nguzo za maji.

KIJIVU, 03/15/2014 05:30

kila kitu kinachotuzunguka tunachokiona ni sifa za juu juu (sifa) kwa hivyo tunakubali kuwa nishati tu kile tunachoweza kupima au kudhibitisha uwepo wake kwa njia yoyote, vinginevyo ni mwisho mbaya. Jambo hili, athari ya Mpemba, inaweza tu kuelezewa na nadharia rahisi ya ujazo ambayo itaunganisha mifano yote ya kimaumbile katika muundo mmoja wa mwingiliano. ni kweli rahisi

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

Lakini unawezaje kuhakikisha kwamba maji yanabaki baridi badala ya joto unapoendesha gari?

Alexey, 03.10.2014 01:09

Hapa kuna "ugunduzi" mwingine njiani. Maji ndani chupa ya plastiki Hugandisha haraka zaidi kifuniko kikiwa wazi. Kwa kujifurahisha, nilifanya jaribio mara nyingi baridi kali. Athari ni dhahiri. Habari wananadharia!

Evgeniy, 12/27/2014 08:40

Kanuni ya ubaridi wa kuyeyuka. Tunachukua mbili hermetically chupa zilizofungwa na maji baridi na ya moto. Tunaweka kwenye baridi. Maji baridi huganda haraka. Sasa tunachukua chupa sawa na maji baridi na ya moto, tuifungue na kuiweka kwenye baridi. Maji ya moto yatafungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Ikiwa tunachukua mabonde mawili na maji baridi na ya moto, basi maji ya moto yatafungia kwa kasi zaidi. Hii ni kutokana na ukweli kwamba tunaongeza mawasiliano na anga. Uvukizi mkali zaidi, joto hupungua kwa kasi. Hapa tunapaswa kutaja sababu ya unyevu. Kadiri unyevu unavyopungua, ndivyo uvukizi unavyoongezeka na ndivyo baridi inavyozidi kuwa kali.

kijivu TOMSK, 03/01/2015 10:55

GRAY, 03/15/2014 05:30 - iliendelea Unachojua kuhusu halijoto sio kila kitu. Kuna kitu kingine hapo. Ikiwa utaunda kwa usahihi mfano wa hali ya joto, itakuwa ufunguo wa kuelezea michakato ya nishati kutoka kwa utengamano, kuyeyuka na fuwele hadi mizani kama vile ongezeko la joto na ongezeko la shinikizo, ongezeko la shinikizo na ongezeko la joto. Hata mfano wa kimwili wa nishati ya Jua utakuwa wazi kutoka hapo juu. Niko katika majira ya baridi. . mwanzoni mwa chemchemi ya 20013, nikiangalia mifano ya joto, nilikusanya mfano wa joto la jumla. Miezi michache baadaye, nilikumbuka kitendawili cha halijoto na ndipo nikagundua... kwamba modeli yangu ya joto pia inaelezea kitendawili cha Mpemba. Hii ilikuwa Mei - Juni 2013. Nimechelewa kwa mwaka, lakini ni kwa bora. Mfano wangu wa kimwili ni fremu ya kufungia na inaweza kurudishwa mbele na nyuma na ina shughuli za magari, shughuli sawa ambayo kila kitu husogea. Nina miaka 8 ya shule na miaka 2 ya chuo kikuu na marudio ya mada. Miaka 20 imepita. Kwa hivyo siwezi kuhusisha aina yoyote ya mifano ya kimwili kwa wanasayansi maarufu, wala siwezi kuhusisha fomula. Samahani sana.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Kwa ujumla, nina wazo kuhusu kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Na katika maelezo yangu kila kitu ni rahisi sana, ikiwa una nia, niandikie kwa barua pepe: [barua pepe imelindwa]

Andrey, 08.11.2015 08:58

Samahani, nilitoa barua pepe isiyo sahihi, barua pepe sahihi ndiyo hii: [barua pepe imelindwa]

Victor, 12/23/2015 10:37

Inaonekana kwangu kuwa kila kitu ni rahisi zaidi, theluji huanguka hapa, ni gesi iliyoyeyuka, imepozwa, kwa hivyo labda katika hali ya hewa ya baridi moto hupungua haraka kwa sababu huvukiza na mara moja huangaza bila kupanda mbali, na maji katika hali ya gesi hupungua haraka. kuliko katika hali ya kioevu)

Bekzhan, 01/28/2016 09:18

Hata mtu angefichua sheria hizi za dunia zinazohusishwa na athari hii, asingeandika hapa.Kwa mtazamo wangu, isingekuwa jambo la kimantiki kufichua siri zake kwa watumiaji wa mtandao wakati anaweza kuichapisha kwenye mtandao maarufu. majarida ya kisayansi na uthibitishe hilo kibinafsi kwa watu.Kwa hivyo, kitakachoandikwa hapa kuhusu athari hii, mengi yake si ya kimantiki.)))

Alex, 02/22/2016 12:48

Habari Wana Majaribio Uko sahihi unaposema kwamba Sayansi inaanzia wapi... si Vipimo, bali Mahesabu. "Jaribio" ni hoja ya milele na ya lazima kwa wale walionyimwa mawazo ya Kufikirika na ya Linear. Ilichukiza kila mtu, sasa katika kesi ya E= mc2 - je, kila mtu anakumbuka? Kasi ya molekuli zinazoruka kutoka kwenye maji baridi kwenda kwenye angahewa huamua kiasi cha nishati inayobeba kutoka kwa maji (kupoa ni kupoteza nishati) Kasi ya molekuli kutoka kwenye maji ya moto ni ya juu zaidi na nishati inayochukuliwa ni ya mraba. kiwango cha kupoeza kwa wingi wa maji iliyobaki) Hiyo ndiyo yote, ikiwa utatoka kwenye "majaribio" na kukumbuka Misingi ya Msingi ya Sayansi.

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

Katika siku hizo wakati antifreeze ilikuwa nadra, maji kutoka kwa mfumo wa baridi wa magari kwenye karakana isiyo na joto yalitolewa baada ya siku ya kufanya kazi ili sio kufuta kizuizi cha silinda au radiator - wakati mwingine wote pamoja. Asubuhi maji ya moto yalimwagika. Katika baridi kali, injini zilianza bila matatizo. Kwa namna fulani, kutokana na ukosefu wa maji ya moto, maji yalimwagika kutoka kwenye bomba. Maji yaliganda mara moja. Jaribio lilikuwa ghali - sawa na gharama ya kununua na kuchukua nafasi ya kizuizi cha silinda na radiator ya gari la ZIL-131. Yeyote asiyeamini, basi aangalie. na Mpemba akajaribu kutumia ice cream. Katika ice cream, fuwele hutokea tofauti kuliko katika maji. Jaribu kung'ata kipande cha aiskrimu na kipande cha barafu kwa meno yako. Uwezekano mkubwa zaidi haukufungia, lakini unene kama matokeo ya baridi. Na maji safi, yawe ya moto au baridi, huganda kwa 0*C. Maji baridi ni haraka, na wakati wa moto inahitajika kupoa.

Wanderer, 05/06/2016 12:54 | kwa Alex

"c" - kasi ya mwanga katika utupu E=mc^2 - fomula inayoonyesha usawa wa wingi na nishati

Albert, 07/27/2016 08:22

Kwanza mlinganisho na yabisi(hakuna mchakato wa uvukizi). Hivi majuzi niliuza shaba mabomba ya maji. Mchakato hutokea kwa kupokanzwa burner ya gesi kwa joto la kuyeyuka la solder. Wakati wa kupokanzwa kwa kiungo kimoja na kuunganisha ni takriban dakika moja. Niliuza kiungo kimoja kwenye kiunganishi na baada ya dakika kadhaa niligundua kuwa nilikuwa nimeiuza vibaya. Ilikuwa ni lazima kuzunguka bomba kidogo katika kuunganisha. Nilianza kupokanzwa kiungo tena na burner na, kwa mshangao wangu, ilichukua dakika 3-4 ili joto kiungo kwa joto la kuyeyuka. Jinsi gani!? Baada ya yote, bomba bado ni moto na inaweza kuonekana kuwa nishati kidogo inahitajika ili kuipasha joto hadi kiwango cha kuyeyuka, lakini kila kitu kiligeuka kuwa kinyume. Yote ni juu ya upitishaji wa mafuta, ambayo ni ya juu zaidi kwa bomba tayari inapokanzwa na mpaka kati ya joto na bomba baridi kwa dakika mbili alifanikiwa kusonga mbali na makutano. Sasa kuhusu maji. Tutafanya kazi na dhana za chombo cha moto na cha nusu. Katika chombo cha moto, mpaka mwembamba wa joto huundwa kati ya chembe za moto, zenye rununu na chembe zinazosonga polepole, baridi, ambazo husogea haraka kutoka pembezoni hadi katikati, kwa sababu kwenye mpaka huu chembe za haraka huacha haraka nishati yao (iliyopozwa) kwa chembe za upande mwingine wa mpaka. Kwa kuwa kiasi cha chembe za baridi za nje ni kubwa zaidi, chembe za haraka, zikitoa yao nishati ya joto, haiwezi joto kwa kiasi kikubwa chembe za baridi za nje. Kwa hiyo, mchakato wa baridi ya maji ya moto hutokea kwa haraka. Maji yenye joto la nusu yana conductivity ya chini sana ya mafuta na upana wa mpaka kati ya chembe za joto na baridi ni pana zaidi. Kuhama kwa katikati ya mpaka huo pana hutokea polepole zaidi kuliko katika kesi ya chombo cha moto. Matokeo yake, chombo cha moto kinapunguza kasi zaidi kuliko joto. Nadhani tunahitaji kufuatilia mienendo ya mchakato wa baridi wa maji ya joto tofauti kwa kuweka sensorer kadhaa za joto kutoka katikati hadi makali ya chombo.

Max, 11/19/2016 05:07

Imethibitishwa: huko Yamal, wakati wa baridi, bomba yenye maji ya moto hufungia na unapaswa kuifanya joto, lakini baridi haifanyi!

Artem, 09.12.2016 01:25

Ni ngumu, lakini nadhani kuwa maji baridi ni mnene kuliko maji ya moto, bora zaidi kuliko maji ya kuchemsha, na hapa kuna kuongeza kasi ya baridi, nk. maji ya moto hufikia joto la baridi na kuipita, na ikiwa utazingatia ukweli kwamba maji ya moto huganda kutoka chini na sio kutoka juu, kama ilivyoandikwa hapo juu, hii inaharakisha mchakato sana!

Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52

Hakuna athari kama hiyo. Ole! Mnamo mwaka wa 2016, makala ya kina juu ya mada ilichapishwa katika Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Kutoka ni wazi kwamba kwa majaribio makini (kama sampuli za maji ya joto na baridi ni sawa katika kila kitu. isipokuwa joto) athari haizingatiwi.

Zavlab, 08/22/2017 05:31

Victor , 10/27/2017 03:52

"Ni kweli." - ikiwa shuleni haukuelewa ni uwezo gani wa joto na sheria ya uhifadhi wa nishati. Ni rahisi kuangalia - kwa hili unahitaji: hamu, kichwa, mikono, maji, jokofu na saa ya kengele. Na rinks za skating, kama wataalam wanavyoandika, zimehifadhiwa (zimejaa) na maji baridi, na barafu iliyokatwa hutiwa maji ya joto. Na wakati wa baridi unahitaji kumwaga kioevu cha antifreeze kwenye hifadhi ya washer, sio maji. Maji yatafungia kwa hali yoyote, na maji baridi yatafungia kwa kasi.

Irina, 01/23/2018 10:58

Wanasayansi kote ulimwenguni wamekuwa wakipambana na kitendawili hiki tangu wakati wa Aristotle, na Victor, Zavlab na Sergeev waligeuka kuwa werevu zaidi.

Denis, 02/01/2018 08:51

Kila kitu kimeandikwa kwa usahihi katika makala. Lakini sababu ni tofauti kidogo. Wakati wa mchakato wa kuchemsha, hewa iliyoyeyushwa ndani yake huvukiza kutoka kwa maji, kwa hivyo, maji yanayochemka yanapopoa, msongamano wake hatimaye utakuwa chini ya ule wa maji mbichi kwa joto sawa. Hakuna sababu zingine za conductivity tofauti ya mafuta isipokuwa wiani tofauti.

Zavlab, 03/01/2018 08:58 | Mkuu wa maabara

Irina :), "wanasayansi ulimwenguni kote" hawana shida na "kitendawili" hiki; kwa wanasayansi wa kweli "kitendawili" hiki haipo - kinathibitishwa kwa urahisi chini ya hali ya kuzaliana vizuri. "Kitendawili" kilionekana kutokana na majaribio yasiyoweza kuzalishwa ya mvulana wa Kiafrika Mpemba na ilichangiwa na "wanasayansi" sawa :)

Katika makala hii tutaangalia swali la kwa nini maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

Maji yenye joto huganda haraka kuliko maji baridi! Hii mali ya ajabu maji, maelezo kamili ambayo wanasayansi bado hawawezi kupata, yamejulikana tangu nyakati za kale. Kwa mfano, hata katika Aristotle kuna maelezo uvuvi wa msimu wa baridi: wavuvi waliingiza vijiti vya uvuvi kwenye mashimo kwenye barafu, na ili ziweze kuganda haraka, walimwagilia barafu. maji ya joto. Jambo hili lilipewa jina la Erasto Mpemba katika miaka ya 60 ya karne ya 20. Mnemba aliona athari ya ajabu wakati akitengeneza ice cream na kumgeukia mwalimu wake wa fizikia, Dk.Denis Osborne, ili apate maelezo. Mpemba na Dk Osborne walijaribu maji joto tofauti na kuhitimisha: karibu maji ya kuchemsha huanza kufungia kwa kasi zaidi kuliko maji joto la chumba. Wanasayansi wengine walifanya majaribio yao wenyewe na kila wakati walipata matokeo sawa.

Ufafanuzi wa jambo la kimwili

Hakuna maelezo yanayokubalika kwa ujumla kwa nini hii inatokea. Watafiti wengi wanapendekeza kwamba hatua nzima iko kwenye baridi kali ya kioevu, ambayo hutokea wakati joto lake linapungua chini ya kiwango cha kufungia. Kwa maneno mengine, ikiwa maji hufungia kwa joto la chini ya 0 ° C, basi maji ya supercooled yanaweza kuwa na joto la, kwa mfano, -2 ° C na bado kubaki kioevu bila kugeuka kwenye barafu. Tunapojaribu kufungia maji baridi, kuna nafasi kwamba itakuwa ya kwanza kuwa supercooled na ngumu tu baada ya muda fulani. Michakato mingine hutokea katika maji yenye joto. Mabadiliko yake ya haraka katika barafu yanahusishwa na convection.

Convection-Hii jambo la kimwili, ambayo tabaka za chini za joto za kioevu hupanda, na za juu, zilizopozwa, huanguka.

Mpemba athari(Kitendawili cha Mpemba) - kitendawili kinachosema kuwa maji ya moto chini ya hali fulani huganda haraka kuliko maji baridi, ingawa lazima yapitishe joto la maji baridi wakati wa kuganda. Kitendawili hiki ni ukweli wa majaribio ambao unapingana na mawazo ya kawaida, kulingana na ambayo, chini ya hali sawa, mwili wenye joto zaidi huchukua muda zaidi wa kupoa kwa joto fulani kuliko mwili wenye joto kidogo na baridi kwa joto sawa.

Jambo hili liligunduliwa wakati mmoja na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes, lakini ilikuwa mwaka wa 1963 tu kwamba mtoto wa shule wa Kitanzania Erasto Mpemba aligundua kuwa mchanganyiko wa ice cream ya moto huganda haraka kuliko baridi.

Kuwa mwanafunzi wa Magambinskaya sekondari nchini Tanzania Erasto Mpemba alifanya hivyo kazi ya vitendo katika kupikia. Alihitaji kufanya ice cream ya nyumbani - kuchemsha maziwa, kufuta sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii sana na alichelewa kukamilisha sehemu ya kwanza ya kazi hiyo. Kwa kuogopa kwamba hatafika mwisho wa somo, aliweka maziwa ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema kuliko maziwa ya wenzi wake, yaliyotayarishwa kulingana na teknolojia aliyopewa.

Baada ya hayo, Mpemba alijaribu sio tu kwa maziwa, bali pia na maji ya kawaida. Kwa vyovyote vile, tayari akiwa mwanafunzi wa Shule ya Sekondari Mkwava, alimwomba Profesa Dennis Osborne kutoka Chuo Kikuu cha Dar Es Salaam (aliyealikwa na mkurugenzi wa shule hiyo kutoa somo la fizikia kwa wanafunzi) hasa kuhusu maji: “Ukichukua vyombo viwili vinavyofanana na kiasi sawa cha maji ili katika moja yao maji yana joto la 35 ° C, na kwa nyingine - 100 ° C, na kuziweka kwenye friji, kisha kwa pili maji yatafungia kwa kasi zaidi. Kwa nini?" Osborne alipendezwa na suala hili na punde, mwaka wa 1969, yeye na Mpemba walichapisha matokeo ya majaribio yao katika jarida la Elimu ya Fizikia. Tangu wakati huo, athari waliyogundua imeitwa Mpemba athari.

Hadi sasa, hakuna mtu anayejua jinsi ya kuelezea athari hii ya ajabu. Wanasayansi hawana toleo moja, ingawa kuna mengi. Yote ni juu ya tofauti katika mali ya maji ya moto na baridi, lakini bado haijulikani wazi ni mali gani ina jukumu katika kesi hii: tofauti ya baridi kali, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au athari za gesi kioevu kwenye maji. joto tofauti.

Kitendawili cha athari ya Mpemba ni kwamba wakati ambao mwili hupoa hadi joto mazingira, lazima iwe sawia na tofauti ya joto kati ya mwili huu na mazingira. Sheria hii ilianzishwa na Newton na tangu wakati huo imethibitishwa mara nyingi katika mazoezi. Katika athari hii, maji yenye joto la 100 ° C hupoa hadi joto la 0 ° C kwa kasi zaidi kuliko kiasi sawa cha maji na joto la 35 ° C.

Hata hivyo, hii bado haimaanishi kitendawili, kwani athari ya Mpemba inaweza kuelezwa ndani ya mfumo wa fizikia inayojulikana. Hapa kuna baadhi ya maelezo ya athari ya Mpemba:

Uvukizi

Maji ya moto huvukiza kwa kasi kutoka kwenye chombo, na hivyo kupunguza kiasi chake, na kiasi kidogo cha maji kwa joto sawa huganda haraka. Maji yenye joto hadi 100 C hupoteza 16% ya uzito wake yanapopozwa hadi 0 C.

Athari ya uvukizi ni athari mara mbili. Kwanza, wingi wa maji unaohitajika kwa baridi hupungua. Na pili, joto hupungua kutokana na ukweli kwamba joto la uvukizi wa mpito kutoka awamu ya maji hadi awamu ya mvuke hupungua.

Tofauti ya joto

Kutokana na ukweli kwamba tofauti ya joto kati ya maji ya moto na hewa baridi ni kubwa zaidi, kwa hiyo kubadilishana joto katika kesi hii ni kali zaidi na maji ya moto hupungua kwa kasi.

Hypothermia

Maji yanapopoa chini ya 0 C, huwa haigandi kila wakati. Chini ya hali fulani, inaweza kupitia supercooling, kuendelea kubaki kioevu kwenye joto chini ya kufungia. Katika hali nyingine, maji yanaweza kubaki kioevu hata kwa joto la -20 C.

Sababu ya athari hii ni kwamba ili fuwele za kwanza za barafu zianze kuunda, vituo vya kuunda kioo vinahitajika. Ikiwa hazipo katika maji ya kioevu, basi supercooling itaendelea mpaka joto linapungua kutosha kwa fuwele kuunda kwa hiari. Wanapoanza kuunda kwenye kioevu kilichopozwa sana, wataanza kukua kwa kasi zaidi, na kutengeneza barafu la slush, ambalo litaganda na kuunda barafu.

Maji ya moto huathirika zaidi na hypothermia kwa sababu inapokanzwa huondoa gesi na Bubbles zilizoyeyushwa, ambazo zinaweza kutumika kama vituo vya kuunda fuwele za barafu.

Kwa nini hypothermia husababisha maji ya moto kuganda haraka? Katika kesi ya maji baridi ambayo si supercooled, zifuatazo hutokea. Kwa kesi hii safu nyembamba barafu itaunda juu ya uso wa chombo. Safu hii ya barafu itafanya kazi kama kizio kati ya maji na hewa baridi na itazuia uvukizi zaidi. Kiwango cha malezi ya fuwele za barafu katika kesi hii itakuwa chini. Katika kesi ya maji ya moto chini ya supercooling, maji supercooled haina safu ya uso ya kinga ya barafu. Kwa hiyo, inapoteza joto kwa kasi zaidi kupitia juu ya wazi.

Wakati mchakato wa supercooling unapoisha na maji kufungia, joto zaidi hupotea na kwa hiyo barafu zaidi huundwa.

Watafiti wengi wa athari hii wanaona hypothermia kuwa sababu kuu katika kesi ya athari ya Mpemba.

Convection

Maji baridi huanza kuganda kutoka juu, na hivyo kuzidisha michakato ya mionzi ya joto na convection, na hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kufungia kutoka chini.

Athari hii inaelezewa na anomaly katika wiani wa maji. Maji yana wiani wa juu saa 4 C. Ikiwa unapunguza maji hadi 4 C na kuiweka kwenye joto la chini, safu ya uso wa maji itafungia kwa kasi. Kwa sababu maji haya ni mnene kidogo kuliko maji kwa joto la 4 C, itabaki juu ya uso, na kutengeneza safu nyembamba ya baridi. Chini ya hali hizi, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa maji ndani ya muda mfupi, lakini safu hii ya barafu itatumika kama insulator, kulinda tabaka za chini za maji, ambazo zitabaki kwenye joto la 4 C. Kwa hivyo, mchakato wa baridi zaidi utakuwa polepole.

Katika kesi ya maji ya moto, hali ni tofauti kabisa. Safu ya uso ya maji itapoa haraka zaidi kutokana na uvukizi na tofauti kubwa ya joto. Kwa kuongezea, tabaka za maji baridi ni mnene kuliko tabaka za maji ya moto, kwa hivyo safu ya maji baridi itazama chini, ikiinua safu. maji ya joto kwa uso. Mzunguko huu wa maji huhakikisha kushuka kwa kasi kwa joto.

Lakini kwa nini mchakato huu haufikii hatua ya usawa? Ili kuelezea athari ya Mpemba kutoka kwa mtazamo huu wa convection, itakuwa muhimu kudhani kuwa tabaka za baridi na moto za maji zimetenganishwa na mchakato wa convection yenyewe unaendelea baada ya. wastani wa joto maji yatapungua chini ya 4 C.

Hata hivyo, hakuna ushahidi wa majaribio kuunga mkono dhana hii kwamba tabaka za maji baridi na moto hutenganishwa na mchakato wa convection.

Gesi kufutwa katika maji

Maji daima yana gesi zilizoyeyushwa ndani yake - oksijeni na dioksidi kaboni. Gesi hizi zina uwezo wa kupunguza kiwango cha kuganda cha maji. Wakati maji yanapokanzwa, gesi hizi hutolewa kutoka kwa maji kwa sababu umumunyifu wao katika maji ni joto la juu chini. Kwa hiyo, wakati maji ya moto yanapopoa, daima huwa na gesi zilizopunguzwa kidogo kuliko katika maji baridi yasiyo na joto. Kwa hiyo, hatua ya kufungia ya maji yenye joto ni ya juu na inafungia kwa kasi zaidi. Sababu hii wakati mwingine inachukuliwa kuwa ndiyo kuu katika kuelezea athari ya Mpemba, ingawa hakuna data ya majaribio inayothibitisha ukweli huu.

Conductivity ya joto

Utaratibu huu unaweza kuwa na jukumu muhimu wakati maji yanawekwa kwenye friji ya compartment ya friji katika vyombo vidogo. Chini ya hali hizi, iligunduliwa kuwa chombo kilicho na maji ya moto kinayeyusha barafu chini yake freezer, na hivyo kuboresha mawasiliano ya joto na ukuta wa friji na conductivity ya mafuta. Matokeo yake, joto huondolewa kwenye chombo cha maji ya moto kwa kasi zaidi kuliko kutoka kwa baridi. Kwa upande wake, chombo kilicho na maji baridi hakiyeyushi theluji chini.

Masharti haya yote (pamoja na mengine) yalichunguzwa katika majaribio mengi, lakini jibu la wazi kwa swali - ni nani kati yao hutoa uzazi wa asilimia mia moja ya athari ya Mpemba - haikupatikana kamwe.

Kwa mfano, mwaka wa 1995, mwanafizikia wa Ujerumani David Auerbach alisoma athari za maji ya supercooling juu ya athari hii. Aligundua kwamba maji ya moto, kufikia hali ya supercooled, kufungia kwa joto la juu kuliko maji baridi, na kwa hiyo kwa kasi zaidi kuliko mwisho. Lakini maji baridi hufikia hali ya supercooled kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto, na hivyo kulipa fidia kwa lag ya awali.

Kwa kuongeza, matokeo ya Auerbach yalipingana na data ya awali kwamba maji ya moto yaliweza kufikia upoaji mkubwa zaidi kutokana na vituo vichache vya fuwele. Wakati maji yanapokanzwa, gesi zilizoyeyushwa ndani yake huondolewa kutoka kwake, na inapochemshwa, chumvi zingine huyeyuka ndani yake.

Kwa sasa, jambo moja tu linaweza kusemwa - uzazi wa athari hii kwa kiasi kikubwa inategemea hali ambayo jaribio linafanywa. Hasa kwa sababu haijatolewa kila wakati.

O. V. Mosin

Kifasihivyanzo:

"Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Kwa nini hufanya hivyo?", Jearl Walker katika The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, Na. 3, ukurasa wa 246-257; Septemba, 1977.

"Kuganda kwa Maji ya Moto na Baridi", G.S. Kell katika Jarida la Marekani la Fizikia, Vol. 37, Na. 5, ukurasa wa 564-565; Mei, 1969.

"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, katika American Journal of Physics, Vol. 63, Na. 10, ukurasa wa 882-885; Oktoba 1995.

"Athari ya Mpemba: Nyakati za kuganda kwa maji ya moto na baridi", Charles A. Knight, katika American Journal of Physics, Vol. 64, Na. 5, uk 524; Mei, 1996.

Mpemba athari(Kitendawili cha Mpemba) ni kitendawili kinachosema kuwa maji ya moto katika hali fulani huganda haraka kuliko maji baridi, ingawa lazima yapitishe joto la maji baridi wakati wa kuganda. Kitendawili hiki ni ukweli wa majaribio ambao unapingana na mawazo ya kawaida, kulingana na ambayo, chini ya hali sawa, mwili wenye joto zaidi huchukua muda zaidi wa kupoa kwa joto fulani kuliko mwili wenye joto kidogo na baridi kwa joto sawa.

Akiwa mwanafunzi katika Shule ya Upili ya Magambi nchini Tanzania, Erasto Mpemba alifanya kazi ya vitendo kama mpishi. Alihitaji kufanya ice cream ya nyumbani - kuchemsha maziwa, kufuta sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii sana na alichelewa kukamilisha sehemu ya kwanza ya kazi hiyo. Kwa kuogopa kwamba hatafika mwisho wa somo, aliweka maziwa ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema kuliko maziwa ya wenzi wake, yaliyotayarishwa kulingana na teknolojia aliyopewa.

Kitendawili cha athari ya Mpemba ni kwamba wakati ambao mwili hupoa hadi joto iliyoko unapaswa kuwa sawia na tofauti ya joto kati ya mwili huu na mazingira. Sheria hii ilianzishwa na Newton na tangu wakati huo imethibitishwa mara nyingi katika mazoezi. Katika athari hii, maji yenye joto la 100 ° C hupoa hadi joto la 0 ° C kwa kasi zaidi kuliko kiasi sawa cha maji na joto la 35 ° C.

Hata hivyo, hii bado haimaanishi kitendawili, kwani athari ya Mpemba inaweza kuelezwa ndani ya mfumo wa fizikia inayojulikana. Hapa kuna baadhi ya maelezo ya athari ya Mpemba:

Uvukizi

Tofauti ya joto

Kutokana na ukweli kwamba tofauti ya joto kati ya maji ya moto na hewa baridi ni kubwa zaidi, kwa hiyo kubadilishana joto katika kesi hii ni kali zaidi na maji ya moto hupungua kwa kasi.

Hypothermia

Maji ya moto huathirika zaidi na hypothermia kwa sababu inapokanzwa huondoa gesi na Bubbles zilizoyeyushwa, ambazo zinaweza kutumika kama vituo vya kuunda fuwele za barafu.

Kwa nini hypothermia husababisha maji ya moto kuganda haraka? Katika kesi ya maji baridi ambayo si supercooled, zifuatazo hutokea. Katika kesi hii, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa chombo. Safu hii ya barafu itafanya kazi kama kizio kati ya maji na hewa baridi na itazuia uvukizi zaidi. Kiwango cha malezi ya fuwele za barafu katika kesi hii itakuwa chini. Katika kesi ya maji ya moto chini ya supercooling, maji supercooled haina safu ya uso ya kinga ya barafu. Kwa hiyo, inapoteza joto kwa kasi zaidi kupitia juu ya wazi.

Wakati mchakato wa supercooling unapoisha na maji kufungia, joto zaidi hupotea na kwa hiyo barafu zaidi huundwa.

Watafiti wengi wa athari hii wanaona hypothermia kuwa sababu kuu katika kesi ya athari ya Mpemba.

Convection

Maji baridi huanza kuganda kutoka juu, na hivyo kuzidisha michakato ya mionzi ya joto na convection, na hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kufungia kutoka chini.

Katika kesi ya maji ya moto, hali ni tofauti kabisa. Safu ya uso ya maji itapoa haraka zaidi kutokana na uvukizi na tofauti kubwa ya joto. Kwa kuongeza, tabaka za maji baridi ni mnene zaidi kuliko tabaka za maji ya moto, hivyo safu ya maji baridi itazama chini, na kuinua safu ya maji ya joto kwenye uso. Mzunguko huu wa maji huhakikisha kushuka kwa kasi kwa joto.

Lakini kwa nini mchakato huu haufikii hatua ya usawa? Ili kuelezea athari ya Mpemba kutoka kwa mtazamo huu wa upitishaji, itakuwa muhimu kudhani kuwa tabaka za maji baridi na moto zimetenganishwa na mchakato wa kupitisha yenyewe unaendelea baada ya wastani wa joto la maji kushuka chini ya 4 C.

Hata hivyo, hakuna ushahidi wa majaribio kuunga mkono dhana hii kwamba tabaka za maji baridi na moto hutenganishwa na mchakato wa convection.

Gesi kufutwa katika maji

Maji daima yana gesi zilizoyeyushwa ndani yake - oksijeni na dioksidi kaboni. Gesi hizi zina uwezo wa kupunguza kiwango cha kuganda cha maji. Maji yanapokanzwa, gesi hizi hutolewa kutoka kwa maji kwa sababu umumunyifu wao katika maji ni wa chini kwa joto la juu. Kwa hiyo, wakati maji ya moto yanapopoa, daima huwa na gesi zilizopunguzwa kidogo kuliko katika maji baridi yasiyo na joto. Kwa hiyo, hatua ya kufungia ya maji yenye joto ni ya juu na inafungia kwa kasi zaidi. Sababu hii wakati mwingine inachukuliwa kuwa ndiyo kuu katika kuelezea athari ya Mpemba, ingawa hakuna data ya majaribio inayothibitisha ukweli huu.

Conductivity ya joto

Utaratibu huu unaweza kuwa na jukumu muhimu wakati maji yanawekwa kwenye friji ya compartment ya friji katika vyombo vidogo. Chini ya hali hizi, imeonekana kwamba chombo cha maji ya moto huyeyusha barafu kwenye friji chini, na hivyo kuboresha mawasiliano ya joto na ukuta wa friji na conductivity ya mafuta. Matokeo yake, joto huondolewa kwenye chombo cha maji ya moto kwa kasi zaidi kuliko kutoka kwa baridi. Kwa upande wake, chombo kilicho na maji baridi hakiyeyushi theluji chini.

Kwa sasa, jambo moja tu linaweza kusemwa - uzazi wa athari hii kwa kiasi kikubwa inategemea hali ambayo jaribio linafanywa. Hasa kwa sababu haijatolewa kila wakati.

Athari ya Mpemba au kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi? Athari ya Mpemba (Mpemba Paradox) ni kitendawili kinachosema kuwa maji ya moto katika hali fulani huganda haraka kuliko maji baridi, ingawa lazima yapitishe joto la maji baridi wakati wa kuganda. Kitendawili hiki ni ukweli wa majaribio ambao unapingana na mawazo ya kawaida, kulingana na ambayo, chini ya hali sawa, mwili wenye joto zaidi huchukua muda zaidi wa kupoa kwa joto fulani kuliko mwili wenye joto kidogo na baridi kwa joto sawa. Jambo hili liligunduliwa wakati mmoja na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes, lakini ilikuwa mwaka wa 1963 tu kwamba mtoto wa shule wa Kitanzania Erasto Mpemba aligundua kuwa mchanganyiko wa ice cream ya moto huganda haraka kuliko baridi. Akiwa mwanafunzi katika Shule ya Upili ya Magambi nchini Tanzania, Erasto Mpemba alifanya kazi ya vitendo kama mpishi. Alihitaji kufanya ice cream ya nyumbani - kuchemsha maziwa, kufuta sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii sana na alichelewa kukamilisha sehemu ya kwanza ya kazi hiyo. Kwa kuogopa kwamba hatafika mwisho wa somo, aliweka maziwa ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema kuliko maziwa ya wenzi wake, yaliyotayarishwa kulingana na teknolojia aliyopewa. Baada ya hayo, Mpemba alijaribu sio tu kwa maziwa, bali pia na maji ya kawaida. Kwa vyovyote vile, tayari akiwa mwanafunzi wa Shule ya Sekondari Mkwava, alimwomba Profesa Dennis Osborne kutoka Chuo Kikuu cha Dar Es Salaam (aliyealikwa na mkurugenzi wa shule hiyo kutoa somo la fizikia kwa wanafunzi) hasa kuhusu maji: “Ukichukua vyombo viwili vinavyofanana na kiasi sawa cha maji ili katika moja yao maji yana joto la 35 ° C, na kwa nyingine - 100 ° C, na kuziweka kwenye friji, kisha kwa pili maji yatafungia kwa kasi zaidi. Kwa nini?" Osborne alipendezwa na suala hili na punde, mwaka wa 1969, yeye na Mpemba walichapisha matokeo ya majaribio yao katika jarida la Elimu ya Fizikia. Tangu wakati huo, athari waliyogundua imekuwa ikiitwa athari ya Mpemba. Hadi sasa, hakuna mtu anayejua jinsi ya kuelezea athari hii ya ajabu. Wanasayansi hawana toleo moja, ingawa kuna mengi. Yote ni juu ya tofauti katika mali ya maji ya moto na baridi, lakini bado haijulikani wazi ni mali gani ina jukumu katika kesi hii: tofauti ya baridi kali, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au athari za gesi kioevu kwenye maji. joto tofauti. Kitendawili cha athari ya Mpemba ni kwamba wakati ambao mwili hupoa hadi joto iliyoko unapaswa kuwa sawia na tofauti ya joto kati ya mwili huu na mazingira. Sheria hii ilianzishwa na Newton na tangu wakati huo imethibitishwa mara nyingi katika mazoezi. Katika athari hii, maji yenye joto la 100 ° C hupoa hadi joto la 0 ° C kwa kasi zaidi kuliko kiasi sawa cha maji na joto la 35 ° C. Hata hivyo, hii bado haimaanishi kitendawili, kwani athari ya Mpemba inaweza kuelezwa ndani ya mfumo wa fizikia inayojulikana. Hapa kuna baadhi ya maelezo ya athari ya Mpemba: Uvukizi Maji ya moto huvukiza haraka kutoka kwa chombo, na hivyo kupunguza ujazo wake, na ujazo mdogo wa maji kwa joto sawa huganda haraka. Maji yenye joto hadi 100 C hupoteza 16% ya wingi wake wakati kilichopozwa hadi 0 C. Athari ya uvukizi ni athari mbili. Kwanza, wingi wa maji unaohitajika kwa baridi hupungua. Na pili, joto hupungua kutokana na ukweli kwamba joto la uvukizi wa mpito kutoka awamu ya maji hadi awamu ya mvuke hupungua. Tofauti ya joto Kutokana na ukweli kwamba tofauti ya joto kati ya maji ya moto na hewa baridi ni kubwa zaidi, kwa hiyo kubadilishana joto katika kesi hii ni kali zaidi na maji ya moto hupungua kwa kasi. Hypothermia Maji yanapopoa chini ya 0 C, huwa hayagandi kila wakati. Chini ya hali fulani, inaweza kupitia supercooling, kuendelea kubaki kioevu kwenye joto chini ya kufungia. Katika baadhi ya matukio, maji yanaweza kubaki kioevu hata kwa joto la -20 C. Sababu ya athari hii ni kwamba ili fuwele za kwanza za barafu kuanza kuunda, vituo vya malezi ya kioo vinahitajika. Ikiwa hazipo katika maji ya kioevu, basi supercooling itaendelea mpaka joto linapungua kutosha kwa fuwele kuunda kwa hiari. Wanapoanza kuunda kwenye kioevu kilichopozwa sana, wataanza kukua kwa kasi zaidi, na kutengeneza barafu la slush, ambalo litaganda na kuunda barafu. Maji ya moto huathirika zaidi na hypothermia kwa sababu inapokanzwa huondoa gesi na Bubbles zilizoyeyushwa, ambazo zinaweza kutumika kama vituo vya kuunda fuwele za barafu. Kwa nini hypothermia husababisha maji ya moto kuganda haraka? Katika kesi ya maji baridi ambayo si supercooled, zifuatazo hutokea. Katika kesi hii, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa chombo. Safu hii ya barafu itafanya kazi kama kizio kati ya maji na hewa baridi na itazuia uvukizi zaidi. Kiwango cha malezi ya fuwele za barafu katika kesi hii itakuwa chini. Katika kesi ya maji ya moto chini ya supercooling, maji supercooled haina safu ya uso ya kinga ya barafu. Kwa hiyo, inapoteza joto kwa kasi zaidi kupitia juu ya wazi. Wakati mchakato wa supercooling unapoisha na maji kufungia, joto zaidi hupotea na kwa hiyo barafu zaidi huundwa. Watafiti wengi wa athari hii wanaona hypothermia kuwa sababu kuu katika kesi ya athari ya Mpemba. Convection Maji baridi huanza kufungia kutoka juu, na hivyo kuzidisha michakato ya mionzi ya joto na convection, na hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kufungia kutoka chini. Athari hii inaelezewa na anomaly katika wiani wa maji. Maji yana wiani wa juu saa 4 C. Ikiwa unapunguza maji hadi 4 C na kuiweka kwenye joto la chini, safu ya uso wa maji itafungia kwa kasi. Kwa sababu maji haya ni mnene kidogo kuliko maji kwa joto la 4 C, itabaki juu ya uso, na kutengeneza safu nyembamba ya baridi. Chini ya hali hizi, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa maji ndani ya muda mfupi, lakini safu hii ya barafu itatumika kama insulator, kulinda tabaka za chini za maji, ambazo zitabaki kwenye joto la 4 C. Kwa hivyo, mchakato wa baridi zaidi utakuwa polepole. Katika kesi ya maji ya moto, hali ni tofauti kabisa. Safu ya uso ya maji itapoa haraka zaidi kutokana na uvukizi na tofauti kubwa ya joto. Kwa kuongeza, tabaka za maji baridi ni mnene zaidi kuliko tabaka za maji ya moto, hivyo safu ya maji baridi itazama chini, na kuinua safu ya maji ya joto kwenye uso. Mzunguko huu wa maji huhakikisha kushuka kwa kasi kwa joto. Lakini kwa nini mchakato huu haufikii hatua ya usawa? Ili kuelezea athari ya Mpemba kutoka kwa mtazamo huu wa convection, itakuwa muhimu kudhani kuwa tabaka za baridi na za moto za maji zinatenganishwa na mchakato wa convection yenyewe unaendelea baada ya joto la wastani la maji kushuka chini ya 4 C. Hata hivyo, hakuna data ya majaribio ambayo ingethibitisha dhana hii kwamba tabaka za maji baridi na moto hutenganishwa na mchakato wa kupitisha. Gesi kufutwa katika maji Maji daima ina gesi kufutwa ndani yake - oksijeni na dioksidi kaboni. Gesi hizi zina uwezo wa kupunguza kiwango cha kuganda cha maji. Maji yanapokanzwa, gesi hizi hutolewa kutoka kwa maji kwa sababu umumunyifu wao katika maji ni wa chini kwa joto la juu. Kwa hiyo, wakati maji ya moto yanapopoa, daima huwa na gesi zilizopunguzwa kidogo kuliko katika maji baridi yasiyo na joto. Kwa hiyo, hatua ya kufungia ya maji yenye joto ni ya juu na inafungia kwa kasi zaidi. Sababu hii wakati mwingine inachukuliwa kuwa ndiyo kuu katika kuelezea athari ya Mpemba, ingawa hakuna data ya majaribio inayothibitisha ukweli huu. Uendeshaji wa joto Utaratibu huu unaweza kuwa na jukumu kubwa wakati maji yanawekwa kwenye friji ya compartment ya friji katika vyombo vidogo. Chini ya hali hizi, imeonekana kwamba chombo cha maji ya moto huyeyusha barafu kwenye friji chini, na hivyo kuboresha mawasiliano ya joto na ukuta wa friji na conductivity ya mafuta. Matokeo yake, joto huondolewa kwenye chombo cha maji ya moto kwa kasi zaidi kuliko kutoka kwa baridi. Kwa upande wake, chombo kilicho na maji baridi hakiyeyushi theluji chini. Masharti haya yote (pamoja na mengine) yalichunguzwa katika majaribio mengi, lakini jibu la wazi kwa swali - ni nani kati yao hutoa uzazi wa asilimia mia moja ya athari ya Mpemba - haikupatikana kamwe. Kwa mfano, mwaka wa 1995, mwanafizikia wa Ujerumani David Auerbach alisoma athari za maji ya supercooling juu ya athari hii. Aligundua kwamba maji ya moto, kufikia hali ya supercooled, kufungia kwa joto la juu kuliko maji baridi, na kwa hiyo kwa kasi zaidi kuliko mwisho. Lakini maji baridi hufikia hali ya supercooled kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto, na hivyo kulipa fidia kwa lag ya awali. Kwa kuongeza, matokeo ya Auerbach yalipingana na data ya awali kwamba maji ya moto yaliweza kufikia upoaji mkubwa zaidi kutokana na vituo vichache vya fuwele. Wakati maji yanapokanzwa, gesi zilizoyeyushwa ndani yake huondolewa kutoka kwake, na inapochemshwa, chumvi zingine huyeyuka ndani yake. Kwa sasa, jambo moja tu linaweza kusemwa - uzazi wa athari hii kwa kiasi kikubwa inategemea hali ambayo jaribio linafanywa. Hasa kwa sababu haijatolewa kila wakati. O. V. Mosin

Maji baridi hupoa au kupasha joto. Athari ya Mpemba au kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi

Nakala zingine katika sehemu hii

Maoni:

Ufafanuzi wa jambo la kimwili