นี่เป็นเรื่องจริงแม้ว่าจะฟังดูเหลือเชื่อเพราะในกระบวนการแช่แข็งน้ำที่อุ่นแล้วจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็น ในขณะเดียวกัน เอฟเฟกต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น ลานสเก็ตน้ำแข็งและสไลเดอร์จะเต็มไปด้วยน้ำร้อนในฤดูหนาว ไม่ใช่ น้ำเย็น. ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ผู้ขับขี่เทน้ำเย็นลงในอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้าในฤดูหนาว ความขัดแย้งเป็นที่รู้จักทั่วโลกในชื่อ "เอฟเฟกต์ Mpemba"

ปรากฏการณ์นี้ถูกกล่าวถึงในคราวเดียวโดยอริสโตเติล ฟรานซิส เบคอน และเรเน่ เดส์การตส์ แต่เฉพาะในปี 2506 ที่อาจารย์ฟิสิกส์ให้ความสนใจกับปรากฏการณ์นี้และพยายามตรวจสอบมัน ทุกอย่างเริ่มต้นเมื่อ Erasto Mpemba เด็กนักเรียนแทนซาเนียสังเกตว่านมหวานที่เขาเคยทำไอศกรีมจะแข็งตัวเร็วขึ้นหากอุ่นก่อนและแนะนำว่า น้ำร้อนแช่แข็งเร็วกว่าความเย็น เขาหันไปหาครูฟิสิกส์เพื่อชี้แจง แต่เขาแค่หัวเราะเยาะนักเรียนโดยกล่าวว่า: "นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์ของโลก แต่เป็นฟิสิกส์ของ Mpemba"

โชคดีที่เดนนิส ออสบอร์น ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยดาร์ เอส ซาลาม มาเยี่ยมโรงเรียนในวันหนึ่ง และ Mpemba ก็หันมาหาเขาด้วยคำถามเดียวกัน ศาสตราจารย์ไม่ค่อยสงสัย เขาบอกว่าเขาไม่สามารถตัดสินสิ่งที่เขาไม่เคยเห็น และเมื่อกลับถึงบ้านขอให้เจ้าหน้าที่ทำการทดลองที่เหมาะสม ดูเหมือนว่าพวกเขาจะยืนยันคำพูดของเด็กชาย ไม่ว่าในกรณีใดในปี 1969 ออสบอร์นพูดถึงการทำงานกับ Mpemba ในนิตยสาร "Eng. ฟิสิกส์การศึกษา". ในปีเดียวกันนั้น จอร์จ เคล จากสภาวิจัยแห่งชาติแคนาดาได้ตีพิมพ์บทความอธิบายปรากฏการณ์นี้เป็นภาษาอังกฤษ อเมริกันวารสารของฟิสิกส์».

มีคำอธิบายที่เป็นไปได้หลายประการสำหรับความขัดแย้งนี้:

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้น ซึ่งส่งผลให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากันจะแข็งตัวเร็วขึ้น ในภาชนะบรรจุภัณฑ น้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น
การปรากฏตัวของซับหิมะ คอนเทนเนอร์กับ น้ำร้อนละลายหิมะข้างใต้ ดังนั้นจึงปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับพื้นผิวทำความเย็น น้ำเย็นไม่ละลายหิมะภายใต้มัน หากไม่มีหิมะปกคลุม ภาชนะน้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น
น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง ด้วยการกวนทางกลเพิ่มเติมของน้ำในภาชนะ น้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น
การปรากฏตัวของศูนย์ตกผลึกในน้ำเย็น - สารที่ละลายในนั้น ด้วยศูนย์ดังกล่าวในน้ำเย็นจำนวนเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงของน้ำเป็นน้ำแข็งจึงเป็นเรื่องยาก และแม้กระทั่งการทำให้เย็นมากเป็นพิเศษก็เป็นไปได้เมื่อยังคงอยู่ในสถานะของเหลว โดยมีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์

คำอธิบายอื่นเพิ่งได้รับการเผยแพร่ ดร.โจนาธาน แคทซ์ แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ได้ตรวจสอบปรากฏการณ์นี้และสรุปว่า บทบาทสำคัญมันถูกเล่นโดยสารที่ละลายในน้ำซึ่งตกตะกอนเมื่อถูกความร้อน
ภายใต้การละลาย สาร dr Katz หมายถึงแคลเซียมและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนตที่พบในน้ำกระด้าง เมื่อน้ำร้อนขึ้น สารเหล่านี้จะตกตะกอน น้ำจะกลายเป็น "อ่อน" น้ำที่ไม่เคยถูกทำให้ร้อนมีสิ่งเจือปนเหล่านี้และ "แข็ง" เมื่อมันแข็งตัวและเกิดผลึกน้ำแข็ง ความเข้มข้นของสิ่งสกปรกในน้ำจะเพิ่มขึ้น 50 เท่า ทำให้จุดเยือกแข็งของน้ำลดลง

คำอธิบายนี้ดูไม่น่าเชื่อถือสำหรับฉันเพราะ เราต้องไม่ลืมว่าผลที่พบในการทดลองกับไอศกรีมไม่ใช่ด้วยน้ำกระด้าง เป็นไปได้มากว่าสาเหตุของปรากฏการณ์คืออุณหพลศาสตร์ไม่ใช่ทางเคมี

จนถึงตอนนี้ ยังไม่ได้รับคำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับความขัดแย้งของ Mpemba ฉันต้องบอกว่านักวิทยาศาสตร์บางคนไม่คิดว่าความขัดแย้งนี้ควรค่าแก่ความสนใจ อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องที่น่าสนใจมากที่เด็กนักเรียนธรรมดาๆ ได้รับการยอมรับจากผลกระทบทางกายภาพและได้รับความนิยมเนื่องจากความอยากรู้อยากเห็นและความอุตสาหะของเขา

เพิ่มเมื่อ กุมภาพันธ์ 2014

บันทึกนี้เขียนขึ้นในปี 2011 ตั้งแต่นั้นมา การศึกษาใหม่เกี่ยวกับผลกระทบของ Mpemba และความพยายามครั้งใหม่ในการอธิบายก็ปรากฏขึ้น ดังนั้นในปี 2012 ราชสมาคมเคมีแห่งบริเตนใหญ่จึงได้ประกาศการแข่งขันระดับนานาชาติเพื่อไขปริศนาทางวิทยาศาสตร์ "The Mpemba Effect" ด้วยเงินรางวัล 1,000 ปอนด์ กำหนดเส้นตายกำหนดไว้ในวันที่ 30 กรกฎาคม 2555 ผู้ชนะคือ Nikola Bregovik จากห้องปฏิบัติการของ University of Zagreb เขาตีพิมพ์ผลงานของเขาซึ่งเขาได้วิเคราะห์ความพยายามครั้งก่อนในการอธิบายปรากฏการณ์นี้และได้ข้อสรุปว่าพวกเขาไม่เชื่อ แบบจำลองที่เขาเสนอขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพื้นฐานของน้ำ ผู้สนใจสามารถหางานได้ที่ http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

การวิจัยไม่ได้จบเพียงแค่นั้น ในปี 2013 นักฟิสิกส์จากสิงคโปร์ได้พิสูจน์สาเหตุของปรากฏการณ์เมเปมบาในทางทฤษฎี สามารถดูผลงานได้ที่ http://arxiv.org/abs/1310.6514

บทความที่เกี่ยวข้องบนเว็บไซต์:

บทความอื่นในหมวด

ความคิดเห็น:

อเล็กซี่ มิชเนฟ. , 06.10.2012 04:14

ทำไมน้ำร้อนถึงระเหยเร็วขึ้น? นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ในทางปฏิบัติแล้วว่าน้ำร้อนหนึ่งแก้วจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ด้วยเหตุผลที่พวกเขาไม่เข้าใจสาระสำคัญของปรากฏการณ์: ความร้อนและความเย็น! ความร้อนและความเย็นเป็นความรู้สึกทางกายภาพที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคของสสาร ในรูปแบบของการกดทับของคลื่นแม่เหล็กที่เคลื่อนที่จากด้านข้างของอวกาศและจากศูนย์กลางของโลก ดังนั้นยิ่งมีความต่างศักย์มากเท่าใด แรงดันแม่เหล็กยิ่งการแลกเปลี่ยนพลังงานทำได้เร็วขึ้นโดยวิธีการเจาะทะลุของคลื่นบางคลื่นไปยังคลื่นอื่น นั่นคือโดยการแพร่กระจาย! ในการตอบสนองต่อบทความของฉัน ฝ่ายตรงข้ามคนหนึ่งเขียนว่า: 1) “..น้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น อันเป็นผลมาจากการที่มีน้อยกว่าจึงค้างเร็วขึ้น” คำถาม! พลังงานอะไรทำให้น้ำระเหยเร็วขึ้น? 2) ในบทความของฉัน เรากำลังพูดถึงแก้ว ไม่ใช่รางไม้ ซึ่งคู่ต่อสู้อ้างว่าเป็นข้อโต้แย้ง อะไรไม่ถูก! ฉันตอบคำถาม: "ทำไมการระเหยของน้ำในธรรมชาติ" คลื่นแม่เหล็กซึ่งเคลื่อนที่จากจุดศูนย์กลางของโลกไปสู่อวกาศเสมอ เอาชนะแรงกดของคลื่นแม่เหล็กอัด (ซึ่งเคลื่อนที่จากอวกาศไปยังศูนย์กลางของโลกเสมอ) ในเวลาเดียวกัน พ่นอนุภาคน้ำตั้งแต่เคลื่อนเข้าสู่อวกาศ พวกมันเพิ่มขึ้นในปริมาณ นั่นคือขยาย! ในกรณีที่เอาชนะคลื่นแม่เหล็กของการบีบอัด ไอน้ำเหล่านี้จะถูกบีบอัด (ควบแน่น) และภายใต้อิทธิพลของแรงอัดแม่เหล็กเหล่านี้ น้ำจะกลับสู่พื้นดินในรูปของการตกตะกอน! ขอแสดงความนับถือ! อเล็กซี่ มิชเนฟ. 6 ตุลาคม 2555

อเล็กซี่ มิชเนฟ. , 06.10.2012 04:19

อุณหภูมิคืออะไร อุณหภูมิคือระดับของความเค้นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กที่มีพลังงานของการบีบอัดและการขยายตัว ในกรณีของสภาวะสมดุลของพลังงานเหล่านี้ อุณหภูมิของร่างกายหรือสารจะอยู่ในสภาวะคงที่ หากสภาวะสมดุลของพลังงานเหล่านี้ถูกรบกวน ต่อพลังงานของการขยายตัว ร่างกายหรือสารจะเพิ่มปริมาตรของพื้นที่ ในกรณีที่มีพลังงานคลื่นแม่เหล็กเกินในทิศทางของแรงกด ร่างกายหรือสารจะลดลงในปริมาตรของพื้นที่ ระดับของความเค้นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยระดับของการขยายตัวหรือการหดตัวของวัตถุอ้างอิง อเล็กซี่ มิชเนฟ.

มอยเซวา นาตาเลีย, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey คุณกำลังพูดถึงบทความที่สรุปความคิดของคุณเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องอุณหภูมิ แต่ไม่มีใครอ่าน ขอลิงค์หน่อยครับ โดยทั่วไป ความคิดเห็นของคุณเกี่ยวกับฟิสิกส์นั้นแปลกมาก ฉันไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับ "การขยายตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้าของร่างกายอ้างอิง"

ยูริ คุซเนตซอฟ , 04.12.2012 12:32

มีการเสนอสมมติฐานว่านี่เป็นงานของการสั่นพ้องระหว่างโมเลกุลและแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากมัน ในน้ำเย็น โมเลกุลจะเคลื่อนที่และสั่นสะเทือนแบบสุ่ม โดยมีความถี่ต่างกัน เมื่อน้ำร้อนขึ้นด้วยความถี่การสั่นที่เพิ่มขึ้นช่วงของมันจะแคบลง (ความแตกต่างของความถี่จากน้ำร้อนของเหลวถึงจุดระเหยลดลง) ความถี่การสั่นของโมเลกุลเข้าหากันอันเป็นผลมาจากการสั่นพ้อง ระหว่างโมเลกุล เมื่อเย็นลง เสียงสะท้อนนี้จะถูกคงไว้เพียงบางส่วน จะไม่หายไปในทันที ลองกดสายกีตาร์หนึ่งในสองสายที่มีเสียงสะท้อน ปล่อยเดี๋ยวนี้ - สตริงจะเริ่มสั่นอีกครั้ง เสียงสะท้อนจะคืนค่าการสั่นสะเทือน ดังนั้นในน้ำที่เย็นจัด โมเลกุลที่เย็นลงภายนอกจึงพยายามสูญเสียแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นสะเทือน แต่โมเลกุลที่ "อุ่น" ภายในเรือ "ดึง" การสั่นสะเทือนกลับมา ทำหน้าที่เป็นเครื่องสั่น และโมเลกุลที่ "อบอุ่น" ในภาชนะจะ "ดึง" การสั่นสะเทือนกลับมา แรงดึงดูดระหว่างเครื่องสั่นกับเครื่องสะท้อนคือแรงดึงดูดของแรงดึงดูด* เกิดขึ้น เมื่อแรงอนุภาคในอากาศมีมากกว่าแรงที่เกิดจากพลังงานจลน์ของโมเลกุล (ซึ่งไม่เพียงแต่สั่นสะเทือน แต่ยังเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง) การตกผลึกแบบเร่งจึงเกิดขึ้น - "เอฟเฟกต์ Mpemba" การเชื่อมต่อ Ponderomotive ไม่เสถียรมาก ผลกระทบของ Mpemba ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่เกี่ยวข้องทั้งหมด: ปริมาตรของน้ำแช่แข็ง ลักษณะของความร้อน สภาวะเยือกแข็ง อุณหภูมิ การพาความร้อน สภาวะการถ่ายเทความร้อน ความอิ่มตัวของก๊าซ การสั่นสะเทือน หน่วยทำความเย็น, การระบายอากาศ, สิ่งเจือปน, การระเหย ฯลฯ บางทีอาจมาจากแสง ... ดังนั้น เอฟเฟกต์จึงมีคำอธิบายมากมาย และบางครั้งก็ยากที่จะทำซ้ำ ด้วยเหตุผล "ก้อง" เหมือนกัน น้ำเดือดเดือดเร็วกว่าที่ไม่ได้ต้ม - การสั่นพ้องในบางครั้งหลังจากการเดือดยังคงความเข้มข้นของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของน้ำ (การสูญเสียพลังงานในระหว่างการทำความเย็นส่วนใหญ่เกิดจากการสูญเสียพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโมเลกุล) ด้วยความร้อนที่รุนแรง โมเลกุลของเครื่องสั่นจะเปลี่ยนบทบาทกับโมเลกุลของตัวสะท้อนเมื่อเปรียบเทียบกับการแช่แข็ง - ความถี่ของเครื่องสั่นจะน้อยกว่าความถี่ของเครื่องสั่น ซึ่งหมายความว่าไม่มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล แต่เป็นแรงผลักซึ่งเร่งการเปลี่ยนแปลง ไปอีก สถานะของการรวมตัว(คู่).

วลาด, 11.12.2012 03:42

ทำลายสมองของฉัน ...

แอนตัน , 04.02.2013 02:02

1. แรงดึงดูดแบบพ่วงนี้ยิ่งใหญ่จนส่งผลต่อกระบวนการถ่ายเทความร้อนหรือไม่? 2. นี่หมายความว่าเมื่อร่างกายทั้งหมดถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด อนุภาคโครงสร้างของพวกมันจะเข้าสู่การสั่นพ้องหรือไม่? 3. ทำไมเสียงสะท้อนนี้จึงหายไปเมื่อเย็นลง? 4. นี่คือการเดาของคุณหรือไม่? ถ้ามีที่มาโปรดระบุ 5. ตามทฤษฎีนี้ รูปร่างของเรือจะมีบทบาทสำคัญ และหากมันบางและแบน ความแตกต่างของเวลาแช่แข็งก็จะไม่มาก กล่าวคือ คุณสามารถตรวจสอบได้

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

น้ำเย็นมีอะตอมของไนโตรเจนอยู่แล้ว และระยะห่างระหว่างโมเลกุลของน้ำนั้นใกล้กว่าในน้ำร้อน นั่นคือข้อสรุป: น้ำร้อนดูดซับอะตอมไนโตรเจนได้เร็วกว่าและในขณะเดียวกันก็แข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ซึ่งเปรียบได้กับการชุบแข็งของเหล็ก เนื่องจากน้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งและเหล็กร้อนจะแข็งตัวเมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว!

วลาดิเมียร์ , 03/13/2013 06:50

หรืออาจเป็นสิ่งนี้: ความหนาแน่นของน้ำร้อนและน้ำแข็งน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำเย็น ดังนั้นน้ำจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนความหนาแน่นของมัน ทำให้เสียเวลากับสิ่งนี้และกลายเป็นน้ำแข็ง

Alexey Mishnev , 03/21/2013 11:50 น

ก่อนจะพูดถึงเรโซแนนซ์ การดึงดูด และการสั่นของอนุภาค จำเป็นต้องเข้าใจและตอบคำถามก่อนว่า แรงอะไรที่ทำให้อนุภาคสั่นสะเทือน? เนื่องจากหากไม่มีพลังงานจลน์ ก็จะไม่มีการอัดตัว หากไม่มีการบีบอัด ก็จะไม่มีการขยายตัว หากไม่มีการขยายตัว ก็จะไม่มีพลังงานจลน์! เมื่อคุณเริ่มพูดถึงการสั่นพ้องของสตริง คุณต้องพยายามทำให้สตริงเหล่านี้เริ่มสั่นก่อน! เมื่อพูดถึงแรงดึงดูด ก่อนอื่นคุณต้องระบุแรงที่ทำให้ร่างกายเหล่านี้ดึงดูด! ข้าพเจ้าขอรับรองว่าวัตถุทั้งหมดถูกบีบอัดด้วยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของบรรยากาศและบีบอัดวัตถุ สาร และอนุภาคมูลฐานทั้งหมดด้วยแรง 1.33 กก. ไม่ใช่ต่อ cm2 แต่ต่ออนุภาคมูลฐาน เนื่องจากเลือกความดันบรรยากาศไม่ได้ อย่าสับสนกับปริมาณของแรง!

โดดิก , 05/31/2013 02:59

สำหรับฉันดูเหมือนว่าคุณจะลืมความจริงอย่างหนึ่ง - "วิทยาศาสตร์เริ่มต้นที่การวัดเริ่มต้น" อุณหภูมิของน้ำร้อน "ร้อน" คืออะไร? อุณหภูมิของน้ำ "เย็น" คืออะไร? บทความไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้ จากนี้ไปเราสามารถสรุปได้ - บทความทั้งหมดเป็นเรื่องเหลวไหล!

กริกอรี, 06/04/2013 12:17

Dodik ก่อนที่จะเรียกบทความไร้สาระต้องคิดที่จะเรียนรู้อย่างน้อยก็นิดหน่อย และไม่ใช่แค่การวัด

Dmitry , 24/12/2556 10:57 น.

โมเลกุลของน้ำร้อนเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าในน้ำเย็น เนื่องจากการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมใกล้ตัว พวกมันจึงดูดซับความเย็นทั้งหมดและชะลอตัวลงอย่างรวดเร็ว

อีวาน 10.01.2014 05:53 น

น่าแปลกใจที่บทความที่ไม่ระบุชื่อดังกล่าวปรากฏบนเว็บไซต์นี้ บทความนี้ไม่มีหลักวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์ ทั้งผู้เขียนและผู้แสดงความเห็นต่างแข่งขันกันเพื่อค้นหาคำอธิบายของปรากฏการณ์ ไม่สนใจที่จะค้นหาว่าปรากฏการณ์นั้นถูกสังเกตหรือไม่ และหากเป็นเช่นนั้น จะอยู่ภายใต้เงื่อนไขใด ยิ่งกว่านั้นไม่มีแม้แต่ข้อตกลงกับสิ่งที่เราสังเกตจริงๆ! ดังนั้นผู้เขียนจึงยืนกรานว่าจำเป็นต้องอธิบายผลกระทบของการแช่แข็งไอศกรีมร้อนอย่างรวดเร็ว แม้ว่าจากข้อความทั้งหมด (และคำว่า "ผลถูกค้นพบในการทดลองไอศกรีม") ก็ตามที่เขาเองไม่ได้ตั้งค่าดังกล่าว การทดลอง จากตัวแปรของ "คำอธิบาย" ของปรากฏการณ์ที่ระบุไว้ในบทความ จะเห็นได้ว่าการทดลองที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงได้อธิบายไว้ใน เงื่อนไขต่างๆด้วยสารละลายน้ำต่างๆ ทั้งสาระสำคัญของคำอธิบายและอารมณ์เสริมในพวกเขาแนะนำว่าแม้แต่การตรวจสอบเบื้องต้นของความคิดที่แสดงออกมาก็ไม่ได้ดำเนินการ มีคนบังเอิญได้ยินเรื่องราวที่น่าสงสัยและได้แสดงข้อสรุปที่เป็นการเก็งกำไรโดยไม่ได้ตั้งใจ ฉันขอโทษแต่มันไม่ใช่ทางกายภาพ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และสนทนาในห้องสูบบุหรี่

อีวาน , 01/10/2014 06:10

เกี่ยวกับความคิดเห็นในบทความเกี่ยวกับการเติมลูกกลิ้งด้วยน้ำร้อนและอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้าเย็น ทุกอย่างเป็นเรื่องง่ายจากมุมมองของฟิสิกส์เบื้องต้น ลานสเก็ตเต็มไปด้วยน้ำร้อนเพียงเพราะน้ำแข็งค้างช้ากว่า ลานสเก็ตจะต้องราบเรียบ พยายามเติมน้ำเย็น - คุณจะได้รับการกระแทกและ "การไหลเข้า" เพราะ น้ำจะ_แข็งตัว_อย่างรวดเร็วโดยไม่มีเวลากระจายตัวเป็นชั้นเดียวกัน และของร้อนจะมีเวลากระจายตัวในชั้นที่เท่ากัน และจะละลายน้ำแข็งที่มีอยู่และหิมะที่ตกกระทบ กับเครื่องซักผ้าก็ไม่ยาก: เท น้ำสะอาดมันไม่มีเหตุผลในน้ำค้างแข็ง - มันค้างบนกระจก (แม้ร้อน); และของเหลวที่ไม่ร้อนจัดอาจทำให้แก้วเย็นแตกได้ บวกกับจุดเยือกแข็งบนกระจกจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระเหยของแอลกอฮอล์อย่างรวดเร็วระหว่างทางไปยังแก้ว (ด้วยหลักการทำงาน) แสงจันทร์ยังคงทุกคนคุ้นเคย? - แอลกอฮอล์ระเหยเหลือน้ำ)

อีวาน , 01/10/2014 06:34

แต่ในความเป็นจริง ปรากฏการณ์นี้ เป็นเรื่องงี่เง่าที่จะถามว่าทำไมการทดลองที่แตกต่างกันสองครั้งในสภาวะที่ต่างกันจึงดำเนินไปอย่างต่างกัน หากการทดลองถูกตั้งค่าอย่างหมดจดแล้ว คุณต้องนำน้ำร้อนและน้ำเย็นมาผสมกัน องค์ประกอบทางเคมี- นำน้ำเดือดที่แช่เย็นไว้ล่วงหน้าจากกาต้มน้ำเดียวกัน เทลงในภาชนะที่เหมือนกัน (เช่น แก้วที่มีผนังบาง) เราไม่ได้วางบนหิมะ แต่อยู่บนฐานที่แห้งเหมือนกันเช่น โต๊ะไม้. และไม่ใช่ในไมโครฟรีเซอร์ แต่ในเทอร์โมสตัทที่มีปริมาตรเพียงพอ - ฉันทำการทดลองเมื่อสองสามปีก่อนในประเทศ เมื่ออากาศข้างนอกหนาวจัด อุณหภูมิ -25C คงที่ น้ำตกผลึกที่อุณหภูมิหนึ่งหลังจากปล่อยความร้อนจากการตกผลึก สมมติฐานมาจากคำกล่าวที่ว่าน้ำร้อนเย็นตัวเร็วขึ้น (ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิกแล้ว อัตราการถ่ายเทความร้อนเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ) แต่ยังคงอัตราการเย็นตัวที่เพิ่มขึ้นแม้ว่าอุณหภูมิจะเท่ากับอุณหภูมิ ของน้ำเย็น คำถามคือ น้ำที่เย็นตัวที่อุณหภูมิ +20C ภายนอก ต่างจากน้ำเดิมที่เย็นลงถึง +20C ต่อชั่วโมงก่อนหน้านั้นอย่างไร แต่อยู่ในห้อง? ฟิสิกส์คลาสสิก (อย่างไรก็ตาม ไม่ได้อิงจากการพูดคุยในห้องสูบบุหรี่ แต่จากการทดลองหลายแสนล้านครั้ง) กล่าวว่า: ใช่ ไม่มีอะไร ไดนามิกของการทำความเย็นเพิ่มเติมจะเหมือนเดิม (เฉพาะน้ำเดือดเท่านั้นที่จะถึงจุด +20 ในภายหลัง ). และการทดลองแสดงให้เห็นสิ่งเดียวกัน: เมื่อมีเปลือกน้ำแข็งที่เป็นของแข็งอยู่แล้วในแก้วน้ำเย็นเริ่มแรก น้ำร้อนไม่ได้คิดที่จะแช่แข็งด้วยซ้ำ ป.ล. ถึงความคิดเห็นของ Yuri Kuznetsov การปรากฏตัวของผลกระทบบางอย่างสามารถพิจารณาได้เมื่อมีการอธิบายเงื่อนไขสำหรับการเกิดขึ้นและมีการทำซ้ำอย่างเสถียร และเมื่อเรามีการทดลองที่ไม่สามารถเข้าใจได้โดยมีเงื่อนไขที่ไม่ทราบสาเหตุ การสร้างทฤษฎีของการอธิบายนั้นยังเร็วเกินไป และสิ่งนี้ไม่ได้ให้อะไรเลยจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ ป.ล. เป็นไปไม่ได้ที่จะอ่านความคิดเห็นของ Alexei Mishnev โดยปราศจากน้ำตา - บุคคลอาศัยอยู่ในโลกสมมุติบางประเภทที่ไม่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์และการทดลองจริง

Grigory 01/13/2557 10:58 น.

อีวาน ฉันเข้าใจว่าคุณหักล้างเอฟเฟกต์ Mpemba? ไม่มีอยู่จริงตามที่การทดลองของคุณแสดง? เหตุใดจึงมีชื่อเสียงในด้านฟิสิกส์ และเหตุใดหลายคนจึงพยายามอธิบาย

อีวาน , 02/14/2014 01:51

สวัสดีตอนบ่าย เกรกอรี่! ผลของการทดลองที่จัดฉากอย่างไม่บริสุทธิ์นั้นมีอยู่ แต่ตามที่คุณเข้าใจ นี่ไม่ใช่เหตุผลที่จะมองหารูปแบบใหม่ในฟิสิกส์ แต่เป็นเหตุผลในการปรับปรุงทักษะของผู้ทดลอง ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้วในความคิดเห็น ในความพยายามทั้งหมดที่กล่าวมาเพื่ออธิบาย "เอฟเฟกต์ Mpemba" นักวิจัยไม่สามารถแม้แต่จะพูดอย่างชัดเจนถึงสิ่งที่แน่นอนและภายใต้เงื่อนไขที่พวกเขากำลังวัด และคุณต้องการที่จะบอกว่าพวกนี้เป็นนักฟิสิกส์ทดลอง? อย่าทำให้ฉันหัวเราะ. ผลกระทบไม่เป็นที่รู้จักในฟิสิกส์ แต่ในการอภิปรายทางวิทยาศาสตร์หลอกในฟอรัมและบล็อกต่างๆ ซึ่งตอนนี้เป็นทะเล จากผลกระทบทางกายภาพที่แท้จริง (ในแง่ที่เป็นผลจากกฎทางกายภาพใหม่บางอย่าง และไม่ใช่เป็นผลจากการตีความที่ไม่ถูกต้องหรือเพียงแค่ตำนาน) ผู้คนที่อยู่ห่างไกลจากฟิสิกส์รับรู้ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะพูดเป็นผลกระทบทางกายภาพเพียงอย่างเดียวเกี่ยวกับผลลัพธ์ของการทดลองต่างๆ ที่ตั้งขึ้นภายใต้สภาวะที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง

พาเวล, 02/18/2014 09:59

อืมพวก... บทความสำหรับ "ข้อมูลความเร็ว"... ไม่มีความผิด... ;) อีวานพูดถูกทุกอย่าง...

Gregory, 02/19/2014 12:50 น.

อีวาน ฉันเห็นด้วยว่ามีไซต์ทางวิทยาศาสตร์ปลอมจำนวนมากที่เผยแพร่เนื้อหาที่โลดโผนที่ไม่ได้รับการยืนยันในตอนนี้ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของ Mpemba ยังอยู่ในระหว่างการศึกษา นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยต่างๆ กำลังทำการวิจัย ตัวอย่างเช่น ในปี 2013 ผลกระทบนี้ได้รับการศึกษาโดยกลุ่มหนึ่งจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีในสิงคโปร์ ดูลิงค์ http://arxiv.org/abs/1310.6514 พวกเขาเชื่อว่าพวกเขาได้พบคำอธิบายสำหรับผลกระทบนี้แล้ว ฉันจะไม่เขียนรายละเอียดเกี่ยวกับสาระสำคัญของการค้นพบ แต่ในความเห็นของพวกเขา ผลกระทบนั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างของพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะไฮโดรเจน

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

สำหรับทุกคนที่สนใจในการวิจัยเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba ฉันได้เสริมเนื้อหาของบทความเล็กน้อยและให้ลิงก์ที่คุณสามารถอ่านได้ ผลลัพธ์ล่าสุด(ดูข้อความ). ขอบคุณสำหรับความคิดเห็น

อิลดาร์ , 02/24/2014 04:12 | มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะแสดงรายการทุกอย่าง

ถ้าเอฟเฟกต์ Mpemba นี้เกิดขึ้นจริง ฉันคิดว่าต้องหาคำอธิบายในโครงสร้างโมเลกุลของน้ำ น้ำ (ดังที่ฉันเรียนรู้จากวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่นิยม) ไม่ได้มีอยู่ในฐานะโมเลกุล H2O ส่วนบุคคล แต่เป็นกลุ่มของโมเลกุลหลายตัว (แม้กระทั่งหลายสิบ) เมื่ออุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น กระจุกจะแตกตัวเข้าหากัน และพันธะเวเลนซ์ของโมเลกุลไม่มีเวลาประกอบกระจุกขนาดใหญ่ การก่อตัวเป็นกลุ่มต้องใช้เวลามากกว่าการชะลอความเร็วของโมเลกุลเล็กน้อย และเนื่องจากกระจุกมีขนาดเล็กลง การก่อตัวของโครงตาข่ายคริสตัลจึงเร็วขึ้น ในน้ำเย็นเห็นได้ชัดว่ากระจุกขนาดใหญ่และค่อนข้างคงที่ป้องกันการก่อตัวของตาข่ายซึ่งต้องใช้เวลาพอสมควรในการทำลายล้าง ตัวฉันเองเห็นเอฟเฟกต์แปลก ๆ ในทีวีเมื่อน้ำเย็นยืนอยู่อย่างเงียบ ๆ ในขวดโหลยังคงเป็นของเหลวในความเย็นเป็นเวลาหลายชั่วโมง แต่ทันทีที่หยิบโถขึ้นมา นั่นคือ เคลื่อนออกจากที่เล็กน้อย น้ำในโถก็จะตกผลึกในทันที กลายเป็นทึบแสง และโถก็แตก นักบวชที่แสดงผลกระทบนี้อธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำได้รับการถวาย อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าน้ำเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างมากขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เราในฐานะสัตว์ขนาดใหญ่ไม่สังเกตเห็นสิ่งนี้ แต่ในระดับของสัตว์จำพวกครัสเตเชียนขนาดเล็ก (มม. และน้อยกว่า) และยิ่งกว่านั้นแบคทีเรียความหนืดของน้ำเป็นปัจจัยที่สำคัญมาก ฉันคิดว่าความหนืดนี้มาจากขนาดของกระจุกน้ำด้วย

สีเทา , 03/15/2014 05:30

ทุกสิ่งรอบตัวที่เราเห็นเป็นลักษณะผิวเผิน (คุณสมบัติ) ดังนั้นเราจึงใช้พลังงานเฉพาะสิ่งที่เราสามารถวัดหรือพิสูจน์การดำรงอยู่ในทางใดทางหนึ่ง มิฉะนั้น จะเป็นทางตัน ปรากฏการณ์นี้ เอฟเฟกต์ Mpemba สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีปริมาตรอย่างง่ายที่จะรวมแบบจำลองทางกายภาพทั้งหมดไว้ในโครงสร้างปฏิสัมพันธ์เดียว ที่จริงมันง่าย

Nikita, 06/06/2014 04:27 | รถยนต์

แต่ทำยังไงให้น้ำเย็นไม่ร้อนเวลาขึ้นรถ!

alexey, 03.10.2014 01:09 น

และนี่คือ "การค้นพบ" อีกอย่างหนึ่งในระหว่างเดินทาง น้ำใน ขวดพลาสติกแข็งตัวเร็วขึ้นด้วยจุกเปิด เพื่อความสนุกฉันทดลองหลายครั้งใน น้ำค้างแข็งรุนแรง. เห็นผลชัดเจน สวัสดีนักทฤษฎี!

ยูจีน , 27/12/2014 08:40

หลักการของเครื่องทำความเย็นแบบระเหย เราเอาสองปิดผนึก ขวดปิดด้วยน้ำเย็นและน้ำร้อน เราใส่ไว้ในที่เย็น น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วขึ้น ตอนนี้เราใช้ขวดเดียวกันกับน้ำเย็นและน้ำร้อนเปิดแล้วนำไปแช่เย็น น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ถ้าเราเอาอ่างน้ำเย็นกับน้ำร้อนสองอ่าง น้ำร้อนก็จะแข็งตัวเร็วขึ้นมาก เนื่องจากเราเพิ่มการสัมผัสกับบรรยากาศ ยิ่งการระเหยเข้มข้นขึ้น อุณหภูมิก็จะยิ่งลดลงเร็วขึ้น ที่นี่จำเป็นต้องพูดถึงปัจจัยของความชื้น ยิ่งความชื้นต่ำ การระเหยยิ่งแรง และความเย็นยิ่งแรง

สีเทา TOMSK 03/01/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - ต่อ สิ่งที่คุณรู้เกี่ยวกับอุณหภูมิไม่ใช่ทุกอย่าง มีอย่างอื่นอีก หากคุณสร้างแบบจำลองทางกายภาพของอุณหภูมิอย่างถูกต้อง มันจะกลายเป็นกุญแจสำคัญในการอธิบายกระบวนการพลังงานตั้งแต่การแพร่ การหลอมเหลว และการตกผลึกไปจนถึงระดับต่างๆ เช่น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับความดันที่เพิ่มขึ้น ความดันที่เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แม้แต่แบบจำลองทางกายภาพของพลังงานของดวงอาทิตย์ก็ยังชัดเจนจากด้านบน ฉันอยู่ในฤดูหนาว . ในต้นฤดูใบไม้ผลิของปี 2001 หลังจากดูแบบจำลองอุณหภูมิแล้ว ฉันก็รวบรวมแบบจำลองอุณหภูมิทั่วไป ผ่านไปสองสามเดือน ฉันจำอุณหภูมิที่ผิดปรกติได้ แล้วฉันก็รู้ว่า ... ว่าแบบจำลองอุณหภูมิของฉันอธิบายความขัดแย้งของ Mpemba ด้วย คือช่วงเดือนพฤษภาคม-มิถุนายน 2556 ช้าไปหนึ่งปี แต่นั่นเป็นสิ่งที่ดีที่สุด แบบจำลองทางกายภาพของฉันคือเฟรมตรึง และสามารถเลื่อนไปข้างหน้าและข้างหลังได้ และมันมีทักษะการเคลื่อนไหวของกิจกรรม ซึ่งเป็นกิจกรรมที่ทุกอย่างเคลื่อนไหว ฉันมี 8 ชั้นเรียนของโรงเรียนและ 2 ปีของวิทยาลัยที่มีหัวข้อซ้ำกัน 20 ปีผ่านไป ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถอธิบายแบบจำลองทางกายภาพของนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงและสูตรใดๆ ได้ ขอโทษมาก.

อันเดรย์ , 08.11.2015 08:52

โดยทั่วไป ฉันมีความคิดว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น และในคำอธิบายของฉัน ทุกอย่างง่ายมาก หากคุณสนใจ โปรดเขียนอีเมลถึงฉัน: [ป้องกันอีเมล]

อันเดรย์ , 08.11.2015 08:58

ฉันขอโทษ ฉันให้กล่องจดหมายผิด นี่คืออีเมลที่ถูกต้อง: [ป้องกันอีเมล]

Victor , 12/23/2015 10:37 น.

สำหรับฉันดูเหมือนว่าทุกอย่างจะง่ายกว่าหิมะตกกับเรามันเป็นก๊าซระเหยทำให้เย็นลงดังนั้นบางทีในน้ำค้างแข็งมันก็เย็นลงเร็วกว่าร้อนเพราะมันระเหยและตกผลึกทันทีไกลจากการเพิ่มขึ้นและน้ำในสถานะก๊าซจะเย็นเร็วกว่าในของเหลว )

เบ็คชาน , 01/28/2559 09:18

แม้ว่าใครจะเปิดเผยกฎของโลกเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบนี้ เขาจะไม่เขียนที่นี่ จากมุมมองของฉัน มันจะไม่มีเหตุผลที่จะเปิดเผยความลับของเขาต่อผู้ใช้อินเทอร์เน็ตเมื่อเขาสามารถเผยแพร่ในที่มีชื่อเสียง วารสารวิทยาศาสตร์และพิสูจน์ด้วยตัวเองต่อหน้าผู้คน ดังนั้น สิ่งที่จะเขียนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ในที่นี้ ส่วนใหญ่ ไม่สมเหตุสมผล)))

Alex , 02/22/2016 12:48 PM

สวัสดี นักทดลอง คุณพูดถูกที่วิทยาศาสตร์เริ่มต้นที่... ไม่ใช่การวัด แต่เป็นการคำนวณ "การทดลอง" - อาร์กิวเมนต์นิรันดร์และขาดไม่ได้สำหรับผู้ที่ขาดจินตนาการและการคิดเชิงเส้น ทำให้ทุกคนขุ่นเคือง ตอนนี้ในกรณีของ E \u003d mc2 - ทุกคนจำได้ไหม ความเร็วของโมเลกุลที่บินออกจากน้ำเย็นสู่ชั้นบรรยากาศเป็นตัวกำหนดปริมาณพลังงานที่นำพาออกจากน้ำ (การทำให้เย็นลง - การสูญเสียพลังงาน) ความเร็วของโมเลกุลจากน้ำร้อนจะสูงกว่ามากและพลังงานที่ไหลออกไปนั้นจะเป็นกำลังสอง (อัตราของ ทำให้มวลน้ำที่เหลืออยู่เย็นลง) แค่นั้น ถ้าออกจาก "การทดลอง" แล้วจำหลักวิทยาศาสตร์

วลาดิเมียร์ , 04/25/2016 10:53 AM | Meteo

ในสมัยนั้นเมื่อสารป้องกันการแข็งตัวเป็นสิ่งที่หาได้ยาก น้ำจากระบบหล่อเย็นของรถยนต์ในโรงรถที่ไม่มีเครื่องทำความร้อนของกองรถจะถูกระบายออกหลังจากวันทำงาน เพื่อไม่ให้ละลายน้ำแข็งบล็อกกระบอกสูบหรือหม้อน้ำ - บางครั้งอาจใช้ทั้งสองอย่างพร้อมกัน น้ำร้อนถูกเทในตอนเช้า ในสภาพอากาศหนาวเย็นจัด เครื่องยนต์สตาร์ทโดยไม่มีปัญหา ยังไงก็ตามเนื่องจากขาดน้ำร้อนน้ำจึงถูกเทออกจากก๊อกน้ำ น้ำกลายเป็นน้ำแข็งทันที การทดลองมีราคาแพง - มากเท่ากับค่าใช้จ่ายในการซื้อและเปลี่ยนบล็อกกระบอกสูบและหม้อน้ำของรถยนต์ ZIL-131 ใครไม่เชื่อให้เขาตรวจสอบ และ Mpemba ทดลองกับไอศกรีม ในไอศกรีม การตกผลึกจะแตกต่างไปจากในน้ำ ลองกัดไอศกรีมสักชิ้นและน้ำแข็งสักชิ้นด้วยฟันของคุณ เป็นไปได้มากว่ามันจะไม่แข็งตัว แต่หนาขึ้นเนื่องจากการทำความเย็น และน้ำจืด ไม่ว่าจะร้อนหรือเย็น แช่แข็งที่ 0*C น้ำเย็น - เร็ว เวลาร้อนที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อน

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | ถึง Alex

"c" - ความเร็วของแสงในสุญญากาศ E=mc^2 - สูตรแสดงความสมมูลของมวลและพลังงาน

อัลเบิร์ต , 07/27/2016 08:22

ขั้นแรกให้เปรียบเทียบกับ ตัวแข็ง(ไม่มีกระบวนการระเหย) ทองแดงบัดกรีล่าสุด ท่อน้ำ. กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยการให้ความร้อน เตาแก๊สถึงจุดหลอมเหลวของบัดกรี เวลาในการทำความร้อนของข้อต่อร่วมกับคัปปลิ้งคือประมาณหนึ่งนาที ฉันบัดกรีข้อต่อหนึ่งข้อกับคัปปลิ้งและหลังจากนั้นไม่กี่นาทีฉันก็รู้ว่าบัดกรีผิด ใช้เวลาเล็กน้อยในการเลื่อนไปป์ในคัปปลิ้ง ฉันเริ่มให้ความร้อนกับข้อต่ออีกครั้งด้วยเตา และที่น่าแปลกใจก็คือ ใช้เวลา 3-4 นาทีในการให้ความร้อนแก่ข้อต่อจนถึงจุดหลอมเหลว ยังไง!? อย่างไรก็ตาม ท่อยังคงร้อนอยู่และดูเหมือนว่าต้องใช้พลังงานน้อยกว่ามากในการทำให้ร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว แต่ทุกอย่างกลับกลายเป็นตรงกันข้าม มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับการนำความร้อนซึ่งสูงกว่ามากสำหรับท่อที่ร้อนแล้วและขอบเขตระหว่างท่อความร้อนและ ท่อเย็นภายในสองนาทีเธอสามารถเคลื่อนตัวออกห่างจากทางแยกได้ ตอนนี้เกี่ยวกับน้ำ เราจะดำเนินการตามแนวคิดของภาชนะร้อนและกึ่งร้อน ในภาชนะที่ร้อน ขอบเขตอุณหภูมิที่แคบจะก่อตัวขึ้นระหว่างอนุภาคที่ร้อนและเคลื่อนที่ได้สูงกับอนุภาคที่เคลื่อนที่ช้าและเย็น ซึ่งเคลื่อนที่ค่อนข้างเร็วจากบริเวณรอบนอกไปยังศูนย์กลาง เนื่องจากที่ขอบเขตนี้ อนุภาคที่เร็วจะปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็ว (เย็น) ) โดยอนุภาคที่อยู่อีกด้านหนึ่งของขอบเขต เนื่องจากปริมาตรของอนุภาคเย็นภายนอกมากกว่า อนุภาคจึงเร็ว ให้ พลังงานความร้อนไม่สามารถทำให้อนุภาคเย็นภายนอกอุ่นขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นกระบวนการระบายความร้อนด้วยน้ำร้อนจึงเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว ในทางกลับกัน น้ำกึ่งร้อนมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่ามาก และความกว้างของขอบเขตระหว่างอนุภาคกึ่งร้อนกับอนุภาคเย็นนั้นกว้างกว่ามาก การเคลื่อนตัวไปยังศูนย์กลางของขอบเขตกว้างนั้นเกิดขึ้นช้ากว่าในกรณีของภาชนะร้อนมาก เป็นผลให้ภาชนะร้อนเย็นตัวเร็วกว่าอุ่น ฉันคิดว่าจำเป็นต้องปฏิบัติตามพลวัตของกระบวนการหล่อเย็นของน้ำที่มีอุณหภูมิต่างกันโดยวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิหลายตัวจากตรงกลางถึงขอบของภาชนะ

แม็กซ์ , 19/11/2559 05:07

ได้รับการตรวจสอบแล้ว: ใน Yamal ในน้ำค้างแข็ง ท่อที่มีน้ำร้อนค้างและต้องอุ่นเครื่อง แต่ไม่เย็น!

อาร์เทม, 09.12.2016 01:25

มันยาก แต่ฉันคิดว่าน้ำเย็นจะหนาแน่นกว่าน้ำร้อน ดีกว่าน้ำต้ม แล้วก็มีการเร่งในการทำความเย็น กล่าวคือ น้ำร้อนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัดและแซงหน้า และเนื่องจากน้ำร้อนจะแข็งตัวจากด้านล่างและไม่ได้มาจากด้านบนตามที่เขียนไว้ข้างต้น จึงทำให้กระบวนการนี้เร็วขึ้นมาก!

Alexander Sergeev, 21.08.2017 10:52

ไม่มีผลกระทบดังกล่าว อนิจจา. ในปี 2559 บทความโดยละเอียดในหัวข้อนี้ตีพิมพ์ใน Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect จากนั้นเป็นที่ชัดเจนว่าหากทำการทดลองอย่างระมัดระวัง (ถ้าตัวอย่างน้ำอุ่นและน้ำเย็น เหมือนกันทุกอย่างยกเว้นอุณหภูมิ) ไม่สังเกตผลกระทบ

Headlab, 08/22/2017 05:31

Victor , 10/27/2017 03:52 น.

"มันเป็นอย่างนั้นจริงๆ" - ถ้าโรงเรียนไม่เข้าใจว่าความจุความร้อนและกฎการอนุรักษ์พลังงานคืออะไร ง่ายต่อการตรวจสอบ - สำหรับสิ่งนี้คุณต้องการ: ความปรารถนา, หัว, มือ, น้ำ, ตู้เย็นและนาฬิกาปลุก และลานสเก็ตตามที่ผู้เชี่ยวชาญเขียนไว้นั้นถูกแช่แข็ง (เติม) ด้วยน้ำเย็นและด้วยน้ำอุ่นจะทำให้น้ำแข็งตัด และในฤดูหนาว คุณต้องเทน้ำยากันน้ำแข็งลงในถังซัก ไม่ใช่น้ำ น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วขึ้น

ไอริน่า , 01/23/2018 10:58

นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างดิ้นรนกับความขัดแย้งนี้ตั้งแต่สมัยของอริสโตเติล และวิกเตอร์ ซาฟแล็บ และเซอร์กีฟกลับกลายเป็นคนที่ฉลาดที่สุด

เดนิส , 02/01/2018 08:51

ทุกอย่างถูกต้องในบทความ แต่เหตุผลแตกต่างกันบ้าง ในกระบวนการเดือด อากาศที่ละลายในนั้นจะระเหยออกจากน้ำ ดังนั้น เมื่อน้ำเดือดเย็นตัวลง ความหนาแน่นของมันจะน้อยกว่าน้ำดิบที่มีอุณหภูมิเท่ากัน ไม่มีเหตุผลอื่นใดสำหรับการนำความร้อนที่แตกต่างกัน ยกเว้นความหนาแน่นต่างกัน

Headlab, 03/01/2018 08:58 | หัวหน้าห้องปฏิบัติการ

Irina :) "นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก" ไม่ต่อสู้กับ "ความขัดแย้ง" นี้สำหรับนักวิทยาศาสตร์ตัวจริง "ความขัดแย้ง" นี้ไม่มีอยู่จริง - สิ่งนี้ตรวจสอบได้ง่ายในสภาวะที่สามารถทำซ้ำได้ดี "ความขัดแย้ง" ปรากฏขึ้นเนื่องจากการทดลองที่ไม่สามารถทำซ้ำได้ของเด็กชายแอฟริกัน Mpemba และพองตัวโดย "นักวิทยาศาสตร์" ที่คล้ายกัน :)

ในบทความนี้เราจะมาดูกันว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น

น้ำอุ่นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นมาก! นี้ คุณสมบัติที่น่าทึ่งน้ำ ซึ่งเป็นคำอธิบายที่แน่นอนซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังหาไม่พบ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วตั้งแต่สมัยโบราณ ตัวอย่างเช่น แม้แต่ในอริสโตเติลก็มีคำอธิบาย ตกปลาหน้าหนาว: ชาวประมงสอดคันเบ็ดเข้าไปในรูน้ำแข็งเพื่อให้แข็งตัวเร็วขึ้นจึงรดน้ำน้ำแข็ง น้ำอุ่น. ชื่อของปรากฏการณ์นี้ได้รับการตั้งชื่อตาม Erasto Mpemba ในยุค 60 ของศตวรรษที่ XX Mnemba สังเกตเห็นเอฟเฟกต์แปลก ๆ ขณะทำไอศกรีม และหันไปหาอาจารย์ฟิสิกส์ ดร. เดนิส ออสบอร์น เพื่อขอคำอธิบาย Mpemba และ Dr. Osborn ทดลองกับน้ำ อุณหภูมิต่างกันและได้ข้อสรุปว่า น้ำที่เกือบเดือดเริ่มแข็งตัวเร็วกว่าน้ำมาก อุณหภูมิห้อง. นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ทำการทดลองของตนเองและทุกครั้งที่ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน

คำอธิบายของปรากฏการณ์ทางกายภาพ

ไม่มีคำอธิบายที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเหตุใดจึงเกิดขึ้น นักวิจัยหลายคนแนะนำว่ามันเป็นเรื่องของ supercooling ของของเหลว ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของมันลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากน้ำกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C น้ำที่ระบายความร้อนยิ่งยวดสามารถมีอุณหภูมิได้ เช่น -2°C และยังคงเป็นของเหลวโดยไม่เปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง เมื่อเราพยายามทำให้น้ำเย็นเป็นน้ำแข็ง มีโอกาสที่มันจะเย็นมากในตอนแรก และจะแข็งขึ้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่งเท่านั้น ในน้ำร้อนจะมีกระบวนการอื่นๆ การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของมันเป็นน้ำแข็งเกี่ยวข้องกับการพาความร้อน

การพาความร้อน- นี้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ชั้นล่างที่อบอุ่นของของเหลวเพิ่มขึ้นและชั้นบนที่เย็นลงจะตกลงมา

เอฟเฟกต์ Mpemba(Mpemba paradox) - ความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้สภาวะบางอย่างแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการเยือกแข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงจากการทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดทั่วไป โดยภายใต้สภาวะเดียวกัน ร่างกายที่ร้อนกว่าต้องการเวลามากขึ้นในการทำให้อุณหภูมิเย็นลงถึงระดับหนึ่ง มากกว่าร่างกายที่เย็นกว่าเพื่อให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

ปรากฏการณ์นี้สังเกตเห็นได้ในขณะนั้นโดยอริสโตเติล ฟรานซิส เบคอน และเรเน่ เดส์การตส์ แต่ในปี 1963 เด็กหนุ่มชาวแทนซาเนีย Erasto Mpemba พบว่าส่วนผสมของไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมที่เย็นจัด

เป็นลูกศิษย์ของมคพพ มัธยมในแทนซาเนีย Erasto Mpemba did ฝึกงานในศิลปะการทำอาหาร เขาต้องทำไอศกรีมแบบโฮมเมด - ต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น เทลงในอุณหภูมิห้อง แล้วใส่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและผัดวันประกันพรุ่งในส่วนแรกของงานที่ได้รับมอบหมาย ด้วยกลัวว่าเขาจะไม่ทันเรียนจบ เขาจึงใส่นมร้อนไว้ในตู้เย็น ที่ทำให้เขาประหลาดใจ มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขา ซึ่งเตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด

หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใดเป็นนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwawa แล้วเขาถามศาสตราจารย์เดนนิสออสบอร์นจากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์อีสซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายวิชาฟิสิกส์แก่นักเรียน) เกี่ยวกับน้ำ: "ถ้าคุณเอา ภาชนะที่เหมือนกันสองใบที่มีปริมาตรน้ำเท่ากันเพื่อให้ในหนึ่งในนั้นน้ำมีอุณหภูมิ 35 ° C และในอีก - 100 ° C และใส่ในช่องแช่แข็งจากนั้นในวินาทีที่น้ำจะหยุดเร็วขึ้น ทำไม? ออสบอร์นเริ่มให้ความสนใจในประเด็นนี้ และในไม่ช้าในปี พ.ศ. 2512 พวกเขาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองร่วมกับ Mpemba ร่วมกับ Mpemba ในวารสาร "Physics Education" ตั้งแต่นั้นมา เอฟเฟกต์ที่พวกเขาค้นพบจึงถูกเรียกว่า เอฟเฟกต์ Mpemba.

จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครรู้ว่าจะอธิบายเอฟเฟกต์แปลก ๆ นี้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีรุ่นเดียวถึงแม้ว่าจะมีมากมาย มันเป็นเรื่องของความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหยกลายเป็นน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมควรเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎข้อนี้ก่อตั้งโดยนิวตันและตั้งแต่นั้นมาก็ได้รับการยืนยันหลายครั้งในทางปฏิบัติ ในลักษณะเดียวกัน น้ำที่อุณหภูมิ 100°C จะเย็นตัวลงได้เร็วกว่าน้ำปริมาณเท่ากันที่ 35°C ถึง 0°C

อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากเอฟเฟกต์ Mpemba ยังสามารถอธิบายได้ภายในฟิสิกส์ที่รู้จัก นี่คือคำอธิบายบางส่วนสำหรับเอฟเฟกต์ Mpemba:

การระเหย

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ ส่งผลให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากันจะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนถึง 100 องศาเซลเซียสจะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงถึง 0 องศาเซลเซียส

ผลการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลของน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สอง อุณหภูมิลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนแปลงจากเฟสของน้ำเป็นเฟสไอลดลง

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและลมเย็นนั้นมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงรุนแรงกว่าและน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น

อุณหภูมิต่ำกว่าปกติ

เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C จะไม่กลายเป็นน้ำแข็งตลอดเวลา ภายใต้เงื่อนไขบางประการ มันสามารถผ่าน supercooling ในขณะที่ยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำยังคงเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -20 องศาเซลเซียส

สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัวขึ้น จำเป็นต้องมีศูนย์กลางของการก่อตัวของผลึก หากไม่ได้อยู่ในน้ำของเหลว supercooling จะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงมากพอที่ผลึกจะเริ่มก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติ เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่เย็นจัด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น ก่อตัวเป็นน้ำแข็งที่แข็งจนกลายเป็นน้ำแข็ง

น้ำร้อนไวต่ออุณหภูมิมากที่สุดเนื่องจากความร้อนจะกำจัดก๊าซและฟองสบู่ที่ละลายน้ำ ซึ่งในทางกลับกันสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางสำหรับการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง

ทำไมอุณหภูมิต่ำกว่าปกติทำให้น้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น? ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ซุปเปอร์คูลจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ ชั้นบางน้ำแข็งจะก่อตัวบนพื้นผิวของเรือ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยต่อไป อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะน้อยลง ในกรณีของน้ำร้อนที่อยู่ระหว่างการทำ subcooling น้ำที่ระบายความร้อนด้วย subcooled จะไม่มีชั้นผิวป้องกันน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนเร็วกว่ามากเมื่อเปิดฝา

เมื่อกระบวนการซุปเปอร์คูลลิ่งสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง จะสูญเสียความร้อนมากขึ้นและทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น

นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba

การพาความร้อน

น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง

ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติในความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 องศาเซลเซียส หากคุณทำให้น้ำเย็นที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและวางไว้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า ชั้นผิวของน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4°C มันจะอยู่บนผิวน้ำ ก่อตัวเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำในช่วงเวลาสั้นๆ แต่น้ำแข็งชั้นนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันน้ำชั้นล่างซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ดังนั้น การระบายความร้อนเพิ่มเติมจะช้าลง

ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นลงเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ ชั้นของน้ำเย็นจะมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นของน้ำร้อน ดังนั้น ชั้นของน้ำเย็นจะยุบตัวทำให้ชั้นสูงขึ้น น้ำอุ่นไปที่พื้นผิว การไหลเวียนของน้ำทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่ทำไมกระบวนการนี้ถึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องสันนิษฐานว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากนั้น อุณหภูมิเฉลี่ยหยดน้ำต่ำกว่า 4 C.

อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานการทดลองที่สนับสนุนสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนแยกจากกันด้วยการพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้น - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อนขึ้น ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำได้ที่ อุณหภูมิสูงด้านล่าง. ดังนั้น เมื่อระบายความร้อนด้วยน้ำร้อน จะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นน้อยกว่าในน้ำเย็นที่ไม่ผ่านความร้อนเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำอุ่นจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น ปัจจัยนี้บางครั้งถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองยืนยันข้อเท็จจริงนี้

การนำความร้อน

กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญเมื่อใส่น้ำในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะที่มีน้ำร้อนละลายน้ำแข็งอยู่ข้างใต้ ตู้แช่จึงปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังของช่องแช่แข็งและการนำความร้อน เป็นผลให้ความร้อนจะถูกลบออกจากภาชนะเก็บน้ำร้อนเร็วกว่าจากที่เย็น ในทางกลับกันภาชนะที่มีน้ำเย็นไม่ละลายหิมะข้างใต้

เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงอื่นๆ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ยังไม่ได้รับคำตอบที่แน่ชัดสำหรับคำถาม ซึ่งในเงื่อนไขเหล่านี้ให้การทำซ้ำของเอฟเฟกต์ Mpemba 100%

ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 David Auerbach นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาอิทธิพลของการระบายความร้อนด้วยน้ำมากเกินไปต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนที่ถึงสถานะ supercooled จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และดังนั้นจึงเร็วกว่าอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สภาวะ supercooled ได้เร็วกว่าน้ำร้อน ซึ่งจะช่วยชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ว่าน้ำร้อนสามารถทำให้เกิด supercooling มากขึ้น เนื่องจากมีศูนย์ตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อนขึ้น ก๊าซที่ละลายในนั้นจะถูกลบออกจากมัน และเมื่อต้มแล้ว เกลือบางชนิดที่ละลายในนั้นก็จะตกตะกอน

จนถึงตอนนี้ มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถยืนยันได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้โดยพื้นฐานแล้วขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง อย่างแม่นยำเพราะไม่ได้ทำซ้ำเสมอ

O.V. Mosin

วรรณกรรมแหล่งที่มา:

"น้ำร้อนเป็นน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น ทำไมมันถึงเป็นเช่นนั้น" เจอร์ล วอล์คเกอร์ ใน The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 1 237 ไม่ใช่ 3, หน้า 246-257; กันยายน 2520

"การเยือกแข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", G.S. Kell ใน American Journal of Physics, ฉบับที่. 37, ไม่ 5 หน้า 564-565; พฤษภาคม 2512

"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, ใน American Journal of Physics, ฉบับที่. 63, ไม่ 10 น. 882-885; ต.ค. 2538

"ผลกระทบของ Mpemba: เวลาเยือกแข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น" Charles A. Knight ใน American Journal of Physics ฉบับที่ 1 64, ไม่ 5, หน้า 524; พฤษภาคม 2539

เอฟเฟกต์ Mpemba(ความขัดแย้งของ Mpemba) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้สภาวะบางอย่างแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการเยือกแข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงจากการทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดทั่วไป โดยภายใต้สภาวะเดียวกัน ร่างกายที่ร้อนกว่าต้องการเวลามากขึ้นในการทำให้อุณหภูมิเย็นลงถึงระดับหนึ่ง มากกว่าร่างกายที่เย็นกว่าเพื่อให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

Erasto Mpemba เป็นนักเรียนที่ Magambin High School ในประเทศแทนซาเนียซึ่งทำงานทำอาหารเชิงปฏิบัติ เขาต้องทำไอศกรีมแบบโฮมเมด - ต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น เทลงในอุณหภูมิห้อง แล้วใส่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและผัดวันประกันพรุ่งในส่วนแรกของงานที่ได้รับมอบหมาย ด้วยกลัวว่าเขาจะไม่ทันเรียนจบ เขาจึงใส่นมร้อนไว้ในตู้เย็น ที่ทำให้เขาประหลาดใจ มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขา ซึ่งเตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด

ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba คือเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิแวดล้อมจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎข้อนี้ก่อตั้งโดยนิวตันและตั้งแต่นั้นมาก็ได้รับการยืนยันหลายครั้งในทางปฏิบัติ ในลักษณะเดียวกัน น้ำที่อุณหภูมิ 100°C จะเย็นตัวลงได้เร็วกว่าน้ำปริมาณเท่ากันที่ 35°C ถึง 0°C

การระเหย

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

อุณหภูมิต่ำกว่าปกติ

ทำไมอุณหภูมิต่ำกว่าปกติทำให้น้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น? ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ซุปเปอร์คูลจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ น้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเรือ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยต่อไป อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะน้อยลง ในกรณีของน้ำร้อนที่อยู่ระหว่างการทำ subcooling น้ำที่ระบายความร้อนด้วย subcooled จะไม่มีชั้นผิวป้องกันน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนเร็วกว่ามากเมื่อเปิดฝา

การพาความร้อน

ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นลงเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ ชั้นของน้ำเย็นจะมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นของน้ำร้อน ดังนั้น ชั้นของน้ำเย็นจะจมลง โดยยกชั้นน้ำอุ่นขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่ทำไมกระบวนการนี้ถึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องสันนิษฐานว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากอุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 องศาเซลเซียส

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้น - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อนขึ้น ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำที่อุณหภูมิสูงจะต่ำกว่า ดังนั้น เมื่อระบายความร้อนด้วยน้ำร้อน จะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นน้อยกว่าในน้ำเย็นที่ไม่ผ่านความร้อนเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำอุ่นจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น ปัจจัยนี้บางครั้งถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองยืนยันข้อเท็จจริงนี้

การนำความร้อน

กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญเมื่อใส่น้ำในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะที่มีน้ำร้อนละลายน้ำแข็งของช่องแช่แข็งที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสทางความร้อนกับผนังของช่องแช่แข็งและการนำความร้อน เป็นผลให้ความร้อนจะถูกลบออกจากภาชนะเก็บน้ำร้อนเร็วกว่าจากที่เย็น ในทางกลับกันภาชนะที่มีน้ำเย็นไม่ละลายหิมะข้างใต้

Mpemba effect หรือทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น? เอฟเฟกต์ Mpemba (Mpemba Paradox) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้สภาวะบางอย่างจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการเยือกแข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงจากการทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดทั่วไป โดยภายใต้สภาวะเดียวกัน ร่างกายที่ร้อนกว่าต้องการเวลามากขึ้นในการทำให้อุณหภูมิเย็นลงถึงระดับหนึ่ง มากกว่าร่างกายที่เย็นกว่าเพื่อให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน ปรากฏการณ์นี้สังเกตเห็นได้ในขณะนั้นโดยอริสโตเติล ฟรานซิส เบคอน และเรเน่ เดส์การตส์ แต่ในปี 1963 เด็กหนุ่มชาวแทนซาเนีย Erasto Mpemba พบว่าส่วนผสมของไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมที่เย็นจัด Erasto Mpemba เป็นนักเรียนที่ Magambin High School ในประเทศแทนซาเนียซึ่งทำงานทำอาหารเชิงปฏิบัติ เขาต้องทำไอศกรีมแบบโฮมเมด - ต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น เทลงในอุณหภูมิห้อง แล้วใส่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและผัดวันประกันพรุ่งในส่วนแรกของงานที่ได้รับมอบหมาย ด้วยกลัวว่าเขาจะไม่ทันเรียนจบ เขาจึงใส่นมร้อนไว้ในตู้เย็น ที่ทำให้เขาประหลาดใจ มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขา ซึ่งเตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใดเป็นนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwawa แล้วเขาถามศาสตราจารย์เดนนิสออสบอร์นจากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์อีสซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายวิชาฟิสิกส์แก่นักเรียน) เกี่ยวกับน้ำ: "ถ้าคุณเอา ภาชนะที่เหมือนกันสองใบที่มีปริมาตรน้ำเท่ากันเพื่อให้ในหนึ่งในนั้นน้ำมีอุณหภูมิ 35 ° C และในอีก - 100 ° C และใส่ในช่องแช่แข็งจากนั้นในวินาทีที่น้ำจะหยุดเร็วขึ้น ทำไม? ออสบอร์นเริ่มให้ความสนใจในประเด็นนี้ และในไม่ช้าในปี พ.ศ. 2512 พวกเขาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองร่วมกับ Mpemba ร่วมกับ Mpemba ในวารสาร "Physics Education" ตั้งแต่นั้นมา เอฟเฟกต์ที่พวกเขาค้นพบเรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครรู้ว่าจะอธิบายเอฟเฟกต์แปลก ๆ นี้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีรุ่นเดียวถึงแม้ว่าจะมีมากมาย มันเป็นเรื่องของความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหยกลายเป็นน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba คือเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิแวดล้อมจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎข้อนี้ก่อตั้งโดยนิวตันและตั้งแต่นั้นมาก็ได้รับการยืนยันหลายครั้งในทางปฏิบัติ ในลักษณะเดียวกัน น้ำที่อุณหภูมิ 100°C จะเย็นตัวลงได้เร็วกว่าน้ำปริมาณเท่ากันที่ 35°C ถึง 0°C อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากเอฟเฟกต์ Mpemba ยังสามารถอธิบายได้ภายในฟิสิกส์ที่รู้จัก คำอธิบายบางประการสำหรับเอฟเฟกต์ Mpemba มีดังนี้: การระเหย น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ ซึ่งส่งผลให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำที่มีขนาดเล็กลงที่อุณหภูมิเดียวกันจะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนถึง 100 องศาเซลเซียสจะสูญเสียมวล 16% เมื่อทำให้เย็นลงถึง 0 องศาเซลเซียส ผลของการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลของน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สอง อุณหภูมิลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนแปลงจากเฟสของน้ำเป็นเฟสไอลดลง ความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนกับอากาศเย็นนั้นมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงรุนแรงขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น Subcooling เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C จะไม่กลายเป็นน้ำแข็งตลอดเวลา ภายใต้เงื่อนไขบางประการ มันสามารถผ่าน supercooling ในขณะที่ยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ -20 องศาเซลเซียส สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัวขึ้น จำเป็นต้องมีศูนย์กลางของการก่อตัวของผลึก หากไม่ได้อยู่ในน้ำของเหลว supercooling จะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงมากพอที่ผลึกจะเริ่มก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติ เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่เย็นจัด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น ก่อตัวเป็นน้ำแข็งที่แข็งจนกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำร้อนไวต่ออุณหภูมิมากที่สุดเนื่องจากความร้อนจะกำจัดก๊าซและฟองสบู่ที่ละลายน้ำ ซึ่งในทางกลับกันสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางสำหรับการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง ทำไมอุณหภูมิต่ำกว่าปกติทำให้น้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น? ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ซุปเปอร์คูลจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ น้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเรือ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยต่อไป อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะน้อยลง ในกรณีของน้ำร้อนที่อยู่ระหว่างการทำ subcooling น้ำที่ระบายความร้อนด้วย subcooled จะไม่มีชั้นผิวป้องกันน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนเร็วกว่ามากเมื่อเปิดฝา เมื่อกระบวนการซุปเปอร์คูลลิ่งสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง จะสูญเสียความร้อนมากขึ้นและทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba การพาความร้อน น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง และด้วยเหตุนี้จึงสูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติในความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 องศาเซลเซียส หากคุณทำให้น้ำเย็นที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและวางไว้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า ชั้นผิวของน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4°C มันจะอยู่บนผิวน้ำ ก่อตัวเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำในช่วงเวลาสั้นๆ แต่น้ำแข็งชั้นนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันน้ำชั้นล่างซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ดังนั้น การระบายความร้อนเพิ่มเติมจะช้าลง ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นลงเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ ชั้นของน้ำเย็นจะมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นของน้ำร้อน ดังนั้น ชั้นของน้ำเย็นจะจมลง โดยยกชั้นน้ำอุ่นขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว แต่ทำไมกระบวนการนี้ถึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน สันนิษฐานว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากอุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อมูลการทดลอง ที่จะยืนยันสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและน้ำร้อนแยกจากกันด้วยการพาความร้อน ก๊าซที่ละลายในน้ำ น้ำประกอบด้วยก๊าซที่ละลายในน้ำเสมอ - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อนขึ้น ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำที่อุณหภูมิสูงจะต่ำกว่า ดังนั้น เมื่อระบายความร้อนด้วยน้ำร้อน จะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นน้อยกว่าในน้ำเย็นที่ไม่ผ่านความร้อนเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำอุ่นจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น ปัจจัยนี้บางครั้งถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองยืนยันข้อเท็จจริงนี้ การนำความร้อน กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญเมื่อใส่น้ำในตู้เย็นช่องแช่แข็งในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะที่มีน้ำร้อนละลายน้ำแข็งของช่องแช่แข็งที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสทางความร้อนกับผนังของช่องแช่แข็งและการนำความร้อน เป็นผลให้ความร้อนจะถูกลบออกจากภาชนะเก็บน้ำร้อนเร็วกว่าจากที่เย็น ในทางกลับกันภาชนะที่มีน้ำเย็นไม่ละลายหิมะข้างใต้ เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงอื่นๆ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ยังไม่ได้รับคำตอบที่แน่ชัดสำหรับคำถาม ซึ่งในเงื่อนไขเหล่านี้ให้การทำซ้ำของเอฟเฟกต์ Mpemba 100% ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 David Auerbach นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาอิทธิพลของการระบายความร้อนด้วยน้ำมากเกินไปต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนที่ถึงสถานะ supercooled จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และดังนั้นจึงเร็วกว่าอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สภาวะ supercooled ได้เร็วกว่าน้ำร้อน ซึ่งจะช่วยชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ว่าน้ำร้อนสามารถทำให้เกิด supercooling มากขึ้น เนื่องจากมีศูนย์ตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อนขึ้น ก๊าซที่ละลายในนั้นจะถูกลบออกจากมัน และเมื่อต้มแล้ว เกลือบางชนิดที่ละลายในนั้นก็จะตกตะกอน จนถึงตอนนี้ มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถยืนยันได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้โดยพื้นฐานแล้วขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง อย่างแม่นยำเพราะไม่ได้ทำซ้ำเสมอ O.V. Mosin

น้ำเย็นทำให้เย็นลงหรือทำให้ร้อนขึ้น เอฟเฟกต์ Mpemba หรือสาเหตุที่น้ำร้อนค้างเร็วกว่าน้ำเย็น

บทความอื่นในหมวด

ความคิดเห็น:

คำอธิบายของปรากฏการณ์ทางกายภาพ