تأثير مبيمبا أو لماذا يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد؟ كشف سر التصلب السريع للماء الساخن

"لقد واجهنا بالفعل بعض الخصائص المثيرة للاهتمام للمياه التي تسمح لنا بالعيش بشكل خاص ، والكائنات الحية بشكل عام. دعنا نواصل الموضوع ونلفت انتباهك إلى خاصية أخرى مثيرة للاهتمام (على الرغم من أنه ليس من الواضح ما إذا كانت صحيحة أم خيالية) .

مثيرة للاهتمام بشأن الماء - تأثير مبيمبا: هل تعلم أن هناك شائعات على الإنترنت تفيد بأن الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد؟ قد لا تعرف ، لكن هذه الشائعات تنتشر. وعنيد جدا. إذن ما الذي نتحدث عنه - خطأ تجريبي أو خاصية جديدة مثيرة للاهتمام للمياه لم تتم دراستها بعد؟

دعونا نفهم ذلك. الأسطورة ، التي تتكرر من موقع إلى آخر ، هي كالتالي: لنأخذ إناءين من الماء: نصب الماء الساخن في أحدهما والماء البارد في الآخر ، ونضعهما في الفريزر. سيتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد. لماذا يحدث هذا؟

في عام 1963 ، لاحظ طالب تنزاني يدعى Erasto B. Mpemba ، أثناء تجميد خليط الآيس كريم المحضر ، أن المزيج الساخن يتجمد بشكل أسرع في المجمد من المزيج البارد. عندما شارك الشاب اكتشافه مع مدرس الفيزياء ، سخر منه فقط. لحسن الحظ ، كان الطالب مثابرًا وأقنع المعلم بإجراء تجربة ، والتي أكدت اكتشافه: في ظل ظروف معينة ، يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد.

النسخة الثانية من الأسطورة - تحول مبيمبا إلى العالم العظيم ، الذي لحسن الحظ ، كان بالقرب من مدرسة مبيمبا الأفريقية. وصدق العالم الصبي وراجع ما كان. حسنًا ، توقفنا ... الآن تسمى ظاهرة تجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد "تأثير مبيمبا". صحيح ، قبله بوقت طويل ، لاحظ أرسطو وفرانسيس بيكون ورينيه ديكارت هذه الخاصية الفريدة للمياه.

لا يفهم العلماء طبيعة هذه الظاهرة تمامًا ، ويشرحونها إما باختلاف انخفاض درجة حرارة الجسم ، أو التبخر ، أو تكوين الجليد ، أو الحمل الحراري ، أو تأثير الغازات المسيلة على الماء الساخن والبارد.

لذلك ، لدينا تأثير Mpemba (Mpemba Paradox) - مفارقة تقول أن الماء الساخن (في ظل ظروف معينة) يمكن أن يتجمد بشكل أسرع من الماء البارد. على الرغم من أنه في نفس الوقت يجب أن يمر درجة حرارة الماء البارد في عملية التجميد.

وعليه ، للتعامل مع المفارقة ، هناك طريقتان. الأول هو البدء في شرح هذه الظاهرة ، والتوصل إلى نظريات والابتهاج بأن الماء سائل غامض. أو يمكنك الذهاب في الاتجاه الآخر - إجراء هذه التجربة بشكل مستقل. واستخلاص الاستنتاجات المناسبة.

دعنا ننتقل إلى الأشخاص الذين لديهم بالفعل هذه التجربة وهم يحاولون تكرار تأثير مبيمبا. وفي الوقت نفسه ، دعونا نلقي نظرة على دراسة صغيرة تحدد "من أين تنمو الساقين".

باللغة الروسية ، ظهرت رسالة حول تأثير مبيمبا لأول مرة منذ 42 عامًا ، كما ورد في مجلة "الكيمياء والحياة" (1970 ، العدد 1 ، ص 89). بدافع الضمير ، قرر موظفو "الكيمياء والحياة" إجراء التجارب بأنفسهم والتأكد من أن: "الحليب الساخن بعناد لا يريد التجميد أولاً". أعطيت هذه النتيجة تفسيرًا طبيعيًا: "لا ينبغي أن يتجمد السائل الساخن في وقت أبكر. بعد كل شيء ، يجب أن تكون درجة حرارته أولاً مساوية لدرجة حرارة السائل البارد.

ذكر أحد قراء "الكيمياء والحياة" ما يلي عن تجاربه (1970 ، العدد 9 ، ص 81). أحضر الحليب ليغلي ، وبرده إلى درجة حرارة الغرفة ، ووضعه في الثلاجة في نفس الوقت مع الحليب غير المغلي ، والذي كان أيضًا في درجة حرارة الغرفة. يتجمد الحليب المسلوق بشكل أسرع. تم تحقيق نفس التأثير ، ولكن بشكل أضعف ، عن طريق تسخين الحليب إلى 60 درجة مئوية بدلاً من الغليان. يمكن أن يكون للغلي أهمية أساسية: سيتبخر هذا الجزء من الماء ويتبخر الجزء الأخف من الدهون. نتيجة لذلك ، قد تتغير نقطة التجمد. بالإضافة إلى ذلك ، عند التسخين ، وحتى عند الغليان ، يمكن إجراء بعض التحولات الكيميائية للجزء العضوي من الحليب.

لكن "الهاتف المكسور" كان يعمل بالفعل ، وبعد أكثر من 25 عامًا ، تم وصف هذه القصة على النحو التالي: "تصبح حصة الآيس كريم باردة بشكل أسرع إذا تم وضعها في الثلاجة ، وبعد تسخينها جيدًا ، تُترك أولاً في درجة حرارة باردة "(" المعرفة قوة "، 1997 ، رقم 10 ، ص 100). بدأوا تدريجياً في نسيان اللبن ، وكان الأمر يتعلق بشكل أساسي بالمياه.

بعد 13 عامًا ، في نفس "الكيمياء والحياة" ظهر الحوار التالي: "إذا أخذت كوبين من البرد - بماء بارد وساخن ، فأي ماء سيتجمد بشكل أسرع؟ .. انتظر الشتاء وتحقق: ساخن سيتجمد الماء بشكل أسرع "(1993 ، رقم 9 ، ص 79). بعد عام ، تبع ذلك رسالة من أحد القراء الواعين ، الذي أخذ أكواب من الماء البارد والساخن بجدية في البرد في الشتاء وأصبح مقتنعًا بأن الماء البارد يتجمد بشكل أسرع (1994 ، رقم 11 ، ص 62).

تم إجراء تجربة مماثلة باستخدام ثلاجة ، حيث تم تغطية الفريزر بطبقة سميكة من الصقيع. عندما أضع أكوابًا من الماء الساخن والبارد على هذا المجمد ، يذوب الصقيع تحت أكواب الماء الساخن ، ويغرق ويتجمد الماء فيها بشكل أسرع. عندما أضع الأكواب على الصقيع ، لم يلاحظ التأثير ، لأن الصقيع الموجود تحت الكؤوس لم يذوب. لم يلاحظ التأثير حتى عندما أضع الأكواب في ثلاجة التجميد بعد إذابة الثلج من الثلاجة. وهذا يثبت أن سبب التأثير هو ذوبان الجليد تحت أكواب من الماء الساخن (الكيمياء والحياة ، 2000 ، رقم 2 ، ص 55).

كانت قصة التناقض التي لاحظها الصبي التنزاني مصحوبة مرارًا وتكرارًا بملاحظة مهمة - يقولون ، لا ينبغي لأحد أن يهمل أي معلومات ، حتى لو كانت غريبة جدًا. الرغبة جيدة ، لكنها غير قابلة للتحقيق. إذا لم نفحص المعلومات غير الموثوقة مسبقًا ، فسنغرق فيها. وغالبا ما تكون المعلومات الخاطئة خاطئة. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يحدث (كما في حالة تأثير Mpemba) أن عدم الاحتمالية هي نتيجة لتشويه المعلومات في عملية الإرسال.

وبالتالي ، فهو مثير للاهتمام حول الماء بشكل عام ، وتأثير Mpemba على وجه الخصوص ، ليس دائمًا صحيحًا 🙂

مزيد من التفاصيل - على الصفحة http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

تقدم الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء مكافأة قدرها 1000 جنيه إسترليني لأي شخص يمكنه أن يشرح علميًا لماذا ، في بعض الحالات ، يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد.

لا يزال العلم الحديث عاجزًا عن الإجابة عن هذا السؤال الذي يبدو بسيطًا. يستخدم صانعو الآيس كريم والسقاة هذا التأثير في عملهم اليومي ، لكن لا أحد يعرف حقًا سبب نجاحه. قال رئيس الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء ، البروفيسور ديفيد فيليبس ، في بيان صحفي صادر عن الجمعية ، إن هذه المشكلة معروفة منذ آلاف السنين ، وقد فكر فيها فلاسفة مثل أرسطو وديكارت.

كيف تغلب طاهٍ أفريقي على أستاذ فيزياء بريطاني

هذه ليست نكتة كذبة أبريل ، لكنها حقيقة فيزيائية قاسية. لا يمكن لعلم اليوم ، الذي يعمل بسهولة على المجرات والثقوب السوداء ، ببناء مسرعات عملاقة للبحث عن الكواركات والبوزونات ، أن يشرح كيف "يعمل" عنصر الماء. ينص الكتاب المدرسي بشكل لا لبس فيه على أن تبريد الجسم الساخن يستغرق وقتًا أطول من وقت تبريد الجسم البارد. لكن بالنسبة للمياه ، لا يتم احترام هذا القانون دائمًا. لفت أرسطو الانتباه إلى هذه المفارقة في القرن الرابع قبل الميلاد. ه. إليكم ما كتبه اليونانيون القدماء في كتاب "Meteorologica I": "حقيقة أن الماء مسخن مسبقًا يساهم في تجميده. لذلك ، عندما يريد الكثير من الناس تبريد الماء الساخن بسرعة ، وضعه أولاً في الشمس ... "في العصور الوسطى ، حاول فرانسيس بيكون ورينيه ديكارت شرح هذه الظاهرة. للأسف ، لم ينجح في ذلك الفلاسفة العظماء ولا العديد من العلماء الذين طوروا الفيزياء الحرارية الكلاسيكية ، وبالتالي فإن هذه الحقيقة المزعجة "تُنسى" لفترة طويلة.

وفقط في عام 1968 "تذكروا" بفضل تلميذ المدرسة إيراستو مبيمبا من تنزانيا ، بعيدًا عن أي علم. أثناء الدراسة في مدرسة للطبخ ، في عام 1963 ، تم تكليف مبيمبي البالغ من العمر 13 عامًا بمهمة صنع الآيس كريم. وفقًا للتقنية ، كان من الضروري غلي الحليب ، وإذابة السكر فيه ، وتبريده إلى درجة حرارة الغرفة ، ثم وضعه في الثلاجة حتى يتجمد. على ما يبدو ، لم يكن مبيمبا طالبًا مجتهدًا ومترددًا. خوفًا من أنه لن يكون في الوقت المناسب بنهاية الدرس ، وضع الحليب الذي لا يزال ساخنًا في الثلاجة. لدهشته ، تجمد حتى قبل حليب رفاقه ، المعد وفقًا لجميع القواعد.

عندما شارك مبيمبا اكتشافه مع مدرس فيزياء ، سخر منه أمام الفصل بأكمله. تذكر مبيمبا الإهانة. بعد خمس سنوات ، كان بالفعل طالبًا في جامعة دار السلام ، وكان يحضر محاضرة للفيزيائي الشهير دينيس جي أوزبورن. بعد المحاضرة ، سأل العالم سؤالاً: "إذا أخذت إناءين متطابقين بنفس كمية الماء ، إحداهما عند 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) والأخرى عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، منهم في الفريزر ، ثم الماء في وعاء ساخن سوف يتجمد بشكل أسرع. لماذا؟" يمكنك أن تتخيل رد فعل أستاذ بريطاني على سؤال من شاب من تنزانيا المهجورة. لقد سخر من الطالب. ومع ذلك ، كان مبيمبا مستعدًا لمثل هذه الإجابة وتحدى العالم في رهان. وبلغت حجتهم ذروتها في اختبار تجريبي أثبت أن مبيمبا على حق وهزم أوزبورن. لذلك قام الطالب - طباخ بتسجيل اسمه في تاريخ العلم ، ومن الآن فصاعدًا تسمى هذه الظاهرة "تأثير مبيمبا". لتجاهلها ، إعلانها كما لو أن "غير موجود" لا يعمل. الظاهرة موجودة ، وكما كتب الشاعر "ليس في السن بالقدم".

هل جزيئات الغبار والمواد المذابة هي المسؤولة؟

على مر السنين ، حاول الكثيرون كشف لغز تجميد المياه. تم اقتراح مجموعة كاملة من التفسيرات لهذه الظاهرة: التبخر ، والحمل الحراري ، وتأثير المواد المذابة - ولكن لا يمكن اعتبار أي من هذه العوامل نهائية. كرس عدد من العلماء حياتهم كلها لتأثير مبيمبا. جيمس براونريدج ، عضو قسم السلامة الإشعاعية في جامعة ولاية نيويورك ، كان يدرس التناقض في أوقات فراغه لأكثر من عقد. بعد إجراء مئات التجارب ، يدعي العالم أن لديه أدلة على "الذنب" من انخفاض درجة حرارة الجسم. يوضح براونريدج أنه عند 0 درجة مئوية ، فإن الماء يبرد فقط ، ويبدأ في التجمد عندما تنخفض درجة الحرارة أدناه. يتم تنظيم نقطة التجمد بواسطة الشوائب الموجودة في الماء - فهي تغير معدل تكوين بلورات الجليد. الشوائب ، وهي جزيئات الغبار والبكتيريا والأملاح الذائبة ، لها درجة حرارة تنوي مميزة ، عندما تتشكل بلورات الجليد حول مراكز التبلور. عند وجود عدة عناصر في الماء مرة واحدة ، يتم تحديد نقطة التجمد بواسطة العنصر الذي يحتوي على أعلى درجة حرارة تنوي.

للتجربة ، أخذ براونريدج عينتين من الماء في نفس درجة الحرارة ووضعتهما في الفريزر. وجد أن إحدى العينات تتجمد دائمًا قبل الأخرى - ربما بسبب مجموعة مختلفة من الشوائب.

تدعي براونريدج أن الماء الساخن يبرد بشكل أسرع بسبب الاختلاف الكبير في درجة الحرارة بين الماء والمجمد - وهذا يساعده في الوصول إلى نقطة التجمد قبل أن يصل الماء البارد إلى نقطة التجمد الطبيعية ، والتي تقل عن 5 درجات مئوية على الأقل.

ومع ذلك ، فإن منطق براونريدج يثير العديد من الأسئلة. لذلك ، فإن أولئك الذين يمكنهم شرح تأثير مبيمبا بطريقتهم الخاصة لديهم فرصة للتنافس على ألف جنيه إسترليني من الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء.

في هذه المقالة ، سوف نلقي نظرة على سبب تجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد.

يتجمد الماء الساخن أسرع بكثير من الماء البارد! هذه الخاصية المدهشة للمياه ، التفسير الدقيق الذي لا يزال العلماء غير قادرين على العثور عليه ، معروفة منذ العصور القديمة. على سبيل المثال ، حتى في أرسطو ، هناك وصف للصيد الشتوي: أدخل الصيادون قضبان الصيد في ثقوب في الجليد ، وحتى يتجمدوا بشكل أسرع ، سكبوا الماء الدافئ على الجليد. سمي اسم هذه الظاهرة باسم Erasto Mpemba في الستينيات من القرن العشرين. لاحظ منيمبا التأثير الغريب أثناء صنع الآيس كريم والتفت إلى مدرس الفيزياء الخاص به ، د. دينيس أوزبورن ، للحصول على شرح. أجرى مبيمبا والدكتور أوزبورن تجارب على الماء في درجات حرارة مختلفة وخلصا إلى أن الماء المغلي تقريبًا يبدأ في التجمد أسرع بكثير من الماء في درجة حرارة الغرفة. أجرى علماء آخرون تجاربهم الخاصة وفي كل مرة حصلوا على نتائج مماثلة.

شرح ظاهرة فيزيائية

لا يوجد تفسير مقبول بشكل عام لسبب حدوث ذلك. يقترح العديد من الباحثين أن الأمر كله يتعلق بالتبريد الفائق للسائل ، والذي يحدث عندما تنخفض درجة حرارته إلى ما دون درجة التجمد. بمعنى آخر ، إذا تجمد الماء عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، فيمكن أن تصل درجة حرارة الماء شديد البرودة ، على سبيل المثال ، إلى -2 درجة مئوية ويظل سائلاً دون أن يتحول إلى ثلج. عندما نحاول تجميد الماء البارد ، هناك احتمال أن يصبح فائق البرودة في البداية ، وسيتصلب بعد مرور بعض الوقت. في الماء الساخن ، تحدث عمليات أخرى. يرتبط تحوله الأسرع إلى جليد بالحمل الحراري.

الحمل- هذه ظاهرة فيزيائية ترتفع فيها الطبقات السفلية الدافئة من السائل ، وتنخفض الطبقات العلوية المبردة.

الماء هو أحد أكثر السوائل روعة في العالم ، وله خصائص غير عادية. على سبيل المثال ، الجليد - حالة صلبة من السائل ، له جاذبية محددة أقل من الماء نفسه ، مما جعل ظهور الحياة على الأرض وتطورها ممكنًا بعدة طرق. بالإضافة إلى ذلك ، في العالم شبه العلمي ، وفي الواقع العلمي ، هناك مناقشات حول الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - ساخنًا أم باردًا. كل من يثبت سرعة تجميد سائل ساخن في ظل ظروف معينة ويثبت قراره علميًا سيحصل على جائزة قدرها 1000 جنيه إسترليني من الجمعية الملكية البريطانية للكيميائيين.

خلفية

تمت ملاحظة حقيقة أن الماء الساخن ، في ظل عدد من الظروف ، يسبق الماء البارد من حيث معدل التجمد ، في العصور الوسطى. بذل كل من فرانسيس بيكون ورينيه ديكارت الكثير من الجهد لشرح هذه الظاهرة. ومع ذلك ، من وجهة نظر الهندسة الحرارية الكلاسيكية ، لا يمكن تفسير هذا التناقض ، وحاولوا إسكاته بخجل. كان الدافع لاستمرار النزاع قصة غريبة إلى حد ما حدثت لطالب المدرسة التنزاني إيراستو مبيمبا (إيراستو مبيمبا) في عام 1963. ذات مرة ، خلال درس صنع الحلوى في مدرسة للطهي ، لم يكن لدى صبي ، مشتت انتباهه بأمور أخرى ، الوقت لتبريد خليط الآيس كريم في الوقت المناسب ووضع محلول السكر في الحليب الساخن في الفريزر. ولدهشته ، تم تبريد المنتج بشكل أسرع إلى حد ما من زملائه الممارسين الذين لاحظوا نظام درجة الحرارة لصنع الآيس كريم.

في محاولة لفهم جوهر الظاهرة ، تحول الصبي إلى مدرس فيزياء ، سخر من تجاربه في الطهي دون الخوض في التفاصيل. ومع ذلك ، تميز إيراستو بالمثابرة التي تحسد عليها واستمر في تجاربه لم يعد على الحليب ، ولكن على الماء. لقد تأكد من أن الماء الساخن يتجمد في بعض الحالات أسرع من الماء البارد.

التحق إراستو مبيمبي بجامعة دار السلام بمحاضرة ألقاها البروفيسور دينيس جي أوزبورن. بعد التخرج حيرت الطالب العالم بمشكلة معدل تجمد الماء حسب درجة حرارته. ج. سخر أوزبورن من طرح السؤال ، قائلاً بثقة أن أي خاسر يعرف أن الماء البارد سيتجمد بشكل أسرع. ومع ذلك ، فإن المثابرة الطبيعية للشاب جعلت نفسها محسوسة. لقد راهن مع الأستاذ ، وعرض إجراء اختبار تجريبي هنا ، في المختبر. وضع إيراستو حاويتين من الماء في المجمد ، واحدة عند 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية) والأخرى عند 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). ما كانت مفاجأة الأستاذ و "المراوح" المحيطين به عندما تجمد الماء في الحاوية الثانية بشكل أسرع. ومنذ ذلك الحين ، أُطلق على هذه الظاهرة اسم "مفارقة مبيمبا".

ومع ذلك ، لا توجد حتى الآن فرضية نظرية متماسكة تشرح "مفارقة مبيمبا". ليس من الواضح ما هي العوامل الخارجية ، والتركيب الكيميائي للماء ، ووجود الغازات والمعادن فيه ، التي تؤثر على معدل تجمد السوائل عند درجات حرارة مختلفة. تكمن المفارقة في "تأثير مبيمبا" في أنه يتعارض مع أحد القوانين التي اكتشفها إ. نيوتن ، والذي ينص على أن وقت تبريد الماء يتناسب طرديًا مع اختلاف درجة الحرارة بين السائل والبيئة. وإذا كانت جميع السوائل الأخرى خاضعة تمامًا لهذا القانون ، فإن الماء في بعض الحالات يكون استثناءً.

لماذا الماء الساخن يتجمد بشكل أسرع؟تي

هناك عدة إصدارات حول سبب تجميد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد. أهمها:

• يتبخر الماء الساخن بشكل أسرع ، بينما ينخفض ​​حجمه ، ويبرد حجم أصغر من السائل بشكل أسرع - عندما يتم تبريد الماء من + 100 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية ، تصل خسائر الحجم عند الضغط الجوي إلى 15٪ ؛
• كلما زادت شدة التبادل الحراري بين السائل والبيئة ، زاد الفرق في درجة الحرارة ، وبالتالي فإن فقدان حرارة الماء المغلي يمر بشكل أسرع ؛
• عندما يبرد الماء الساخن ، تتشكل قشرة جليدية على سطحه ، مما يمنع السائل من التجمد تمامًا والتبخر ؛
• عند درجة حرارة عالية من الماء ، يحدث خلطه بالحمل الحراري ، مما يقلل من وقت التجميد ؛
• الغازات المذابة في الماء تقلل من نقطة التجمد ، وتستهلك الطاقة لتكوين الكريستال - لا توجد غازات مذابة في الماء الساخن.

كل هذه الظروف خضعت للتحقق التجريبي المتكرر. على وجه الخصوص ، وجد العالم الألماني ديفيد أورباخ أن درجة حرارة تبلور الماء الساخن أعلى قليلاً من درجة حرارة الماء البارد ، مما يجعل من الممكن تجميد الأول بسرعة أكبر. ومع ذلك ، تعرضت تجاربه لاحقًا لانتقادات ، واقتنع العديد من العلماء بأن "تأثير مبيمبا" الذي يتجمد فيه الماء بشكل أسرع - ساخنًا أو باردًا ، لا يمكن إعادة إنتاجه إلا في ظل ظروف معينة ، لم يبحث عنها أحد حتى الآن.

في الصيغة القديمة الجيدة H 2 O ، يبدو أنه لا توجد أسرار. لكن في الواقع ، الماء - مصدر الحياة وأشهر سائل في العالم - محفوف بالعديد من الألغاز التي لا يستطيع حتى العلماء حلها في بعض الأحيان.

فيما يلي أهم 5 حقائق مثيرة للاهتمام حول الماء:

1. الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد

خذ إناءين من الماء: صب الماء الساخن في إحداهما والماء البارد في الأخرى ، وضعيهما في الفريزر. سيتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد ، على الرغم من أنه منطقياً ، يجب أن يتحول الماء البارد إلى جليد أولاً: بعد كل شيء ، يجب أن يبرد الماء الساخن أولاً إلى درجة حرارة باردة ، ثم يتحول إلى ثلج ، بينما الماء البارد لا يحتاج إلى التبريد. لماذا يحدث هذا؟

في عام 1963 ، لاحظ إيراستو ب.مبيمبا ، طالب في المدرسة الثانوية في تنزانيا ، أثناء تجميد خليط الآيس كريم المحضر ، أن المزيج الساخن يتجمد بشكل أسرع في المجمد من المزيج البارد. عندما شارك الشاب اكتشافه مع مدرس الفيزياء ، سخر منه فقط. لحسن الحظ ، كان الطالب مثابرًا وأقنع المعلم بإجراء تجربة ، والتي أكدت اكتشافه: في ظل ظروف معينة ، يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد.

تسمى ظاهرة تجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد بتأثير مبيمبا. صحيح ، قبله بوقت طويل ، لاحظ أرسطو وفرانسيس بيكون ورينيه ديكارت هذه الخاصية الفريدة للمياه.

لا يفهم العلماء طبيعة هذه الظاهرة تمامًا ، ويشرحونها إما باختلاف انخفاض درجة حرارة الجسم ، أو التبخر ، أو تكوين الجليد ، أو الحمل الحراري ، أو تأثير الغازات المسيلة على الماء الساخن والبارد.

لاحظ من Х.RU إلى موضوع "الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد".

نظرًا لأن مشكلات التبريد أقرب إلينا ، أيها المتخصصون في التبريد ، فلنتعمق قليلاً في جوهر هذه المشكلة ونقدم رأيين حول طبيعة هذه الظاهرة الغامضة.

1. قدم عالم من جامعة واشنطن تفسيرًا لظاهرة غامضة معروفة منذ زمن أرسطو: لماذا يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد.

هذه الظاهرة ، التي تسمى تأثير مبيمبا ، تستخدم على نطاق واسع في الممارسة العملية. على سبيل المثال ، ينصح الخبراء سائقي السيارات بصب الماء البارد بدلاً من الماء الساخن في خزان الغسالة في الشتاء. لكن ما يكمن وراء هذه الظاهرة ظل مجهولاً لفترة طويلة.

قام الدكتور جوناثان كاتز من جامعة واشنطن بالتحقيق في هذه الظاهرة وخلص إلى أن المواد الذائبة في الماء تلعب دورًا مهمًا فيها ، والتي تترسب عند تسخينها ، وفقًا لـ EurekAlert.

بالمواد المذابة ، يقصد الدكتور كاتز بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم الموجودة في الماء العسر. عندما يتم تسخين الماء ، تترسب هذه المواد ، وتشكل قشورًا على جدران الغلاية. تحتوي المياه التي لم يتم تسخينها على هذه الشوائب. عندما تتجمد وتتكون بلورات الجليد ، يزيد تركيز الشوائب في الماء 50 مرة. هذا يقلل من درجة تجمد الماء. يشرح الدكتور كاتز: "والآن يجب أن يبرد الماء حتى يتجمد".

هناك سبب ثان يمنع تجميد الماء غير الساخن. يقلل خفض نقطة تجمد الماء من فرق درجة الحرارة بين المرحلتين الصلبة والسائلة. يقول الدكتور كاتز: "نظرًا لأن المعدل الذي يفقد به الماء الحرارة يعتمد على هذا الاختلاف في درجة الحرارة ، فإن الماء الذي لم يتم تسخينه يكون أقل عرضة للتبريد".

وفقا للعالم ، يمكن اختبار نظريته تجريبيا ، لأن. يصبح تأثير مبيمبا أكثر وضوحًا في حالة الماء العسر.

2. ينتج الأكسجين بالإضافة إلى الهيدروجين بالإضافة إلى البرودة الجليد. للوهلة الأولى ، تبدو هذه المادة الشفافة بسيطة للغاية. في الواقع ، الجليد محفوف بالعديد من الألغاز. الجليد الذي صنعه الأفريقي إيراستو مبيمبا لم يفكر في المجد. كانت الأيام حارة. أراد المصاصات. أخذ كرتونة من العصير ووضعها في الفريزر. لقد فعل ذلك أكثر من مرة ، وبالتالي لاحظ أن العصير يتجمد بسرعة خاصة ، إذا وضعته في الشمس قبل ذلك - فقط قم بتسخينه! يعتقد التلميذ التنزاني الذي يتصرف بعكس الحكمة الدنيوية أن هذا أمر غريب. هل من الممكن أنه لكي يتحول السائل إلى جليد بشكل أسرع ، يجب أولاً تسخينه؟ كان الشاب مندهشًا جدًا لدرجة أنه شارك التخمين مع المعلم. أبلغ عن هذا الفضول في الصحافة.

حدثت هذه القصة في الستينيات. الآن أصبح "تأثير مبيمبا" معروفًا جيدًا للعلماء. ولكن لفترة طويلة ظلت هذه الظاهرة التي بدت بسيطة لغزا. لماذا الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد؟

لم يجد الفيزيائي ديفيد أورباخ حلاً حتى عام 1996. للإجابة على هذا السؤال ، أجرى تجربة لمدة عام كامل: قام بتسخين الماء في كوب وبرده مرة أخرى. إذن ماذا اكتشف؟ عند تسخينها ، تذوب فقاعات الهواء في الماء تتبخر. يتجمد الماء الخالي من الغازات بسهولة أكبر على جدران الوعاء. يقول أورباخ: "بالطبع ، الماء الذي يحتوي على نسبة عالية من الهواء سوف يتجمد أيضًا ، ولكن ليس عند درجة الصفر المئوي ، ولكن فقط عند سالب أربع إلى ست درجات". بالطبع ، سوف تضطر إلى الانتظار لفترة أطول. لذلك ، الماء الساخن يتجمد قبل الماء البارد ، هذه حقيقة علمية.

لا تكاد توجد مادة تظهر أمام أعيننا بنفس سهولة ظهور الجليد. يتكون فقط من جزيئات الماء - أي جزيئات أولية تحتوي على ذرتين هيدروجين وأكسجين. ومع ذلك ، ربما يكون الجليد هو المادة الأكثر غموضًا في الكون. لم يتمكن العلماء من شرح بعض خصائصه حتى الآن.

2. التبريد الفائق والتجميد "السريع"

يعلم الجميع أن الماء يتحول دائمًا إلى جليد عندما يبرد إلى 0 درجة مئوية ... إلا في بعض الحالات! مثل هذه الحالة ، على سبيل المثال ، "التبريد الفائق" ، وهي خاصية الماء النقي جدًا ليظل سائلاً حتى عند تبريده دون درجة التجمد. تصبح هذه الظاهرة ممكنة بسبب حقيقة أن البيئة لا تحتوي على مراكز بلورة أو نوى يمكن أن تثير تكوين بلورات الجليد. وهكذا يبقى الماء في صورة سائلة ، حتى عند تبريده إلى درجات حرارة أقل من صفر درجة مئوية. يمكن أن تحدث عملية التبلور ، على سبيل المثال ، عن طريق فقاعات الغاز ، والشوائب (التلوث) ، وسطح الحاوية غير المستوي. بدونها ، سيبقى الماء في حالة سائلة. عندما تبدأ عملية التبلور ، يمكنك مشاهدة كيف يتحول الماء شديد التبريد على الفور إلى ثلج.

شاهد مقطع الفيديو (2901 كيلوبايت ، 60 ج) بواسطة Phil Medina (www.mrsciguy.com) وانظر بنفسك >>

تعليق.يظل الماء شديد السخونة سائلاً أيضًا حتى عند تسخينه فوق نقطة الغليان.

3. ماء "زجاج"

بسرعة ودون تردد ، حدد عدد الدول المختلفة للمياه؟

إذا أجبت ثلاثة (صلب ، سائل ، غاز) ، فأنت مخطئ. يميز العلماء ما لا يقل عن 5 حالات مختلفة من الماء في شكل سائل و 14 حالة من الجليد.

هل تتذكر المحادثة حول الماء شديد البرودة؟ لذلك ، بغض النظر عن ما تفعله ، عند درجة حرارة -38 درجة مئوية ، حتى أنقى المياه فائقة البرودة تتحول فجأة إلى ثلج. ماذا يحدث مع مزيد من الانخفاض

درجة الحرارة؟ عند درجة حرارة -120 درجة مئوية ، يحدث شيء غريب للماء: يصبح شديد اللزوجة أو لزجًا ، مثل دبس السكر ، وعند درجات حرارة أقل من -135 درجة مئوية ، يتحول إلى ماء "زجاجي" أو "زجاجي" - مادة صلبة يكون فيها لا يوجد هيكل بلوري.

4. الخصائص الكمية للمياه

على المستوى الجزيئي ، الماء أكثر إثارة للدهشة. في عام 1995 ، أعطت تجربة تشتت النيوترونات التي أجراها العلماء نتيجة غير متوقعة: وجد الفيزيائيون أن النيوترونات الموجهة إلى جزيئات الماء "ترى" 25٪ من بروتونات الهيدروجين أقل مما كان متوقعًا.

اتضح أنه عند سرعة أتوثانية واحدة (10-18 ثانية) يحدث تأثير كمي غير عادي ، والصيغة الكيميائية للماء بدلاً من الصيغة المعتادة - H 2 O ، تصبح H 1.5 O!

5. هل للماء ذاكرة؟

يدعي الطب المثلي ، وهو بديل للطب التقليدي ، أن المحلول المخفف لمنتج طبي يمكن أن يكون له تأثير علاجي على الجسم ، حتى لو كان عامل التخفيف كبيرًا لدرجة أنه لا يوجد شيء في المحلول سوى جزيئات الماء. يشرح أنصار المعالجة المثلية هذا التناقض بمفهوم يسمى "ذاكرة الماء" ، والذي بموجبه يكون للماء على المستوى الجزيئي "ذاكرة" للمادة بمجرد أن يذوب فيها ويحتفظ بخصائص محلول التركيز الأصلي بعد ذلك. يبقى جزيء واحد من المكون فيه.

أجرى فريق دولي من العلماء بقيادة البروفيسور مادلين إينيس من جامعة كوينز في بلفاست ، الذي انتقد مبادئ المعالجة المثلية ، تجربة في عام 2002 لدحض هذا المفهوم بشكل نهائي. وكانت النتيجة عكس ذلك. وبعد ما قال العلماء ، وتمكنوا من إثبات حقيقة تأثير "ذاكرة الماء" ، إلا أن التجارب التي أجريت تحت إشراف خبراء مستقلين لم تؤد إلى نتائج ، ولا تزال الخلافات حول وجود ظاهرة "ذاكرة الماء" مستمرة.

يحتوي الماء على العديد من الخصائص غير العادية الأخرى التي لم نقم بتغطيتها في هذه المقالة.

المؤلفات.

1. 5 أشياء غريبة حقًا عن المياه / http://www.neatorama.com.
2. سر الماء: تم إنشاء نظرية تأثير أرسطو- مبيمبا / http://www.o8ode.ru.
3 - نيبومنياختشي ن. أسرار الطبيعة غير الحية. المادة الأكثر غموضًا في الكون / http://www.bibliotekar.ru.