Mpemba-ilmiö vai miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi? Paljasti kuuman veden nopean jähmettymisen salaisuuden

"Olemme jo törmänneet veden mielenkiintoisiin ominaisuuksiin, joiden ansiosta voimme elää erityisesti ja eläviä olentoja yleensäkin. Jatketaanpa aihetta ja tuodaan vielä yksi mielenkiintoinen ominaisuus (vaikka ei ole selvää, onko se totta vai fiktiivinen) .

Mielenkiintoista vedestä - Mpemba-ilmiö: tiesitkö, että Internetissä on huhuja, että kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi? Et ehkä tiedä, mutta nämä huhut liikkuvat. Ja erittäin sitkeä. Mistä siis puhumme - kokeellisesta virheestä vai uudesta, mielenkiintoisesta veden ominaisuudesta, jota ei ole vielä tutkittu?

Selvitetään se. Tarina, joka toistuu paikasta toiseen, on tämä: Otetaan kaksi vesisäiliötä: kaada kuumaa vettä toiseen ja kylmää vettä toiseen ja laita ne pakastimeen. Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Miksi tämä tapahtuu?

Tansanialainen Erasto B. Mpemba-niminen opiskelija vuonna 1963 pakastaessaan valmistettua jäätelöseosta huomasi, että kuuma seos kiinteytyi pakastimessa nopeammin kuin kylmä. Kun nuori mies jakoi löytönsä fysiikan opettajalle, hän vain nauroi hänelle. Onneksi opiskelija oli sinnikäs ja vakuutti opettajan suorittamaan kokeen, joka vahvisti hänen löytönsä: tietyissä olosuhteissa kuuma vesi todella jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Legendan toinen versio - Mpemba kääntyi suuren tiedemiehen puoleen, joka onneksi oli lähellä afrikkalaista Mpemba-koulua. Ja tiedemies uskoi poikaa ja tarkasti, mikä oli mitä. No, mennään... Nyt tätä kuuman veden jäätymistä nopeammin kuin kylmää vettä kutsutaan "Mpemba-ilmiöksi". Totta, kauan ennen häntä tämän ainutlaatuisen veden ominaisuuden panivat merkille Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes.

Tutkijat eivät täysin ymmärrä tämän ilmiön luonnetta, vaan selittävät sen joko erolla hypotermiassa, haihtumisen, jään muodostumisen, konvektion tai nesteytettyjen kaasujen vaikutuksesta kuumaan ja kylmään veteen.

Joten meillä on Mpemba-ilmiö (Mpemba Paradox) - paradoksi, joka sanoo, että kuuma vesi (tietyissä olosuhteissa) voi jäätyä nopeammin kuin kylmä vesi. Vaikka samalla sen on läpäistävä kylmän veden lämpötila jäätymisen aikana.

Näin ollen paradoksien käsittelemiseksi on kaksi tapaa. Ensimmäinen on alkaa selittää tätä ilmiötä, keksiä teorioita ja iloita siitä, että vesi on salaperäinen neste. Tai voit mennä toisin - suorita tämä kokeilu itsenäisesti. Ja tee oikeat johtopäätökset.

Käännytään ihmisten puoleen, joilla on todella ollut tämä kokemus yrittäessään jäljitellä Mpemba-ilmiötä. Ja samalla tarkastellaan pientä tutkimusta, joka määrittää "mistä jalat kasvavat".

Venäjän kielellä viesti Mpemba-ilmiöstä ilmestyi ensimmäisen kerran 42 vuotta sitten, kuten "Chemistry and Life" -lehti raportoi (1970, nro 1, s. 89). Tunnollisena "Chemistry and Life" -yrityksen työntekijät päättivät tehdä kokeita itse ja varmistivat: "kuuma maito ei itsepintaisesti halunnut jäätyä ensin." Tälle tulokselle annettiin luonnollinen selitys: ”Kuuma neste ei saa jäätyä aikaisemmin. Loppujen lopuksi sen lämpötilan on ensin oltava yhtä suuri kuin kylmän nesteen lämpötila.

Yksi "Chemistry and Life" -lehden lukijoista kertoi kokeistaan seuraavaa (1970, nro 9, s. 81). Hän kiehasi maidon, jäähdytti sen huoneenlämpöiseksi ja laittoi sen jääkaappiin samaan aikaan kuin keittämätön maito, joka oli myös huoneenlämpöistä. Keitetty maito jäätyi nopeammin. Sama vaikutus, mutta heikompi, saavutettiin kuumentamalla maitoa 60 °C:seen keittämisen sijaan. Keittäminen voi olla olennaisen tärkeää: tämä haihduttaa osan vedestä ja haihduttaa kevyemmän osan rasvasta. Tämän seurauksena jäätymispiste voi muuttua. Lisäksi kuumennettaessa, ja vielä enemmän keitettäessä, jotkut maidon orgaanisen osan kemialliset muutokset ovat mahdollisia.

Mutta "rikkinäinen puhelin" toimi jo, ja yli 25 vuoden jälkeen tätä tarinaa kuvailtiin seuraavasti: "Jäätelöannos jäähtyy nopeammin, jos se laitetaan jääkaappiin, sen jälkeen kun se on lämmitetty hyvin, kuin jos se jätetään ensin kylmään lämpötilaan" ("Tieto on valtaa", 1997, nro 10, s. 100). He alkoivat vähitellen unohtaa maidon, ja se oli pääasiassa vettä.

13 vuoden kuluttua samassa "Kemia ja elämä" ilmestyi seuraava dialogi: "Jos otat kaksi kuppia kylmään - kylmällä ja kuumalla vedellä, niin mikä vesi jäätyy nopeammin? .. Odota talvea ja tarkista: kuuma vesi jäätyy nopeammin" (1993, nro 9, s. 79). Vuotta myöhemmin seurasi kirje eräältä tunnolliselta lukijalta, joka otti ahkerasti kupit kylmää ja kuumaa vettä kylmään talvella ja vakuuttui siitä, että kylmä vesi jäätyy nopeammin (1994, nro 11, s. 62).

Samanlainen koe suoritettiin käyttämällä jääkaappia, jossa pakastin on peitetty paksulla huurrekerroksella. Kun laitoin kupillisia kuumaa ja kylmää vettä tälle pakastimelle, kuumavesikuppien alla oleva huurre sulasi, ne upposivat ja vesi jäätyi niissä nopeammin. Kun laitoin lasit pakkaselle, vaikutusta ei havaittu, koska huurre lasien alla ei sulanut. Vaikutus ei havaittu edes silloin, kun jääkaapin sulatuksen jälkeen laitoin kupit jäätymättömään pakastimeen. Tämä osoittaa, että vaikutuksen syynä on huurteen sulaminen kuumavesikuppien alla (Chemistry and Life, 2000, nro 2, s. 55).

Tarinaan Tansanialaisen pojan havaitsemasta paradoksista liittyi toistuvasti merkittävä huomautus - sanotaan, ettei mitään, jopa erittäin outoa, tietoa ei pidä laiminlyödä. Toive on hyvä, mutta toteutumaton. Jos emme esiseulo epäluotettavaa tietoa, hukkumme siihen. Ja väärä tieto on usein väärää. Lisäksi usein tapahtuu (kuten Mpemba-ilmiön tapauksessa), että epätodennäköisyys on seurausta tiedon vääristymisestä siirtoprosessissa.

Joten se on mielenkiintoista vedestä yleensä ja erityisesti Mpemba-ilmiöstä, ei aina pidä paikkaansa 🙂

Lisätietoja - sivulla http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

British Royal Society of Chemistry tarjoaa 1 000 punnan palkkion jokaiselle, joka voi tieteellisesti selittää, miksi kuuma vesi jäätyy joissakin tapauksissa nopeammin kuin kylmä vesi.

"Nykyaikainen tiede ei vieläkään voi vastata tähän näennäisesti yksinkertaiseen kysymykseen. Jäätelöntekijät ja baarimikot käyttävät tätä vaikutusta päivittäisessä työssään, mutta kukaan ei tiedä, miksi se toimii. Tämä ongelma on ollut tiedossa tuhansia vuosia, filosofit, kuten Aristoteles ja Descartes, ovat pohtineet sitä”, sanoi British Royal Society of Chemistry:n presidentti, professori David Philips, jota lainataan seuran lehdistötiedotteessa.

Kuinka afrikkalainen kokki voitti brittiläisen fysiikan professorin

Tämä ei ole aprillipila, vaan ankara fyysinen todellisuus. Nykypäivän tiede, joka toimii helposti galakseilla ja mustilla aukoilla ja rakentaa jättimäisiä kiihdyttimiä etsimään kvarkeja ja bosoneja, ei voi selittää, kuinka alkuainevesi "toimii". Koulukirjassa sanotaan yksiselitteisesti, että kuuman ruumiin jäähdyttämiseen kuluu enemmän aikaa kuin kylmän ruumiin jäähdyttämiseen. Mutta veden osalta tätä lakia ei aina noudateta. Aristoteles kiinnitti huomion tähän paradoksiin 4. vuosisadalla eKr. e. Tässä on mitä antiikin kreikkalainen kirjoitti kirjassa "Meteorologica I": "Se, että vesi on esilämmitetty, edistää sen jäätymistä. Siksi monet ihmiset, kun he haluavat nopeasti jäähdyttää kuumaa vettä, laittavat sen ensin aurinkoon ... ”Keskiajalla Francis Bacon ja Rene Descartes yrittivät selittää tämän ilmiön. Valitettavasti eivät suuret filosofit tai lukuisat klassista lämpöfysiikkaa kehittäneet tiedemiehet onnistuneet tässä, ja siksi tällainen epämiellyttävä tosiasia "unohtui" pitkään.

Ja vasta vuonna 1968 he "muistivat" tansanialaisen koulupoika Erasto Mpemban ansiosta, kaukana mistään tieteestä. 13-vuotias Mpembe sai vuonna 1963 opiskellessaan ruoanlaittokoulussa tehtävän tehdä jäätelöä. Tekniikan mukaan oli tarpeen keittää maito, liuottaa siihen sokeri, jäähdyttää se huoneenlämpötilaan ja laittaa sitten jääkaappiin jäätymään. Ilmeisesti Mpemba ei ollut ahkera opiskelija ja epäröi. Hän pelkäsi, ettei hän ehtisi oppitunnin loppuun mennessä, joten hän laittoi vielä kuuman maidon jääkaappiin. Hänen yllätyksekseen se jäätyi jopa aikaisemmin kuin hänen tovereidensa maito, joka oli valmistettu kaikkien sääntöjen mukaan.

Kun Mpemba jakoi löytönsä fysiikan opettajalle, hän pilkkasi häntä koko luokan edessä. Mpemba muisti loukkauksen. Viisi vuotta myöhemmin hän oli jo Dar es Salaamin yliopiston opiskelijana kuuluisan fyysikon Denis G. Osbornen luennossa. Luennon jälkeen hän esitti tiedemiehelle kysymyksen: "Jos otat kaksi identtistä astiaa, joissa on sama vesimäärä, toinen 35 °C:ssa (95 °F) ja toinen 100 °C:ssa (212 °F), ja laitat ne pakastimessa, niin kuumassa astiassa oleva vesi jäätyy nopeammin. Miksi?" Voit kuvitella brittiprofessorin reaktion jumalan hylkäämästä Tansaniasta kotoisin olevan nuoren miehen kysymykseen. Hän pilkkasi opiskelijaa. Mpemba oli kuitenkin valmis tällaiseen vastaukseen ja haastoi tiedemiehen vetoon. Heidän väitteensä huipentui kokeelliseen testiin, joka osoitti, että Mpemba oli oikeassa ja Osborne voitti. Niinpä opiskelija-keittiö kirjasi nimensä tieteen historiaan, ja tästä lähtien tätä ilmiötä kutsutaan "Mpemba-ilmiöksi". Sen hylkääminen, sen julistaminen "olemattomaksi" ei toimi. Ilmiö on olemassa, ja kuten runoilija kirjoitti, "ei hampaassa jalan kanssa".

Ovatko pölyhiukkaset ja liuenneet aineet syyllisiä?

Vuosien varrella monet ovat yrittäneet selvittää veden jäätymisen mysteeriä. Tälle ilmiölle on ehdotettu useita selityksiä: haihtuminen, konvektio, liuenneiden aineiden vaikutus - mutta mitään näistä tekijöistä ei voida pitää lopullisena. Useat tiedemiehet omistivat koko elämänsä Mpemba-ilmiölle. James Brownridge, New Yorkin osavaltion yliopiston säteilyturvallisuuden laitoksen jäsen, on tutkinut paradoksia vapaa-ajallaan yli vuosikymmenen ajan. Suoritettuaan satoja kokeita tiedemies väittää, että hänellä on todisteita hypotermian "syyllisyydestä". Brownridge selittää, että 0 °C:ssa vesi vain jäähtyy ja alkaa jäätyä, kun lämpötila laskee alle. Jäätymispistettä säätelevät veden epäpuhtaudet - ne muuttavat jääkiteiden muodostumisnopeutta. Epäpuhtauksilla, ja nämä ovat pölyhiukkasia, bakteereja ja liuenneita suoloja, on tyypillinen ydintymislämpötilansa, kun jääkiteitä muodostuu kiteytyskeskusten ympärille. Kun vedessä on samanaikaisesti useita alkuaineita, jäätymispiste määräytyy sen mukaan, jonka ytimen muodostumislämpötila on korkein.

Kokeeseen Brownridge otti kaksi näytettä samassa lämpötilassa olevaa vettä ja laittoi ne pakastimeen. Hän havaitsi, että yksi näytteistä jäätyy aina ennen toista - oletettavasti erilaisen epäpuhtauksien yhdistelmän vuoksi.

Brownridge väittää, että kuuma vesi jäähtyy nopeammin johtuen suuremmasta lämpötilaerosta veden ja pakastimen välillä - tämä auttaa sitä saavuttamaan jäätymispisteensä ennen kuin kylmä vesi saavuttaa luonnollisen jäätymispisteensä, joka on vähintään 5 °C alempi.

Brownridgen päättely herättää kuitenkin monia kysymyksiä. Siksi niillä, jotka pystyvät selittämään Mpemba-ilmiön omalla tavallaan, on mahdollisuus kilpailla tuhannesta punnista British Royal Society of Chemistryltä.

Tässä artikkelissa tarkastellaan, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Kuumennettu vesi jäätyy paljon nopeammin kuin kylmä vesi! Tämä veden hämmästyttävä ominaisuus, jonka tarkkaa selitystä tiedemiehet eivät vieläkään löydä, on tunnettu muinaisista ajoista lähtien. Esimerkiksi jopa Aristoteleessa on kuvaus talvikalastuksesta: kalastajat työnsivät vavat jäässä oleviin reikiin, ja jotta ne jäätyisivät nopeammin, he kaatoivat lämmintä vettä jäälle. Tämän ilmiön nimi nimettiin Erasto Mpemban mukaan 1900-luvun 60-luvulla. Mnemba huomasi oudon vaikutuksen jäätelöä tehdessään ja kääntyi fysiikan opettajansa tohtori Denis Osbornin puoleen saadakseen selityksen. Mpemba ja tohtori Osborne kokeilivat vettä eri lämpötiloissa ja päättelivät, että melkein kiehuva vesi alkaa jäätyä paljon nopeammin kuin vesi huoneenlämpötilassa. Muut tutkijat ovat tehneet omia kokeitaan ja joka kerta he ovat saaneet samanlaisia tuloksia.

Fysikaalisen ilmiön selitys

Ei ole yleisesti hyväksyttyä selitystä sille, miksi näin tapahtuu. Monet tutkijat ehdottavat, että kyse on nesteen alijäähdytyksestä, joka tapahtuu, kun sen lämpötila laskee jäätymisen alapuolelle. Toisin sanoen, jos vesi jäätyy alle 0 °C:n lämpötilassa, alijäähdytetyn veden lämpötila voi olla esimerkiksi -2 °C ja se voi silti pysyä nesteenä muuttumatta jääksi. Kun yritämme jäädyttää kylmää vettä, on mahdollista, että se alijäähtyy aluksi ja kovettuu vasta jonkin ajan kuluttua. Lämmitetyssä vedessä tapahtuu muita prosesseja. Sen nopeampi muuttuminen jääksi liittyy konvektioon.

Konvektio- Tämä on fysikaalinen ilmiö, jossa nesteen lämpimät alemmat kerrokset nousevat ja ylemmät, jäähtyneet, putoavat.

Vesi on yksi maailman upeimmista nesteistä, jolla on epätavallisia ominaisuuksia. Esimerkiksi jäällä - kiinteässä nestemäisessä tilassa - on ominaispaino pienempi kuin itse vedellä, mikä teki elämän syntymisen ja kehittymisen maapallolla monin tavoin mahdolliseksi. Lisäksi lähes tieteellisessä ja todellakin tieteellisessä maailmassa keskustellaan siitä, kumpi vesi jäätyy nopeammin - kuuma vai kylmä. Se, joka todistaa kuuman nesteen nopeamman jäätymisen tietyissä olosuhteissa ja perustelee päätöksensä tieteellisesti, saa 1 000 punnan palkinnon British Royal Society of Chemists -järjestöltä.

Tausta

Se tosiasia, että kuuma vesi on useissa olosuhteissa jäätymisnopeuden suhteen kylmää vettä edellä, havaittiin jo keskiajalla. Francis Bacon ja René Descartes ovat nähneet paljon vaivaa selittääkseen tämän ilmiön. Klassisen lämpötekniikan näkökulmasta tätä paradoksia ei kuitenkaan voida selittää, ja sitä yritettiin röyhkeästi vaimentaa. Sysäyksenä kiistan jatkamiselle oli hieman outo tarina, joka tapahtui tansanialaisen koulupojan Erasto Mpemballe (Erasto Mpemba) vuonna 1963. Kerran keittokoulussa jälkiruokien valmistustunnilla muusta hajamielinen poika ei ehtinyt jäähdyttää jäätelöseosta ajoissa ja laittaa pakastimeen sokeriliuosta kuumassa maidossa. Hänen yllätyksekseen tuote jäähtyi jonkin verran nopeammin kuin hänen jäätelönvalmistuksessa käytettävää lämpötilajärjestelmää noudattaneet harjoittajatoverit.

Yrittäessään ymmärtää ilmiön olemusta poika kääntyi fysiikan opettajan puoleen, joka yksityiskohtiin menemättä pilkkasi kulinaarisia kokeitaan. Erasto erottui kuitenkin kadehdittavasta sinnikkyydestään ja jatkoi kokeitaan ei enää maidolla, vaan vedellä. Hän varmisti, että joissakin tapauksissa kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Erasto Mpembe saapui Dar es Salaamin yliopistoon ja osallistui professori Dennis G. Osbornen luennolle. Valmistumisensa jälkeen opiskelija ymmärsi tiedemiehen ongelmasta, joka koskee veden jäätymisnopeutta sen lämpötilasta riippuen. DG Osborne pilkkasi kysymyksen esittämistä ja totesi tylysti, että jokainen häviäjä tietää, että kylmä vesi jäätyy nopeammin. Nuoren miehen luonnollinen sitkeys kuitenkin tuntui. Hän vetosi professorin kanssa ja tarjoutui suorittamaan kokeellisen testin täällä, laboratoriossa. Erasto asetti kaksi vesisäiliötä pakastimeen, toisen 35 °C:seen (95 °F) ja toisen 100 °C:seen. Mikä oli professorin ja ympäröivien "fanien" yllätys, kun vesi toisessa astiassa jäätyi nopeammin. Siitä lähtien tätä ilmiötä on kutsuttu "Mpemba-paradoksiksi".

Toistaiseksi ei kuitenkaan ole olemassa yhtenäistä teoreettista hypoteesia, joka selittäisi "Mpemba-paradoksia". Ei ole selvää, mitkä ulkoiset tekijät, veden kemiallinen koostumus, liuenneiden kaasujen ja mineraalien läsnäolo siinä, vaikuttavat nesteiden jäätymisnopeuteen eri lämpötiloissa. "Mpemba-ilmiön" paradoksi on, että se on ristiriidassa yhden I. Newtonin löytämän lain kanssa, jonka mukaan veden jäähtymisaika on suoraan verrannollinen nesteen ja ympäristön lämpötilaeroon. Ja jos kaikki muut nesteet ovat täysin tämän lain alaisia, vesi on joissain tapauksissa poikkeus.

Miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin?t

On olemassa useita versioita siitä, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Tärkeimmät ovat:

kuuma vesi haihtuu nopeammin, kun taas sen tilavuus pienenee ja pienempi nestemäärä jäähtyy nopeammin - kun vesi jäähdytetään + 100 ° C: sta 0 ° C: een, tilavuushäviöt ilmakehän paineessa saavuttavat 15%;
nesteen ja ympäristön välisen lämmönvaihdon intensiteetti on mitä suurempi, sitä suurempi lämpötilaero, joten kiehuvan veden lämpöhäviö kulkee nopeammin;
kuuman veden jäähtyessä sen pinnalle muodostuu jääkuori, joka estää nesteen täydellisen jäätymisen ja haihtumisen;
korkeassa veden lämpötilassa sen konvektiosekoittuminen tapahtuu, mikä vähentää jäätymisaikaa;
veteen liuenneet kaasut alentavat jäätymispistettä ja vievät energiaa kiteen muodostumiseen - kuumassa vedessä ei ole liuenneita kaasuja.

Kaikille näille olosuhteille on tehty toistuva kokeellinen tarkastus. Erityisesti saksalainen tiedemies David Auerbach havaitsi, että kuuman veden kiteytyslämpötila on hieman korkeampi kuin kylmän veden, mikä mahdollistaa entisen jäätymisen nopeammin. Myöhemmin hänen kokeitaan kuitenkin kritisoitiin ja monet tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että "Mpemba-ilmiö", josta vesi jäätyy nopeammin - kuumana tai kylmänä, voidaan toistaa vain tietyissä olosuhteissa, joita kukaan ei ole toistaiseksi etsinyt ja konkretisoinut.

Vanhassa hyvässä kaavassa H 2 O näyttää siltä, että salaisuuksia ei ole. Mutta itse asiassa vesi - elämän lähde ja tunnetuin neste maailmassa - on täynnä monia mysteereitä, joita joskus jopa tiedemiehet eivät pysty ratkaisemaan.

Tässä on 5 mielenkiintoisinta faktaa vedestä:

1. Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi

Ota kaksi vesisäiliötä: kaada kuumaa vettä toiseen ja kylmää vettä toiseen ja laita ne pakastimeen. Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi, vaikka loogisesti ajatellen kylmän veden olisi pitänyt muuttua ensin jääksi: kuuman veden pitää ensin jäähtyä kylmään ja sitten muuttua jääksi, kun taas kylmän veden ei tarvitse jäähtyä. Miksi tämä tapahtuu?

Vuonna 1963 Erasto B. Mpemba, ylioppilas Tansaniassa pakastaessaan valmistettua jäätelöseosta, huomasi, että kuuma seos kiinteytyi pakastimessa nopeammin kuin kylmä. Kun nuori mies jakoi löytönsä fysiikan opettajalle, hän vain nauroi hänelle. Onneksi opiskelija oli sinnikäs ja vakuutti opettajan suorittamaan kokeen, joka vahvisti hänen löytönsä: tietyissä olosuhteissa kuuma vesi todella jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Nyt tätä ilmiötä, jossa kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi, kutsutaan Mpemba-ilmiöksi. Totta, kauan ennen häntä tämän ainutlaatuisen veden ominaisuuden panivat merkille Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes.

Х.RU:n huomautus aiheeseen "Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi".

Koska jäähdytyskysymykset ovat lähempänä meitä, jäähdytysasiantuntijoita, annamme itsellemme mahdollisuuden mennä syvemmälle tämän ongelman olemukseen ja antaa kaksi mielipidettä tällaisen mystisen ilmiön luonteesta.

1. Washingtonin yliopiston tiedemies on tarjonnut selityksen Aristoteleen ajoilta tunnetulle mystiselle ilmiölle: miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Ilmiö, jota kutsutaan Mpemba-ilmiöksi, on laajalti käytössä käytännössä. Esimerkiksi asiantuntijat neuvovat autoilijoita kaatamaan kylmää vettä mieluummin kuin kuumaa vettä pesukoneen säiliöön talvella. Mutta mikä tämän ilmiön taustalla on, jäi tuntemattomaksi pitkään.

Tohtori Jonathan Katz Washingtonin yliopistosta tutki tätä ilmiötä ja totesi, että veteen liuenneilla aineilla on siinä tärkeä rooli, jotka saostuvat kuumennettaessa, raportoi EurekAlert.

Liuenneilla aineilla Dr. Katz tarkoittaa kovasta vedestä löytyviä kalsium- ja magnesiumbikarbonaatteja. Kun vettä kuumennetaan, nämä aineet saostuvat ja muodostavat kalkkia vedenkeittimen seinille. Vesi, jota ei ole koskaan lämmitetty, sisältää näitä epäpuhtauksia. Kun se jäätyy ja jääkiteitä muodostuu, epäpuhtauksien pitoisuus vedessä kasvaa 50-kertaiseksi. Tämä alentaa veden jäätymispistettä. "Ja nyt veden täytyy jäähtyä jäätyäkseen", selittää tohtori Katz.

On toinen syy, joka estää lämmittämättömän veden jäätymisen. Veden jäätymispisteen alentaminen pienentää kiinteän ja nestefaasin välistä lämpötilaeroa. "Koska nopeus, jolla vesi menettää lämpöä, riippuu tästä lämpötilaerosta, vesi, jota ei ole lämmitetty, jäähtyy vähemmän todennäköisesti", sanoo tohtori Katz.

Tiedemiehen mukaan hänen teoriaansa voidaan testata kokeellisesti, koska. Mpemba-ilmiö tulee voimakkaammaksi kovemmalla vedellä.

2. Happi plus vety ja kylmä muodostavat jäätä. Ensi silmäyksellä tämä läpinäkyvä aine näyttää hyvin yksinkertaiselta. Itse asiassa jää on täynnä monia mysteereitä. Afrikkalaisen Erasto Mpemban luoma jää ei ajatellut kunniaa. Päivät olivat kuumia. Hän halusi mehujää. Hän otti mehulaatikon ja laittoi sen pakastimeen. Hän teki tämän useammin kuin kerran ja huomasi siksi, että mehu jäätyy erityisen nopeasti, jos pidät sitä auringossa ennen sitä - lämmitä vain! Tämä on outoa, ajatteli tansanialainen koulupoika, joka toimi maallisen viisauden vastaisesti. Onko mahdollista, että jotta neste muuttuisi jääksi nopeammin, se on ensin ... lämmitettävä? Nuori mies oli niin yllättynyt, että hän kertoi arvauksensa opettajalle. Hän kertoi tästä uteliaisuudesta lehdistössä.

Tämä tarina tapahtui jo 1960-luvulla. Nyt "Mpemba-ilmiö" on tiedemiesten hyvin tiedossa. Mutta pitkään tämä näennäisesti yksinkertainen ilmiö pysyi mysteerinä. Miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi?

Vasta vuonna 1996 fyysikko David Auerbach löysi ratkaisun. Vastatakseen tähän kysymykseen hän suoritti koko vuoden kokeen: lämmitti vettä lasissa ja jäähdytti sen uudelleen. Mitä hän sitten sai selville? Kuumennettaessa veteen liuenneet ilmakuplat haihtuvat. Vesi, jossa ei ole kaasuja, jäätyy helpommin astian seinille. "Tietenkin vesi, jossa on paljon ilmaa, jäätyy myös", Auerbach sanoo, "mutta ei nollassa celsiusasteessa, vaan vain miinus neljästä kuuteen asteeseen." Tietysti joutuu odottamaan pidempään. Joten kuuma vesi jäätyy ennen kylmää vettä, tämä on tieteellinen tosiasia.

Tuskin on ainetta, joka ilmestyisi silmiemme eteen yhtä helposti kuin jää. Se koostuu vain vesimolekyyleistä - eli alkuainemolekyyleistä, jotka sisältävät kaksi vetyatomia ja yhden hapen. Jää on kuitenkin ehkä maailmankaikkeuden salaperäisin aine. Tiedemiehet eivät ole toistaiseksi pystyneet selittämään joitakin sen ominaisuuksia.

2. Superjäähdytys ja "flash" jäädytys

Kaikki tietävät, että vesi jäähtyy aina jäähtyessään 0 °C:seen... paitsi joissain tapauksissa! Tällainen tapaus on esimerkiksi "supercooling", joka on erittäin puhtaan veden ominaisuus pysyä nestemäisenä myös jäähtyneenä. Tämä ilmiö tulee mahdolliseksi, koska ympäristössä ei ole kiteytyskeskuksia tai ytimiä, jotka voisivat aiheuttaa jääkiteiden muodostumista. Ja niin vesi pysyy nestemäisessä muodossa, vaikka se jäähtyy alle nollan celsiusasteen lämpötiloihin. Kiteytysprosessin voivat laukaista esimerkiksi kaasukuplat, epäpuhtaudet (saasteet), säiliön epätasainen pinta. Ilman niitä vesi pysyy nestemäisessä tilassa. Kun kiteytysprosessi alkaa, voit seurata kuinka superjäähdytetty vesi muuttuu hetkessä jääksi.

Katso Phil Medinan (www.mrsciguy.com) video (2 901 Kb, 60 c) ja katso itse >>

Kommentti. Tulistettu vesi pysyy myös nestemäisenä, vaikka se kuumennetaan kiehumispisteensä yläpuolelle.

3. "Lasi" vesi

Nimeä nopeasti ja epäröimättä, kuinka monta eri tilaa vedellä on?

Jos vastasit kolmeen (kiinteä, nestemäinen, kaasu), olet väärässä. Tutkijat erottavat vähintään 5 erilaista nestemäistä vettä ja 14 jään tilaa.

Muistatko keskustelun superjäähdytetystä vedestä? Joten riippumatta siitä, mitä teet, -38 °C:ssa jopa puhtain superjäähdytetty vesi muuttuu yhtäkkiä jääksi. Mitä tapahtuu lisävähennyksen kanssa

lämpötila? -120 °C:ssa vedelle alkaa tapahtua jotain outoa: se muuttuu superviskoosiksi tai viskoosiksi, kuten melassi, ja alle -135 °C:n lämpötiloissa se muuttuu "lasimaiseksi" tai "lasimaiseksi" vedeksi - kiinteäksi aineeksi, jossa ei ole kiderakennetta.

4. Veden kvanttiominaisuudet

Molekyylitasolla vesi on vielä hämmästyttävämpää. Vuonna 1995 tutkijat suorittivat neutronien sironnan kokeen, joka antoi odottamattoman tuloksen: fyysikot havaitsivat, että vesimolekyyleihin suunnatut neutronit "näkevät" 25 % odotettua vähemmän vetyprotoneja.

Kävi ilmi, että yhden attosekunnin nopeudella (10 -18 sekuntia) tapahtuu epätavallinen kvanttivaikutus, ja veden kemiallisesta kaavasta tavallisen kaavan - H 2 O sijasta tulee H 1,5 O!

5. Onko vedellä muistia?

Vaihtoehtona perinteiselle lääketieteelle homeopatia väittää, että lääkevalmisteen laimealla liuoksella voi olla elimistöä parantava vaikutus, vaikka laimennuskerroin on niin suuri, ettei liuokseen jää muuta kuin vesimolekyylejä. Homeopatian kannattajat selittävät tämän paradoksin käsitteellä, jota kutsutaan "veden muistiksi", jonka mukaan vedellä molekyylitasolla on "muisti" aineesta, kun se on liuennut siihen ja säilyttää alkuperäisen pitoisuuden liuoksen ominaisuudet sen jälkeen, kun se on liuennut. ainesosan yksi molekyyli jää siihen.

Kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johti professori Madeleine Ennis Belfastin Queen's Universitystä ja kritisoi homeopatian periaatteita, teki vuonna 2002 kokeen kumotakseen tämän käsityksen lopullisesti. Tulos oli päinvastainen. Sen jälkeen tutkijat sanoivat, että He pystyivät todistamaan "veden muistin" vaikutuksen todellisuuden. Riippumattomien asiantuntijoiden valvonnassa tehdyt kokeet eivät kuitenkaan tuottaneet tuloksia. Kiistat "veden muistin" ilmiön olemassaolosta jatkuvat.

Vedellä on monia muita epätavallisia ominaisuuksia, joita emme ole käsitelleet tässä artikkelissa.

Kirjallisuus.

1. 5 todella outoa asiaa vedestä / http://www.neatorama.com.
2. Veden mysteeri: Aristoteles-Mpemba-ilmiön teoria luotiin / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Elottoman luonnon salaisuudet. Maailmankaikkeuden salaperäisin aine / http://www.bibliotekar.ru.