Đàn ông và phụ nữ 

Hiệu ứng Mpemba hay tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh? Tiết lộ bí mật về sự đông đặc nhanh chóng của nước nóng

"Chúng ta đã gặp một số đặc tính thú vị của nước cho phép chúng ta sống nói riêng và các sinh vật sống nói chung. Hãy tiếp tục chủ đề và mang đến cho bạn một đặc tính thú vị nữa (dù không rõ là thật hay hư cấu) .

Điều thú vị về nước - hiệu ứng Mpemba: bạn có biết rằng có tin đồn trên Internet rằng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh? Có thể bạn không biết, nhưng những tin đồn này đang lan truyền. Và rất ngoan cường. Vậy chúng ta đang nói về điều gì - một lỗi thí nghiệm hay một tính chất mới, thú vị của nước chưa được nghiên cứu?

Hãy tìm ra nó. Truyền thuyết, được lặp đi lặp lại từ trang này sang trang khác, đó là: chúng ta hãy lấy hai thùng chứa nước: đổ nước nóng vào thùng này và nước lạnh vào thùng kia, rồi đặt chúng vào tủ đông. Nước nóng sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Tại sao chuyện này đang xảy ra?

Năm 1963, một sinh viên người Tanzania tên là Erasto B. Mpemba, trong khi làm đông hỗn hợp kem đã chuẩn bị sẵn, nhận thấy rằng hỗn hợp nóng đông đặc nhanh hơn trong tủ đông so với hỗn hợp lạnh. Khi người thanh niên chia sẻ khám phá của mình với một giáo viên vật lý, ông chỉ cười vào mặt. May mắn thay, cậu học sinh đã kiên trì và thuyết phục được giáo viên tiến hành một thí nghiệm, điều này khẳng định khám phá của cậu: trong những điều kiện nhất định, nước nóng thực sự đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Phiên bản thứ hai của huyền thoại - Mpemba chuyển sang nhà khoa học vĩ đại, người may mắn thay, ở gần trường Mpemba của Châu Phi. Và nhà khoa học đã tin cậu bé và kiểm tra lại xem đó là gì. Thôi, chúng ta đi ... Hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh được gọi là "hiệu ứng Mpemba". Đúng, trước ông rất lâu, tính chất độc đáo này của nước đã được Aristotle, Francis Bacon và Rene Descartes ghi nhận.

Các nhà khoa học không hiểu đầy đủ về bản chất của hiện tượng này, giải thích nó là do sự khác biệt về nhiệt độ hạ nhiệt, bay hơi, hình thành băng, đối lưu, hoặc tác động của khí hóa lỏng với nước nóng và lạnh.

Vì vậy, chúng ta có hiệu ứng Mpemba (Mpemba Paradox) - một nghịch lý nói rằng nước nóng (trong những điều kiện nhất định) có thể đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Mặc dù đồng thời phải vượt qua nhiệt độ của nước lạnh trong quá trình cấp đông.

Theo đó, để đối phó với nghịch lý có hai cách. Đầu tiên là bắt đầu giải thích hiện tượng này, đưa ra các lý thuyết và vui mừng rằng nước là một chất lỏng bí ẩn. Hoặc bạn có thể đi theo cách khác - tiến hành thử nghiệm này một cách độc lập. Và rút ra kết luận thích hợp.

Hãy chuyển sang những người đã thực sự có trải nghiệm này đang cố gắng tái tạo hiệu ứng Mpemba. Và đồng thời, hãy cùng xem một nghiên cứu nhỏ xác định “chân mọc ra từ đâu”.

Bằng tiếng Nga, một thông điệp về hiệu ứng Mpemba xuất hiện lần đầu tiên cách đây 42 năm, theo báo cáo của tạp chí "Hóa học và Sự sống" (1970, số 1, trang 89). Được sự tận tâm, các nhân viên của “Hóa học và Sự sống” quyết định tự mình tiến hành thí nghiệm và đảm bảo: “sữa nóng cứng đầu không muốn đông trước đã”. Kết quả này được đưa ra một lời giải thích tự nhiên: “Chất lỏng nóng không nên đóng băng sớm hơn. Rốt cuộc, nhiệt độ của nó trước hết phải bằng nhiệt độ của chất lỏng lạnh.

Một trong những độc giả của “Hóa học và Đời sống” đã tường thuật như sau về các thí nghiệm của ông (1970, số 9, tr. 81). Anh đun sôi sữa, để nguội bằng nhiệt độ phòng rồi cho vào tủ lạnh cùng lúc với sữa chưa đun sôi cũng ở nhiệt độ phòng. Sữa đun sôi đông cứng nhanh hơn. Hiệu quả tương tự, nhưng yếu hơn, đạt được bằng cách đun nóng sữa đến 60 ° C thay vì đun sôi. Đun sôi có thể có tầm quan trọng cơ bản: điều này sẽ làm bay hơi một phần nước và làm bay hơi phần chất béo nhẹ hơn. Kết quả là, điểm đóng băng có thể thay đổi. Ngoài ra, khi đun nóng, và thậm chí hơn nữa khi đun sôi, một số biến đổi hóa học của phần hữu cơ của sữa có thể xảy ra.

Nhưng “chiếc điện thoại bị hỏng” đã hoạt động, và sau hơn 25 năm, câu chuyện này được mô tả như sau: “Một phần kem lạnh nhanh hơn nếu nó được cho vào tủ lạnh, sau khi hâm nóng tốt, hơn là nếu nó lần đầu tiên được để ở nhiệt độ lạnh ”(“ Tri thức là sức mạnh ”, 1997, số 10, tr. 100). Họ dần dần quên đi sữa, và chủ yếu là về nước.

Sau 13 năm, cũng trong cuốn “Hóa học và Cuộc sống” xuất hiện đoạn đối thoại sau: “Nếu bạn lấy hai chiếc cốc ra ngoài trời lạnh - với nước lạnh và nước nóng, thì nước nào sẽ đông nhanh hơn? ... Chờ mùa đông và kiểm tra: nóng nước sẽ đóng băng nhanh hơn ”(1993, số 9, tr. 79). Một năm sau, một lá thư của một độc giả tận tâm theo sau, người này chăm chỉ lấy những cốc nước lạnh và nóng ra khỏi cái lạnh trong mùa đông và tin rằng nước lạnh đóng băng nhanh hơn (1994, số 11, trang 62).

Một thí nghiệm tương tự cũng được thực hiện bằng tủ lạnh, trong đó ngăn đá được bao phủ bởi một lớp băng giá dày. Khi tôi đặt các cốc nước nóng và lạnh vào tủ đông này, sương giá bên dưới các cốc nước nóng tan ra, chúng chìm xuống và nước trong đó đông lại nhanh hơn. Khi tôi đặt kính trên sương giá, hiệu ứng không được quan sát thấy, vì sương dưới kính không tan. Hiệu quả không được quan sát thấy ngay cả khi, sau khi rã đông tủ lạnh, tôi đặt cốc vào tủ đông không có sương giá. Điều này chứng tỏ nguyên nhân của hậu quả là do sương tan dưới cốc nước nóng (Hóa học và Đời sống, 2000, số 2, trang 55).

Câu chuyện về nghịch lý được chú ý bởi cậu bé Tanzania đã nhiều lần đi kèm với một nhận xét quan trọng - họ nói, không nên bỏ qua bất kỳ thông tin nào, thậm chí rất kỳ lạ. Điều ước là tốt, nhưng không thể thành hiện thực. Nếu chúng ta không sàng lọc trước những thông tin không đáng tin cậy, thì chúng ta sẽ chết chìm trong đó. Và thông tin sai thường là sai. Ngoài ra, nó thường xảy ra (như trong trường hợp của hiệu ứng Mpemba) rằng tính không chắc chắn là hệ quả của sự biến dạng thông tin trong quá trình truyền.

Vì vậy, điều thú vị về nước nói chung và hiệu ứng Mpemba nói riêng, không phải lúc nào cũng đúng 🙂

Thêm chi tiết - trên trang http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh đang treo thưởng 1.000 bảng Anh cho bất kỳ ai có thể giải thích một cách khoa học lý do tại sao trong một số trường hợp, nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

“Khoa học hiện đại vẫn chưa thể trả lời câu hỏi tưởng chừng như đơn giản này. Các nhà sản xuất kem và nhân viên pha chế sử dụng hiệu ứng này trong công việc hàng ngày của họ, nhưng không ai thực sự biết tại sao nó lại hoạt động. Vấn đề này đã được biết đến trong nhiều thiên niên kỷ, các triết gia như Aristotle và Descartes đã nghĩ đến nó ”, Chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh, Giáo sư David Philips, trích dẫn trong một thông cáo báo chí từ Hiệp hội.

Làm thế nào một đầu bếp châu Phi đánh bại một giáo sư vật lý người Anh

Đây không phải là một trò đùa ngày Cá tháng Tư, mà là một thực tế vật lý khắc nghiệt. Khoa học ngày nay, vốn dễ dàng vận hành trên các thiên hà và lỗ đen, xây dựng các máy gia tốc khổng lồ để tìm kiếm các hạt quark và boson, không thể giải thích cách nguyên tố nước "hoạt động". Sách giáo khoa của trường nói rõ ràng rằng cần nhiều thời gian hơn để làm mát cơ thể nóng hơn là làm mát cơ thể lạnh. Nhưng đối với nước, định luật này không phải lúc nào cũng được tuân thủ. Aristotle đã thu hút sự chú ý đến nghịch lý này vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên. e. Đây là những gì người Hy Lạp cổ đại đã viết trong cuốn sách "Metnticlogica I": "Thực tế là nước được làm nóng trước góp phần làm cho nó đóng băng. Do đó, nhiều người khi muốn làm nguội nhanh nước nóng, trước hết phải đem ra phơi nắng… ”Vào thời Trung cổ, Francis Bacon và Rene Descartes đã cố gắng giải thích hiện tượng này. Than ôi, cả các triết gia vĩ đại và nhiều nhà khoa học phát triển vật lý nhiệt cổ điển đều không thành công trong việc này, và do đó một thực tế bất tiện như vậy đã bị “lãng quên” trong một thời gian dài.

Và chỉ đến năm 1968, họ “nhớ đến” nhờ cậu học sinh Erasto Mpemba đến từ Tanzania, khác xa với bất kỳ ngành khoa học nào. Khi đang học tại một trường dạy nấu ăn, vào năm 1963, Mpembe, 13 tuổi, được giao nhiệm vụ làm kem. Theo công nghệ, cần đun sôi sữa, cho đường vào hòa tan, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cho vào tủ lạnh cho đông lại. Rõ ràng, Mpemba không phải là một học sinh siêng năng và hay do dự. Lo sợ không kịp hết giờ học, anh đã cất hộp sữa còn nóng vào tủ lạnh. Trước sự ngạc nhiên của anh, nó còn đông lại sớm hơn cả sữa của đồng đội, được chuẩn bị theo tất cả các quy tắc.

Khi Mpemba chia sẻ khám phá của mình với một giáo viên vật lý, ông ấy đã chế giễu anh ta trước mặt cả lớp. Mpemba nhớ lại lời xúc phạm. Năm năm sau, khi đang là sinh viên của Đại học Dar es Salaam, anh đã có mặt tại một buổi thuyết trình của nhà vật lý nổi tiếng Denis G. Osborn. Sau bài giảng, ông hỏi nhà khoa học một câu hỏi: “Nếu bạn lấy hai thùng chứa giống hệt nhau với cùng một lượng nước, một ở 35 ° C (95 ° F) và cái kia ở 100 ° C (212 ° F), và đặt chúng trong ngăn đá, khi đó nước trong thùng nóng sẽ đông nhanh hơn. Tại sao?" Bạn có thể tưởng tượng phản ứng của một giáo sư người Anh trước câu hỏi của một thanh niên đến từ Tanzania bị khinh suất. Anh ấy đã làm trò cười cho học sinh. Tuy nhiên, Mpemba đã sẵn sàng cho một câu trả lời như vậy và thách thức nhà khoa học một cuộc cá cược. Cuộc tranh cãi của họ lên đến đỉnh điểm trong một cuộc thử nghiệm chứng minh Mpemba đúng và Osborne đã đánh bại. Vì vậy, người phụ bếp đã ghi tên mình vào lịch sử khoa học, và từ đó hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng Mpemba". Để loại bỏ nó, để tuyên bố nó như thể "không tồn tại" không hoạt động. Hiện tượng này tồn tại, và như nhà thơ đã viết, "không phải ở trong răng mà có chân."

Các hạt bụi và các chất hòa tan có đáng trách không?

Trong nhiều năm, nhiều người đã cố gắng làm sáng tỏ bí ẩn của nước đóng băng. Một loạt các giải thích cho hiện tượng này đã được đưa ra: bay hơi, đối lưu, ảnh hưởng của các chất tan - nhưng không có yếu tố nào trong số này có thể được coi là dứt khoát. Một số nhà khoa học đã cống hiến cả cuộc đời của họ cho hiệu ứng Mpemba. James Brownridge, một thành viên của Khoa An toàn Bức xạ tại Đại học Bang New York, đã nghiên cứu nghịch lý trong thời gian rảnh rỗi của mình trong hơn một thập kỷ. Sau khi tiến hành hàng trăm thí nghiệm, nhà khoa học tuyên bố rằng ông có bằng chứng về "tội lỗi" của chứng hạ thân nhiệt. Brownridge giải thích rằng ở 0 ° C, nước chỉ đông đặc và bắt đầu đóng băng khi nhiệt độ xuống thấp hơn. Điểm đóng băng được quy định bởi các tạp chất trong nước - chúng thay đổi tốc độ hình thành các tinh thể nước đá. Các tạp chất, và đây là các hạt bụi, vi khuẩn và muối hòa tan, có nhiệt độ tạo mầm đặc trưng của chúng, khi các tinh thể băng hình thành xung quanh các trung tâm kết tinh. Khi một số nguyên tố có mặt trong nước cùng một lúc, điểm đóng băng được xác định bởi nguyên tố có nhiệt độ tạo mầm cao nhất.

Để thực hiện thí nghiệm, Brownridge đã lấy hai mẫu nước ở cùng nhiệt độ và đặt chúng vào tủ đông. Ông phát hiện ra rằng một trong các mẫu luôn đóng băng trước mẫu kia - có lẽ là do sự kết hợp khác nhau của các tạp chất.

Brownridge tuyên bố rằng nước nóng lạnh nhanh hơn do chênh lệch nhiệt độ giữa nước và ngăn đá lớn hơn - điều này giúp nước đạt đến điểm đóng băng trước khi nước lạnh đạt đến điểm đóng băng tự nhiên, thấp hơn ít nhất 5 ° C.

Tuy nhiên, lập luận của Brownridge đặt ra nhiều câu hỏi. Do đó, những người có thể giải thích hiệu ứng Mpemba theo cách riêng của họ có cơ hội cạnh tranh để giành được một bảng Anh nghìn cân từ Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét lý do tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Nước nóng đóng băng nhanh hơn nhiều so với nước lạnh! Tính chất tuyệt vời này của nước, lời giải thích chính xác mà các nhà khoa học vẫn chưa thể tìm ra, đã được biết đến từ thời cổ đại. Ví dụ, ngay cả ở Aristotle cũng có mô tả về câu cá mùa đông: ngư dân cắm cần câu vào các lỗ trên băng, và để chúng đóng băng nhanh hơn, họ đổ nước ấm lên băng. Tên của hiện tượng này được đặt theo tên của Erasto Mpemba vào những năm 60 của TK XX. Mnemba nhận thấy hiệu ứng kỳ lạ khi làm kem và quay sang giáo viên vật lý của mình, Tiến sĩ Denis Osborne, để được giải thích. Mpemba và Tiến sĩ Osborne đã thử nghiệm với nước ở các nhiệt độ khác nhau và kết luận rằng hầu như nước sôi bắt đầu đóng băng nhanh hơn nhiều so với nước ở nhiệt độ phòng. Các nhà khoa học khác đã thực hiện các thí nghiệm của riêng họ và mỗi lần họ đều thu được kết quả tương tự.

Giải thích một hiện tượng vật lý

Không có lời giải thích chung nào được chấp nhận về lý do tại sao điều này lại xảy ra. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng đó là tất cả về sự siêu lạnh của một chất lỏng, xảy ra khi nhiệt độ của nó giảm xuống dưới mức đóng băng. Nói cách khác, nếu nước đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 ° C, thì nước siêu lạnh có thể có nhiệt độ, ví dụ, -2 ° C và vẫn ở dạng lỏng mà không biến thành đá. Khi chúng ta cố gắng làm đông nước lạnh, có khả năng lúc đầu nước sẽ trở nên siêu lạnh và chỉ cứng lại sau một thời gian. Trong nước đun nóng, các quá trình khác diễn ra. Sự biến đổi nhanh hơn của nó thành băng có liên quan đến sự đối lưu.

Đối lưu- Đây là hiện tượng vật lý trong đó các lớp ở dưới ấm của chất lỏng nổi lên và các lớp ở trên, nguội đi thì rơi xuống.

Nước là một trong những chất lỏng tuyệt vời nhất trên thế giới, có những đặc tính khác thường. Ví dụ, băng - một trạng thái rắn của chất lỏng, có trọng lượng riêng thấp hơn nước, điều này đã tạo nên sự xuất hiện và phát triển của sự sống trên Trái đất theo nhiều cách. Ngoài ra, trong giới cận khoa học và thực sự là thế giới khoa học, có những cuộc thảo luận về việc nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh. Ai chứng minh được sự đóng băng nhanh hơn của chất lỏng nóng trong những điều kiện nhất định và chứng minh được quyết định của mình một cách khoa học sẽ nhận được giải thưởng 1.000 bảng Anh từ Hiệp hội các nhà hóa học Hoàng gia Anh.

Lý lịch

Thực tế là, trong một số điều kiện, nước nóng đi trước nước lạnh về tốc độ đóng băng, đã được chú ý vào thời Trung Cổ. Francis Bacon và René Descartes đã nỗ lực rất nhiều để giải thích hiện tượng này. Tuy nhiên, theo quan điểm của kỹ thuật nhiệt cổ điển, nghịch lý này không thể giải thích được, và họ đã cố gắng che đậy nó một cách sơ sài. Động lực cho việc tiếp tục tranh chấp là một câu chuyện có phần gây tò mò xảy ra với cậu học sinh người Tanzania Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) vào năm 1963. Một lần, trong giờ học làm món tráng miệng ở trường dạy nấu ăn, một cậu bé bị xao nhãng vì việc khác, không kịp làm lạnh hỗn hợp kem và cho dung dịch đường vào sữa nóng vào ngăn đá. Trước sự ngạc nhiên của anh ấy, sản phẩm nguội nhanh hơn một chút so với những người bạn đồng tu của anh ấy, những người đã quan sát chế độ nhiệt độ để làm kem.

Cố gắng hiểu bản chất của hiện tượng, cậu bé quay sang một giáo viên vật lý, người mà không đi sâu vào chi tiết, đã chế nhạo các thí nghiệm nấu ăn của ông. Tuy nhiên, Erasto được chú ý bởi sự kiên trì đáng ghen tị và tiếp tục các thí nghiệm của mình không còn trên sữa mà trên nước. Ông đảm bảo rằng trong một số trường hợp, nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Vào Đại học Dar es Salaam, Erasto Mpembe tham dự một bài giảng của Giáo sư Dennis G. Osborne. Sau khi tốt nghiệp, sinh viên này đã khiến nhà khoa học bối rối với bài toán về tốc độ đóng băng của nước phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. D.G. Osborne đã chế nhạo chính cách đặt ra câu hỏi, nói với vẻ ngô nghê rằng bất kỳ kẻ thua cuộc nào cũng biết rằng nước lạnh sẽ đóng băng nhanh hơn. Tuy nhiên, sự kiên trì bẩm sinh của chàng trai trẻ đã tự cảm nhận được. Anh đã đặt cược với giáo sư, đề nghị tiến hành một cuộc thử nghiệm thực nghiệm tại đây, trong phòng thí nghiệm. Erasto đặt hai thùng nước vào tủ đông, một ở 95 ° F (35 ° C) và một ở 212 ° F (100 ° C). Giáo sư và những người “hâm mộ” xung quanh ngạc nhiên gì khi nước trong thùng thứ hai đông cứng nhanh hơn. Kể từ đó, hiện tượng này được gọi là "Nghịch lý Mpemba".

Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có giả thuyết lý thuyết mạch lạc nào giải thích cho "Nghịch lý Mpemba". Người ta không rõ những yếu tố bên ngoài, thành phần hóa học của nước, sự hiện diện của khí hòa tan và khoáng chất trong đó, ảnh hưởng đến tốc độ đóng băng của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau. Điều nghịch lý của "Hiệu ứng Mpemba" là nó mâu thuẫn với một trong những định luật do I. Newton phát hiện ra, trong đó nói rằng thời gian nguội đi của nước tỷ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng và môi trường. Và nếu tất cả các chất lỏng khác hoàn toàn tuân theo định luật này, thì nước trong một số trường hợp là một ngoại lệ.

Tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn?t

Có một số phiên bản về lý do tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Những điều chính là:

  • nước nóng bay hơi nhanh hơn, trong khi thể tích của nó giảm, và một thể tích chất lỏng nhỏ hơn sẽ nguội nhanh hơn - khi nước được làm lạnh từ + 100 ° С đến 0 ° С, tổn thất thể tích ở áp suất khí quyển đạt tới 15%;
  • cường độ trao đổi nhiệt giữa chất lỏng và môi trường càng cao, chênh lệch nhiệt độ càng lớn nên sự mất nhiệt của nước sôi qua nhanh hơn;
  • khi nước nóng nguội đi, một lớp vỏ băng hình thành trên bề mặt của nó, ngăn cản chất lỏng hoàn toàn đóng băng và bay hơi;
  • ở nhiệt độ cao của nước xảy ra quá trình trộn đối lưu, làm giảm thời gian đóng băng;
  • các chất khí hòa tan trong nước hạ thấp điểm đóng băng, lấy năng lượng để hình thành tinh thể - không có khí hòa tan trong nước nóng.

Tất cả các điều kiện này đã được kiểm chứng thực nghiệm nhiều lần. Đặc biệt, nhà khoa học người Đức David Auerbach đã phát hiện ra rằng nhiệt độ kết tinh của nước nóng cao hơn một chút so với nước lạnh, điều này làm cho nó có thể đóng băng nhanh hơn. Tuy nhiên, sau đó các thí nghiệm của ông đã bị chỉ trích và nhiều nhà khoa học tin rằng “Hiệu ứng Mpemba” về việc nước đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, chỉ có thể được tái tạo trong một số điều kiện nhất định, điều mà cho đến nay vẫn chưa ai tìm kiếm và cụ thể hóa.

Trong công thức cũ H 2 O, có vẻ như không có bí mật nào. Nhưng trên thực tế, nước - nguồn gốc của sự sống và là chất lỏng nổi tiếng nhất thế giới - ẩn chứa nhiều điều bí ẩn mà đôi khi các nhà khoa học cũng không thể giải đáp được.

Dưới đây là 5 sự thật thú vị nhất về nước:

1. Nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh

Lấy hai thùng chứa nước: đổ nước nóng vào một và nước lạnh vào thùng kia, và đặt chúng vào ngăn đá. Nước nóng sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh, mặc dù về mặt logic, nước lạnh trước hết phải biến thành đá: xét cho cùng, nước nóng trước tiên phải nguội xuống nhiệt độ lạnh, sau đó mới biến thành đá, còn nước lạnh thì không cần hạ nhiệt. Tại sao chuyện này đang xảy ra?

Năm 1963, Erasto B. Mpemba, một học sinh trung học phổ thông ở Tanzania, trong khi làm đông hỗn hợp kem đã chuẩn bị, nhận thấy rằng hỗn hợp nóng đông đặc nhanh hơn trong tủ đông so với hỗn hợp lạnh. Khi người thanh niên chia sẻ khám phá của mình với một giáo viên vật lý, ông chỉ cười vào mặt. May mắn thay, cậu học sinh đã kiên trì và thuyết phục được giáo viên tiến hành một thí nghiệm, điều này khẳng định khám phá của cậu: trong những điều kiện nhất định, nước nóng thực sự đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh được gọi là hiệu ứng Mpemba. Đúng, trước ông rất lâu, tính chất độc đáo này của nước đã được Aristotle, Francis Bacon và Rene Descartes ghi nhận.

Các nhà khoa học không hiểu đầy đủ về bản chất của hiện tượng này, giải thích nó là do sự khác biệt về nhiệt độ hạ nhiệt, bay hơi, hình thành băng, đối lưu, hoặc tác động của khí hóa lỏng với nước nóng và lạnh.

Lưu ý từ Х.RU đến chủ đề "Nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh".

Vì vấn đề làm mát gần gũi hơn với chúng ta, các chuyên gia điện lạnh, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn một chút về bản chất của vấn đề này và đưa ra hai ý kiến ​​về bản chất của hiện tượng bí ẩn đó.

1. Một nhà khoa học từ Đại học Washington đã đưa ra lời giải thích cho một hiện tượng bí ẩn được biết đến từ thời Aristotle: tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Hiện tượng, được gọi là hiệu ứng Mpemba, được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ví dụ, các chuyên gia khuyên người lái xe nên đổ nước lạnh hơn là nước nóng vào bình chứa của máy giặt vào mùa đông. Nhưng điều gì làm cơ sở cho hiện tượng này vẫn chưa được biết trong một thời gian dài.

Tiến sĩ Jonathan Katz của Đại học Washington đã nghiên cứu hiện tượng này và kết luận rằng các chất hòa tan trong nước đóng một vai trò quan trọng trong đó, chúng kết tủa khi đun nóng, báo cáo của EurekAlert.

Theo các chất hòa tan, Tiến sĩ Katz có nghĩa là canxi và magiê bicarbonat được tìm thấy trong nước cứng. Khi đun nước, các chất này kết tủa, đóng cặn trên thành bình. Nước chưa từng được đun nóng có chứa các tạp chất này. Khi nó đóng băng và các tinh thể nước đá hình thành, nồng độ tạp chất trong nước tăng lên 50 lần. Điều này làm giảm điểm đóng băng của nước. Tiến sĩ Katz giải thích: “Và bây giờ nước phải nguội đi để đóng băng.

Có một lý do thứ hai ngăn cản sự đóng băng của nước chưa được làm nóng. Việc hạ thấp điểm đóng băng của nước làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa pha rắn và pha lỏng. Tiến sĩ Katz nhận xét: “Bởi vì tốc độ nước mất nhiệt phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ này, nước chưa được làm nóng sẽ nguội đi”.

Theo nhà khoa học, lý thuyết của ông có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm, bởi vì. hiệu ứng Mpemba trở nên rõ rệt hơn đối với nước cứng hơn.

2. Oxy cộng với hydro cộng với lạnh tạo ra băng. Thoạt nhìn, chất trong suốt này có vẻ rất đơn giản. Trên thực tế, tảng băng còn ẩn chứa nhiều điều bí ẩn. Tảng băng được tạo ra bởi Erasto Mpemba người châu Phi không nghĩ đến vinh quang. Những ngày thật nóng. Anh ấy muốn kem que. Anh lấy một thùng nước trái cây và cho vào ngăn đá. Anh ấy đã làm điều này nhiều hơn một lần và do đó nhận thấy rằng nước trái cây đặc biệt đông đặc nhanh chóng, nếu bạn giữ nó dưới ánh nắng mặt trời trước đó - chỉ cần làm nóng nó lên! Điều này thật kỳ lạ, cậu học sinh Tanzania nghĩ vậy, người đã hành động trái ngược với sự khôn ngoan của thế gian. Có thể nào để chất lỏng chuyển thành nước đá nhanh hơn thì trước hết phải ... đun nóng? Chàng trai trẻ ngạc nhiên đến mức chia sẻ suy đoán của mình với giáo viên. Ông đã báo cáo sự tò mò này trên báo chí.

Câu chuyện này xảy ra vào những năm 1960. Hiện nay "hiệu ứng Mpemba" đã được các nhà khoa học biết đến nhiều. Nhưng trong một thời gian dài, hiện tượng tưởng chừng như đơn giản này vẫn là một bí ẩn. Tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh?

Mãi đến năm 1996, nhà vật lý David Auerbach mới tìm ra lời giải. Để trả lời câu hỏi này, ông đã tiến hành một thí nghiệm trong suốt một năm: ông đun nóng nước trong ly và làm lạnh lại. Vậy anh ấy đã phát hiện ra điều gì? Khi đun nóng, bọt khí hòa tan trong nước bay hơi. Nước không có khí dễ đóng băng hơn trên thành bình. Auerbach nói: “Tất nhiên, nước có hàm lượng không khí cao cũng sẽ đóng băng, nhưng không phải ở 0 độ C mà chỉ ở âm 4 đến 6 độ. Tất nhiên, bạn sẽ phải đợi lâu hơn. Vì vậy, nước nóng đóng băng trước nước lạnh, đây là một sự thật khoa học.

Khó có một chất nào có thể xuất hiện trước mắt chúng ta một cách dễ dàng như nước đá. Nó chỉ bao gồm các phân tử nước - tức là các phân tử cơ bản chứa hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Tuy nhiên, băng có lẽ là chất bí ẩn nhất trong vũ trụ. Các nhà khoa học cho đến nay vẫn chưa thể giải thích được một số đặc tính của nó.

2. Siêu làm lạnh và đóng băng "flash"

Mọi người đều biết rằng nước luôn chuyển thành đá khi nó nguội xuống 0 ° C ... ngoại trừ một số trường hợp! Ví dụ, một trường hợp như vậy là "siêu làm lạnh", là đặc tính của nước rất tinh khiết để vẫn ở dạng lỏng ngay cả khi được làm lạnh dưới mức đóng băng. Hiện tượng này có thể xảy ra do thực tế là môi trường không chứa các trung tâm hoặc hạt nhân kết tinh có thể gây ra sự hình thành các tinh thể băng. Và do đó, nước vẫn ở dạng lỏng, ngay cả khi làm lạnh đến nhiệt độ dưới 0 độ C. Quá trình kết tinh có thể được kích hoạt, ví dụ, bởi bọt khí, tạp chất (ô nhiễm), bề mặt không bằng phẳng của vật chứa. Nếu không có chúng, nước sẽ ở trạng thái lỏng. Khi quá trình kết tinh bắt đầu, bạn có thể quan sát cách nước siêu làm lạnh ngay lập tức biến thành đá.

Xem video (2 901 Kb, 60 c) của Phil Medina (www.mrsciguy.com) và tự mình xem >>

Nhận xét. Nước quá nhiệt cũng ở trạng thái lỏng ngay cả khi đun trên nhiệt độ sôi của nó.

3. Nước "thủy tinh"

Nhanh chóng và không do dự, hãy kể tên nước có bao nhiêu trạng thái khác nhau?

Nếu bạn trả lời là ba (rắn, lỏng, khí) thì bạn đã sai. Các nhà khoa học phân biệt được ít nhất 5 trạng thái khác nhau của nước ở thể lỏng và 14 trạng thái của băng.

Bạn có nhớ cuộc trò chuyện về nước siêu làm mát không? Vì vậy, bất kể bạn làm gì, ở -38 ° C, ngay cả nước siêu làm mát tinh khiết nhất cũng đột nhiên biến thành đá. Điều gì xảy ra với mức giảm hơn nữa

nhiệt độ? Ở -120 ° C, một điều gì đó kỳ lạ bắt đầu xảy ra với nước: nó trở nên siêu nhớt hoặc nhớt, giống như mật đường, và ở nhiệt độ dưới -135 ° C, nó biến thành nước "thủy tinh" hoặc "thủy tinh" - một chất rắn trong đó không có cấu trúc tinh thể.

4. Tính chất lượng tử của nước

Ở cấp độ phân tử, nước còn đáng ngạc nhiên hơn. Năm 1995, các nhà khoa học tiến hành một thí nghiệm về tán xạ neutron đã cho một kết quả bất ngờ: các nhà vật lý nhận thấy rằng neutron nhắm vào phân tử nước "nhìn thấy" ít hơn 25% số proton hydro so với dự kiến.

Hóa ra ở tốc độ một giây (10-18 giây), một hiệu ứng lượng tử bất thường xảy ra, và công thức hóa học của nước thay vì công thức thông thường - H 2 O, trở thành H 1,5 O!

5. Nước có trí nhớ không?

Vi lượng đồng căn, một giải pháp thay thế cho thuốc thông thường, tuyên bố rằng dung dịch pha loãng của một sản phẩm thuốc có thể có tác dụng chữa bệnh trên cơ thể, ngay cả khi hệ số pha loãng lớn đến mức không còn gì trong dung dịch ngoài các phân tử nước. Những người ủng hộ vi lượng đồng căn giải thích nghịch lý này bằng một khái niệm gọi là "bộ nhớ của nước", theo đó nước ở cấp độ phân tử có "bộ nhớ" của chất đã từng hòa tan trong nó và giữ lại các đặc tính của dung dịch có nồng độ ban đầu sau khi không phân tử đơn lẻ của thành phần vẫn còn trong đó.

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế dẫn đầu bởi Giáo sư Madeleine Ennis từ Đại học Queen's Belfast, người đã chỉ trích các nguyên tắc của vi lượng đồng căn, đã tiến hành một thí nghiệm vào năm 2002 để bác bỏ quan niệm này một lần và mãi mãi. họ đã có thể chứng minh thực tế về tác dụng của "trí nhớ của nước. Tuy nhiên, các thí nghiệm được tiến hành dưới sự giám sát của các chuyên gia độc lập đã không mang lại kết quả. Tranh chấp về sự tồn tại của hiện tượng" trí nhớ của nước "vẫn tiếp tục.

Nước có nhiều đặc tính bất thường khác mà chúng tôi chưa đề cập đến trong bài viết này.

Văn chương.

1. 5 Điều Thực Sự Kỳ Lạ Về Nước / http://www.neatorama.com.
2. Bí ẩn của nước: lý thuyết về hiệu ứng Aristotle-Mpemba được tạo ra / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Bí mật của thiên nhiên vô tri. Chất bí ẩn nhất trong vũ trụ / http://www.bibliotekar.ru.