Video: hansı su daha sürətli donur - isti və ya soyuq. Niyə isti su soyuq sudan daha tez donur?

Mpemba effekti və ya niyə isti su soyuq sudan daha tez donur? Mpemba Effekti (Mpemba Paradoksu) bəzi şərtlərdə isti suyun soyuq sudan daha sürətli donduğunu ifadə edən paradoksdur, baxmayaraq ki, dondurma zamanı soyuq suyun temperaturunu keçməlidir. Bu paradoks adi fikirlərlə ziddiyyət təşkil edən eksperimental faktdır, ona görə, eyni şəraitdə daha çox qızdırılan cismin müəyyən bir temperatura qədər soyuması az qızdırılan cismin eyni temperatura qədər soyumasından daha çox vaxt tələb edir. Bu hadisəni bir vaxtlar Aristotel, Frensis Bekon və Rene Dekart müşahidə etmişdilər, lakin yalnız 1963-cü ildə tanzaniyalı məktəbli Erasto Mpemba isti dondurma qarışığının soyuqdan daha tez donduğunu kəşf etdi. Tanzaniyadakı Magambi Liseyində tələbə olarkən Erasto Mpemba aşpaz kimi praktiki işlər görürdü. Ona evdə hazırlanmış dondurma hazırlamaq lazım idi - südü qaynadın, şəkəri həll edin, otaq temperaturuna qədər soyudun və sonra dondurmaq üçün soyuducuya qoyun. Görünür, Mpemba o qədər də çalışqan tələbə deyildi və tapşırığın birinci hissəsini yerinə yetirməyi gecikdirdi. Dərsin sonuna çatmayacağından qorxaraq hələ də isti südü soyuducuya qoydu. Təəccüblüdür ki, o, verilmiş texnologiyaya uyğun olaraq hazırladığı yoldaşlarının südündən də tez donub. Bundan sonra Mpemba təkcə südlə deyil, adi su ilə də təcrübə aparıb. Hər halda, o, artıq Mkvava orta məktəbinin tələbəsi olarkən Dar-Əs-Salam Universitet Kollecinin professoru Dennis Osborndan (məktəb direktoru tərəfindən tələbələrə fizikadan mühazirə oxumaq üçün dəvət olunur) xüsusi olaraq su haqqında xahiş etdi: “Əgər siz bərabər həcmdə su olan iki eyni qaba qoyun ki, onlardan birində suyun temperaturu 35°C, digərində isə 100°C olsun və onları dondurucuya qoyun, sonra ikincisində su daha tez donacaq. Niyə?" Osborne bu məsələ ilə maraqlandı və tezliklə, 1969-cu ildə o və Mpemba öz təcrübələrinin nəticələrini Physics Education jurnalında dərc etdilər. O vaxtdan bəri kəşf etdikləri effekt Mpemba effekti adlanır. İndiyə qədər heç kim bu qəribə təsiri necə izah edəcəyini dəqiq bilmir. Alimlərin tək bir versiyası yoxdur, baxmayaraq ki, çoxdur. Söhbət isti və soyuq suyun xassələrindəki fərqdən gedir, lakin bu halda hansı xassələrin rol oynadığı hələ aydın deyil: həddindən artıq soyutma, buxarlanma, buz əmələ gəlməsi, konveksiya və ya mayeləşdirilmiş qazların suya təsiri. müxtəlif temperaturlar. Mpemba effektinin paradoksu ondan ibarətdir ki, cismin ətraf mühitin temperaturuna qədər soyuduğu vaxt bu bədənlə ətraf mühit arasındakı temperatur fərqi ilə mütənasib olmalıdır. Bu qanun Nyuton tərəfindən qoyulmuş və o vaxtdan bəri dəfələrlə praktikada təsdiq edilmişdir. Bu təsirdə, temperaturu 100 ° C olan su eyni miqdarda temperaturu 35 ° C olan sudan daha tez 0 ° C temperatura qədər soyuyur. Lakin bu hələ paradoksu nəzərdə tutmur, çünki Mpemba effekti məlum fizika çərçivəsində izah edilə bilər. Mpemba effekti ilə bağlı bəzi izahatları təqdim edirik: Buxarlanma İsti su qabdan daha tez buxarlanır və bununla da onun həcmi azalır və eyni temperaturda daha kiçik həcmdə su daha tez donur. 100 C-yə qədər qızdırılan su 0 C-yə qədər soyuduqda öz kütləsinin 16%-ni itirir. Buxarlanmanın təsiri ikiqat təsirdir. Birincisi, soyutma üçün tələb olunan suyun kütləsi azalır. İkincisi, su fazasından buxar fazasına keçidin buxarlanma istiliyinin azalması səbəbindən temperatur azalır. Temperatur fərqi İsti su ilə soyuq hava arasındakı temperatur fərqi daha çox olduğuna görə, bu halda istilik mübadiləsi daha sıx olur və isti su daha tez soyuyur. Hipotermi Su 0 C-dən aşağı soyuduqda həmişə donmur. Bəzi şərtlərdə o, donmadan aşağı temperaturda maye qalmağa davam edərək, həddindən artıq soyumağa məruz qala bilər. Bəzi hallarda su -20 C temperaturda belə maye olaraq qala bilir. Bu təsirin səbəbi ilk buz kristallarının əmələ gəlməyə başlaması üçün kristal əmələgəlmə mərkəzlərinə ehtiyac olmasıdır. Əgər onlar maye suda yoxdursa, o zaman kristalların özbaşına əmələ gəlməsi üçün temperatur kifayət qədər azalana qədər supersoyutma davam edəcək. Həddindən artıq soyudulmuş mayedə əmələ gəlməyə başlayanda, daha sürətli böyüməyə başlayacaqlar və buz əmələ gətirmək üçün donacaq çamurlu buz əmələ gətirəcəklər. İsti su hipotermiyaya ən çox həssasdır, çünki onun qızdırılması həll edilmiş qazları və baloncukları çıxarır, bu da öz növbəsində buz kristallarının meydana gəlməsi üçün mərkəz kimi xidmət edə bilər. Niyə hipotermiya isti suyun daha sürətli donmasına səbəb olur? Aşırı soyudulmayan soyuq su vəziyyətində aşağıdakılar baş verir. Bu vəziyyətdə gəminin səthində nazik bir buz təbəqəsi meydana gələcək. Bu buz təbəqəsi su ilə soyuq hava arasında izolyator rolunu oynayacaq və daha da buxarlanmanın qarşısını alacaq. Bu halda buz kristallarının əmələ gəlmə sürəti daha aşağı olacaq. Aşırı soyumağa məruz qalan isti su vəziyyətində, həddindən artıq soyudulmuş suyun qoruyucu səthi buz təbəqəsi yoxdur. Buna görə də açıq üstü ilə istiliyi daha tez itirir. Aşırı soyutma prosesi başa çatdıqda və su donduqda, daha çox istilik itirilir və buna görə də daha çox buz əmələ gəlir. Bu təsirin bir çox tədqiqatçısı hipotermiyanı Mpemba effekti vəziyyətində əsas amil hesab edir. Konveksiya Soyuq su yuxarıdan donmağa başlayır, bununla da istilik radiasiyası və konveksiya prosesləri pisləşir və buna görə də istilik itkisi, isti su isə aşağıdan donmağa başlayır. Bu təsir suyun sıxlığında anomaliya ilə izah olunur. Suyun maksimum sıxlığı 4 C-də olur. Suyu 4 C-ə qədər soyudub daha aşağı temperaturda qoysanız, suyun səth təbəqəsi daha tez donar. Bu su 4 C temperaturda sudan daha az sıx olduğu üçün səthdə qalaraq nazik soyuq təbəqə əmələ gətirir. Bu şəraitdə qısa müddət ərzində suyun səthində nazik buz təbəqəsi əmələ gələcək, lakin bu buz təbəqəsi 4 C temperaturda qalacaq suyun alt qatlarını qoruyaraq izolyator rolunu oynayacaq. Buna görə də, sonrakı soyutma prosesi daha yavaş olacaq. İsti su vəziyyətində vəziyyət tamamilə fərqlidir. Suyun səth təbəqəsi buxarlanma və daha böyük temperatur fərqi səbəbindən daha tez soyuyacaq. Bundan əlavə, soyuq su təbəqələri isti su təbəqələrindən daha sıxdır, buna görə də soyuq su təbəqəsi aşağı batacaq, isti su qatını səthə qaldıracaqdır. Suyun bu sirkulyasiyası temperaturun sürətlə düşməsini təmin edir. Bəs niyə bu proses tarazlıq nöqtəsinə çatmır? Mpemba effektini bu konveksiya nöqteyi-nəzərindən izah etmək üçün suyun soyuq və isti təbəqələrinin ayrıldığını və suyun orta temperaturu 4 C-dən aşağı düşdükdən sonra konveksiya prosesinin özünün davam etdiyini düşünmək lazımdır. suyun soyuq və isti təbəqələrinin konveksiya prosesi ilə ayrıldığına dair bu fərziyyəni təsdiqləyən eksperimental məlumatlar. Suda həll olunan qazlar Suda həmişə həll olunmuş qazlar - oksigen və karbon qazı olur. Bu qazlar suyun donma nöqtəsini azaltmaq qabiliyyətinə malikdir. Su qızdırıldıqda bu qazlar sudan ayrılır, çünki onların suda həllolma qabiliyyəti yüksək temperaturda aşağı olur. Buna görə də, isti su soyuduqda, həmişə qızdırılmamış soyuq suya nisbətən daha az həll olunmuş qazları ehtiva edir. Buna görə də qızdırılan suyun donma nöqtəsi daha yüksəkdir və daha tez donur. Bu faktı təsdiqləyən eksperimental məlumatlar olmasa da, bəzən bu amil Mpemba effektinin izahında əsas amil hesab olunur. İstilik keçiriciliyi Bu mexanizm su kiçik qablarda soyuducu kameranın dondurucuya yerləşdirildiyi zaman mühüm rol oynaya bilər. Bu şərtlər altında, isti su qabının altındakı dondurucuda olan buzu əritdiyi və bununla da dondurucunun divarı ilə istilik təmasını və istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırdığı müşahidə edilmişdir. Nəticədə isti su qabından soyuqdan daha sürətli istilik çıxarılır. Öz növbəsində, soyuq su olan bir qab altındakı qarı əritmir. Bütün bu (eləcə də digər) şərtlər bir çox təcrübələrdə öyrənildi, lakin suala aydın cavab - onlardan hansı Mpemba effektinin yüz faiz reproduksiyasını təmin edir - heç vaxt alınmadı. Məsələn, 1995-ci ildə alman fiziki David Auerbach supersoyutma suyunun bu təsirə təsirini tədqiq etmişdir. Aşırı soyudulmuş bir vəziyyətə çatan isti suyun soyuq sudan daha yüksək temperaturda donduğunu və buna görə də sonuncudan daha sürətli olduğunu kəşf etdi. Ancaq soyuq su, isti sudan daha sürətli soyudulmuş vəziyyətə çatır və bununla da əvvəlki geriləməni kompensasiya edir. Bundan əlavə, Auerbach-ın nəticələri əvvəlki məlumatlarla ziddiyyət təşkil etdi ki, isti su daha az kristallaşma mərkəzləri sayəsində daha çox soyumağa nail ola bildi. Su qızdırıldıqda orada həll olunan qazlar çıxarılır, qaynadılanda isə tərkibində həll olunan bəzi duzlar çökür. Hələlik yalnız bir şeyi qeyd etmək olar - bu effektin reproduksiyası təcrübənin aparıldığı şərtlərdən əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Məhz ona görə ki, o, həmişə təkrar istehsal olunmur. O. V. Mosin

Mpemba effekti(Mpemba paradoksu) - donma prosesində soyuq suyun temperaturunu keçməli olmasına baxmayaraq, bəzi şərtlərdə isti suyun soyuq sudan daha sürətli donduğunu ifadə edən paradoks. Bu paradoks adi fikirlərlə ziddiyyət təşkil edən eksperimental faktdır, ona görə, eyni şəraitdə daha çox qızdırılan cismin müəyyən bir temperatura qədər soyuması az qızdırılan cismin eyni temperatura qədər soyumasından daha çox vaxt tələb edir.

Bu hadisəni bir vaxtlar Aristotel, Frensis Bekon və Rene Dekart müşahidə etmişdilər, lakin yalnız 1963-cü ildə tanzaniyalı məktəbli Erasto Mpemba isti dondurma qarışığının soyuqdan daha tez donduğunu kəşf etdi.

Tanzaniyadakı Magambi Liseyində tələbə olarkən Erasto Mpemba aşpaz kimi praktiki işlər görürdü. Ona evdə hazırlanmış dondurma hazırlamaq lazım idi - südü qaynadın, şəkəri həll edin, otaq temperaturuna qədər soyudun və sonra dondurmaq üçün soyuducuya qoyun. Görünür, Mpemba o qədər də çalışqan tələbə deyildi və tapşırığın birinci hissəsini yerinə yetirməyi gecikdirdi. Dərsin sonuna çatmayacağından qorxaraq hələ də isti südü soyuducuya qoydu. Təəccüblüdür ki, o, verilmiş texnologiyaya uyğun olaraq hazırladığı yoldaşlarının südündən də tez donub.

Bundan sonra Mpemba təkcə südlə deyil, adi su ilə də təcrübə aparıb. Hər halda, o, artıq Mkvava orta məktəbinin tələbəsi olarkən Dar-Əs-Salam Universitet Kollecinin professoru Dennis Osborndan (məktəb direktoru tərəfindən tələbələrə fizikadan mühazirə oxumaq üçün dəvət olunur) xüsusi olaraq su haqqında xahiş etdi: “Əgər siz bərabər həcmdə su olan iki eyni qaba qoyun ki, onlardan birində suyun temperaturu 35°C, digərində isə 100°C olsun və onları dondurucuya qoyun, sonra ikincisində su daha tez donacaq. Niyə?" Osborne bu məsələ ilə maraqlandı və tezliklə, 1969-cu ildə o və Mpemba öz təcrübələrinin nəticələrini Physics Education jurnalında dərc etdilər. O vaxtdan bəri kəşf etdikləri effekt adlandırıldı Mpemba effekti.

İndiyə qədər heç kim bu qəribə təsiri necə izah edəcəyini dəqiq bilmir. Alimlərin tək bir versiyası yoxdur, baxmayaraq ki, çoxdur. Söhbət isti və soyuq suyun xassələrindəki fərqdən gedir, lakin bu halda hansı xassələrin rol oynadığı hələ aydın deyil: həddindən artıq soyutma, buxarlanma, buz əmələ gəlməsi, konveksiya və ya mayeləşdirilmiş qazların suya təsiri. müxtəlif temperaturlar.

Mpemba effektinin paradoksu ondan ibarətdir ki, cismin ətraf mühitin temperaturuna qədər soyuduğu vaxt bu bədənlə ətraf mühit arasındakı temperatur fərqi ilə mütənasib olmalıdır. Bu qanun Nyuton tərəfindən qoyulmuş və o vaxtdan bəri dəfələrlə praktikada təsdiq edilmişdir. Bu təsirdə, temperaturu 100 ° C olan su eyni miqdarda temperaturu 35 ° C olan sudan daha tez 0 ° C temperatura qədər soyuyur.

Lakin bu hələ paradoksu nəzərdə tutmur, çünki Mpemba effekti məlum fizika çərçivəsində izah edilə bilər. Mpemba effekti üçün bəzi izahatlar bunlardır:

Buxarlanma

İsti su konteynerdən daha sürətli buxarlanır və bununla da onun həcmi azalır və eyni temperaturda daha kiçik həcmli su daha tez donur. 100 C-yə qədər qızdırılan su 0 C-yə qədər soyuduqda öz kütləsinin 16%-ni itirir.

Buxarlanma effekti ikiqat effektdir. Birincisi, soyutma üçün tələb olunan suyun kütləsi azalır. İkincisi, su fazasından buxar fazasına keçidin buxarlanma istiliyinin azalması səbəbindən temperatur azalır.

Temperatur fərqi

İsti su ilə soyuq hava arasındakı temperatur fərqinin daha böyük olması səbəbindən bu vəziyyətdə istilik mübadiləsi daha sıx olur və isti su daha sürətli soyuyur.

Hipotermiya

Su 0 C-dən aşağı soyuduqda, həmişə donmur. Bəzi şərtlərdə o, donmadan aşağı temperaturda maye qalmağa davam edərək, həddindən artıq soyumağa məruz qala bilər. Bəzi hallarda su hətta -20 C temperaturda da maye qala bilər.

Bu təsirin səbəbi ilk buz kristallarının əmələ gəlməyə başlaması üçün kristal əmələgəlmə mərkəzlərinə ehtiyac olmasıdır. Əgər onlar maye suda yoxdursa, o zaman kristalların özbaşına əmələ gəlməsi üçün temperatur kifayət qədər azalana qədər supersoyutma davam edəcək. Həddindən artıq soyudulmuş mayedə əmələ gəlməyə başlayanda, daha sürətli böyüməyə başlayacaqlar və buz əmələ gətirmək üçün donacaq çamurlu buz əmələ gətirəcəklər.

İsti su hipotermiyaya ən çox həssasdır, çünki onun qızdırılması həll edilmiş qazları və baloncukları çıxarır, bu da öz növbəsində buz kristallarının meydana gəlməsi üçün mərkəz kimi xidmət edə bilər.

Niyə hipotermiya isti suyun daha sürətli donmasına səbəb olur? Aşırı soyudulmayan soyuq su vəziyyətində aşağıdakılar baş verir. Bu vəziyyətdə gəminin səthində nazik bir buz təbəqəsi meydana gələcək. Bu buz təbəqəsi su ilə soyuq hava arasında izolyator rolunu oynayacaq və daha da buxarlanmanın qarşısını alacaq. Bu halda buz kristallarının əmələ gəlmə sürəti daha aşağı olacaq. Aşırı soyumağa məruz qalan isti su vəziyyətində, həddindən artıq soyudulmuş suyun qoruyucu səthi buz təbəqəsi yoxdur. Buna görə də açıq üstü ilə istiliyi daha tez itirir.

Aşırı soyutma prosesi başa çatdıqda və su donduqda, daha çox istilik itirilir və buna görə də daha çox buz əmələ gəlir.

Bu təsirin bir çox tədqiqatçısı hipotermiyanı Mpemba effekti vəziyyətində əsas amil hesab edir.

Konveksiya

Soyuq su yuxarıdan donmağa başlayır, bununla da istilik radiasiyası və konveksiya prosesləri pisləşir və buna görə də istilik itkisi, isti su isə aşağıdan donmağa başlayır.

Bu təsir suyun sıxlığında anomaliya ilə izah olunur. Suyun maksimum sıxlığı 4 C-də olur. Suyu 4 C-ə qədər soyudub daha aşağı temperaturda qoysanız, suyun səth təbəqəsi daha tez donar. Bu su 4 C temperaturda sudan daha az sıx olduğu üçün səthdə qalaraq nazik soyuq təbəqə əmələ gətirir. Bu şəraitdə qısa müddət ərzində suyun səthində nazik buz təbəqəsi əmələ gələcək, lakin bu buz təbəqəsi 4 C temperaturda qalacaq suyun alt qatlarını qoruyaraq izolyator rolunu oynayacaq. Buna görə də, sonrakı soyutma prosesi daha yavaş olacaq.

İsti su vəziyyətində vəziyyət tamamilə fərqlidir. Suyun səth təbəqəsi buxarlanma və daha böyük temperatur fərqi səbəbindən daha tez soyuyacaq. Bundan əlavə, soyuq su təbəqələri isti su təbəqələrindən daha sıxdır, buna görə də soyuq su təbəqəsi aşağı batacaq, isti su qatını səthə qaldıracaqdır. Suyun bu sirkulyasiyası temperaturun sürətlə düşməsini təmin edir.

Bəs niyə bu proses tarazlıq nöqtəsinə çatmır? Mpemba effektini bu konveksiya nöqteyi-nəzərindən izah etmək üçün suyun soyuq və isti təbəqələrinin ayrıldığını və suyun orta temperaturu 4 C-dən aşağı düşdükdən sonra konveksiya prosesinin özünün davam etdiyini düşünmək lazımdır.

Bununla belə, suyun soyuq və isti təbəqələrinin konveksiya prosesi ilə ayrıldığına dair bu fərziyyəni təsdiqləyən heç bir eksperimental sübut yoxdur.

Suda həll olunan qazlar

Suda həmişə həll olunan qazlar var - oksigen və karbon qazı. Bu qazlar suyun donma nöqtəsini azaltmaq qabiliyyətinə malikdir. Su qızdırıldıqda bu qazlar sudan ayrılır, çünki onların suda həllolma qabiliyyəti yüksək temperaturda aşağı olur. Buna görə də, isti su soyuduqda, həmişə qızdırılmamış soyuq suya nisbətən daha az həll olunmuş qazları ehtiva edir. Buna görə də qızdırılan suyun donma nöqtəsi daha yüksəkdir və daha tez donur. Bu faktı təsdiqləyən eksperimental məlumatlar olmasa da, bəzən bu amil Mpemba effektinin izahında əsas amil hesab olunur.

İstilikkeçirmə

Bu mexanizm soyuducu kameranın dondurucusuna kiçik qablarda su qoyulduqda əhəmiyyətli rol oynaya bilər. Bu şərtlər altında, isti su qabının altındakı dondurucuda olan buzu əritdiyi və bununla da dondurucunun divarı ilə istilik təmasını və istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırdığı müşahidə edilmişdir. Nəticədə isti su qabından soyuqdan daha sürətli istilik çıxarılır. Öz növbəsində, soyuq su olan bir qab altındakı qarı əritmir.

Bütün bu (eləcə də digər) şərtlər bir çox təcrübələrdə öyrənildi, lakin suala aydın cavab - onlardan hansı Mpemba effektinin yüz faiz reproduksiyasını təmin edir - heç vaxt alınmadı.

Məsələn, 1995-ci ildə alman fiziki David Auerbach supersoyutma suyunun bu təsirə təsirini tədqiq etmişdir. Aşırı soyudulmuş bir vəziyyətə çatan isti suyun soyuq sudan daha yüksək temperaturda donduğunu və buna görə də sonuncudan daha sürətli olduğunu kəşf etdi. Ancaq soyuq su, isti sudan daha sürətli soyudulmuş vəziyyətə çatır və bununla da əvvəlki geriləməni kompensasiya edir.

Bundan əlavə, Auerbach-ın nəticələri əvvəlki məlumatlarla ziddiyyət təşkil etdi ki, isti su daha az kristallaşma mərkəzləri sayəsində daha çox soyumağa nail ola bildi. Su qızdırıldıqda orada həll olunan qazlar çıxarılır, qaynadılanda isə tərkibində həll olunan bəzi duzlar çökür.

Hələlik yalnız bir şeyi qeyd etmək olar - bu effektin reproduksiyası təcrübənin aparıldığı şərtlərdən əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Məhz ona görə ki, o, həmişə təkrar istehsal olunmur.

O. V. Mosin

Ədəbimənbələr:

"İsti su soyuq sudan daha tez donur. Niyə belə edir?", Jearl Walker in The Amatör Alim, Scientific American, Vol. 237, №. 3, səh 246-257; Sentyabr, 1977.

"İsti və soyuq suyun donması", G.S. Kell, American Journal of Physics, Vol. 37, №. 5, səh 564-565; May, 1969.

"Supercooling və Mpemba effekti", David Auerbach, American Journal of Physics, Cild. 63, №. 10, səh 882-885; 1995-ci ilin oktyabrı.

"Mpemba effekti: isti və soyuq suyun donma vaxtları", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, №. 5, səh 524; May, 1996.

Britaniya Kral Kimya Cəmiyyəti bəzi hallarda isti suyun niyə soyuq sudan daha tez donduğunu elmi şəkildə izah edə bilən hər kəsə 1000 funt sterlinq mükafat təklif edir.

“Müasir elm hələ də sadə görünən bu suala cavab verə bilmir. Dondurma istehsalçıları və barmenlər gündəlik işlərində bu effektdən istifadə edirlər, lakin bunun nə üçün işlədiyini heç kim bilmir. Bu problem minilliklər boyu məlum olub, Aristotel və Dekart kimi filosoflar bu barədə düşünüblər”, - Britaniya Kral Kimya Cəmiyyətinin prezidenti, professor David Phillips Cəmiyyətin press-relizində sitat gətirib.

Afrikadan olan bir aşpaz britaniyalı fizika professorunu necə məğlub etdi

Bu, aprel zarafatı deyil, sərt fiziki reallıqdır. Qalaktikalar və qara dəliklərlə asanlıqla fəaliyyət göstərən, kvark və bozonları axtarmaq üçün nəhəng sürətləndiricilər quran müasir elm elementar suyun necə “işlədiyini” izah edə bilmir. Məktəb dərsliyində açıq şəkildə yazılıb ki, daha isti bədəni soyutmaq soyuq bədəni soyutmaqdan daha çox vaxt tələb edir. Ancaq su üçün bu qanuna həmişə riayət olunmur. Aristotel bu paradoksa eramızdan əvvəl IV əsrdə diqqət çəkmişdir. e. Qədim yunan özünün “Meteorologica I” kitabında yazırdı: “Suyun əvvəlcədən qızdırılması onun donmasına səbəb olur. Buna görə də bir çox insanlar isti suyu daha tez soyutmaq istədikdə əvvəlcə onu günəşə qoyurlar...” Orta əsrlərdə Frensis Bekon və Rene Dekart bu hadisəni izah etməyə çalışmışlar. Təəssüf ki, nə böyük filosoflar, nə də klassik termofizikanı inkişaf etdirən çoxsaylı elm adamları buna müvəffəq ola bilmədilər və buna görə də belə bir əlverişsiz fakt uzun müddət "unudulmuşdu".

Və yalnız 1968-ci ildə heç bir elmdən uzaq olan Tanzaniyadan olan məktəbli Erasto Mpembe sayəsində "xatırladılar". 1963-cü ildə kulinariya məktəbində oxuyarkən 13 yaşlı Mpembeyə dondurma hazırlamaq tapşırığı verildi. Texnologiyaya görə, südü qaynatmaq, içində şəkəri həll etmək, otaq temperaturuna qədər soyumaq, sonra isə dondurmaq üçün soyuducuya qoymaq lazım idi. Görünür, Mpemba çalışqan tələbə deyildi və tərəddüd edirdi. Dərsin sonuna çatmayacağından qorxaraq hələ də isti südü soyuducuya qoydu. Təəccüblüdür ki, o, yoldaşlarının bütün qaydalara uyğun hazırlanmış südündən də tez donub.

Mpemba kəşfini fizika müəllimi ilə bölüşəndə ​​bütün sinfin gözü qarşısında ona güldü. Mpemba təhqiri xatırladı. Beş il sonra, artıq Dar es Salaamda universitetin tələbəsi olan o, məşhur fizik Denis G. Osbornun mühazirəsinə qatıldı. Mühazirədən sonra o, alimə sual verdi: “Əgər siz bərabər miqdarda su olan iki eyni qab götürsəniz, biri 35 °C (95 °F), digəri isə 100 °C (212 °F) və onları yerləşdirin. dondurucuda, sonra isti qabda su daha tez donar. Niyə?" Tanzaniyadan olan bir gəncin sualına ingilis professorunun reaksiyasını təsəvvür edə bilərsiniz. O, tələbəni ələ salıb. Lakin Mpemba belə bir cavaba hazır idi və alimi mərc etməyə çağırdı. Onların mübahisəsi Mpembanın haqlı olduğunu və Osbornun məğlub olduğunu təsdiqləyən eksperimental testlə başa çatdı. Beləliklə, aşpaz şagirdi öz adını elm tarixinə yazdı və bundan sonra bu fenomen “Mpemba effekti” adlanır. Onu atmaq, “yox” elan etmək mümkün deyil. Bu fenomen mövcuddur və şairin yazdığı kimi, "ağrısı yoxdur".

Toz hissəcikləri və həll olunan maddələr günahkardırmı?

İllər ərzində çoxları donmuş suyun sirrini açmağa çalışıblar. Bu fenomen üçün bir çox izahat təklif edilmişdir: buxarlanma, konveksiya, həll olunmuş maddələrin təsiri - lakin bu amillərin heç biri qəti hesab edilə bilməz. Bir sıra elm adamları bütün həyatlarını Mpemba effektinə həsr ediblər. Nyu York Dövlət Universitetinin Radiasiya Təhlükəsizliyi Departamentinin üzvü Ceyms Braunric on ildir ki, boş vaxtlarında paradoksu öyrənir. Yüzlərlə təcrübə apardıqdan sonra alim hipotermiyanın "günahı"na dair sübutların olduğunu iddia edir. Brownridge izah edir ki, 0°C-də su yalnız həddindən artıq soyuyur və temperatur aşağı düşəndə ​​donmağa başlayır. Donma nöqtəsi sudakı çirklərlə tənzimlənir - onlar buz kristallarının əmələ gəlmə sürətini dəyişdirirlər. Toz hissəcikləri, bakteriyalar və həll olunmuş duzlar kimi çirklər kristallaşma mərkəzləri ətrafında buz kristalları əmələ gəldikdə xarakterik nüvələşmə temperaturuna malikdir. Suda bir neçə element eyni vaxtda olduqda, donma nöqtəsi ən yüksək nüvələşmə temperaturuna malik olanla müəyyən edilir.

Təcrübə üçün Brownridge eyni temperaturda iki su nümunəsi götürdü və onları dondurucuya qoydu. Nümunələrdən birinin həmişə digərindən əvvəl donduğunu, ehtimal ki, çirklərin fərqli birləşməsinə görə olduğunu kəşf etdi.

Brownridge deyir ki, isti su daha sürətli soyuyur, çünki suyun temperaturu ilə dondurucu arasında daha böyük fərq var - bu, soyuq su ən azı 5°C aşağı olan təbii donma nöqtəsinə çatmazdan əvvəl onun donma nöqtəsinə çatmasına kömək edir.

Bununla belə, Braunricin əsaslandırması çoxlu suallar doğurur. Odur ki, Mpemba effektini özünəməxsus şəkildə izah edə bilənlər Britaniya Kral Kimya Cəmiyyətindən min funt sterlinq üçün yarışmaq şansı qazanırlar.

Məktəbdə ən çox sevdiyim fənlərdən biri kimya idi. Bir dəfə kimya müəllimi bizə çox qəribə və çətin tapşırıq verdi. O, bizə kimya baxımından cavab verməli olduğumuz sualların siyahısını verdi. Bu tapşırığı yerinə yetirmək üçün bizə bir neçə gün vaxt verildi və kitabxanalardan və digər mövcud məlumat mənbələrindən istifadə etməyə icazə verildi. Bu suallardan biri suyun donma nöqtəsi ilə bağlı idi. Sualın necə səsləndiyini dəqiq xatırlamıram, amma söhbət eyni ölçülü iki taxta vedrə götürsəniz, birində isti su, digərində soyuq (dəqiq göstərilən temperaturla) Müəyyən temperaturu olan bir mühit, hansını daha tez donduracaqlar? Əlbəttə ki, cavab dərhal özünü təklif etdi - bir vedrə soyuq su, amma biz bunun çox sadə olduğunu düşündük. Lakin bu, tam cavab vermək üçün kifayət etmədi, biz bunu kimyəvi baxımdan sübut etməli olduq. Bütün düşüncələrimə, araşdırmalarıma baxmayaraq, məntiqli bir nəticəyə gələ bilmədim. Hətta həmin gün bu dərsi atlamağa qərar verdim, ona görə də bu tapmacanın həllini heç vaxt öyrənmədim.

İllər keçdi və mən suyun qaynama nöqtəsi və donma nöqtəsi haqqında çoxlu gündəlik miflər öyrəndim və bir mif deyirdi: “isti su daha tez donur”. Bir çox saytlara baxdım, lakin məlumatlar çox ziddiyyətli idi. Bunlar isə sadəcə olaraq elmi baxımdan əsassız fikirlərdi. Və öz təcrübəmi həyata keçirmək qərarına gəldim. Taxta vedrə tapa bilmədiyim üçün dondurucu, soba, bir az su və rəqəmsal termometrdən istifadə etdim. Təcrübəmin nəticələri barədə bir az sonra sizə məlumat verəcəyəm. Əvvəlcə su ilə bağlı bəzi maraqlı arqumentləri sizinlə bölüşəcəyəm:

İsti su soyuq sudan daha tez donur. Əksər mütəxəssislər soyuq suyun isti sudan daha tez donacağını deyirlər. Ancaq naməlum səbəblərdən bir gülməli hadisə (Memba effekti adlanır) bunun əksini sübut edir: isti su soyuq sudan daha tez donur. Bir neçə izahatdan biri buxarlanma prosesidir: çox isti su soyuq bir mühitə qoyularsa, su buxarlanmağa başlayacaq (qalan suyun miqdarı daha sürətli donacaq). Və kimya qanunlarına görə, bu, heç də mif deyil və çox güman ki, müəllimin bizdən eşitmək istədiyi budur.

Qaynadılmış su kran suyundan daha tez donur. Əvvəlki izahata baxmayaraq, bəzi ekspertlər otaq temperaturuna qədər soyudulmuş qaynadılmış suyun daha sürətli donması lazım olduğunu iddia edirlər, çünki qaynama oksigen miqdarını azaldır.

Soyuq su isti sudan daha tez qaynayır. Əgər isti su daha tez donursa, onda bəlkə soyuq su daha tez qaynayar! Bu, sağlam düşüncəyə ziddir və elm adamları bunun sadəcə ola bilməyəcəyini söyləyirlər. İsti kran suyu əslində soyuq sudan daha sürətli qaynamalıdır. Amma qaynatmaq üçün isti sudan istifadə enerjiyə qənaət etmir. Siz daha az qaz və ya işıq istifadə edə bilərsiniz, lakin su qızdırıcısı soyuq suyu qızdırmaq üçün eyni miqdarda enerji sərf edəcək. (Günəş enerjisi ilə vəziyyət bir az fərqlidir). Su qızdırıcısı ilə suyun istiləşməsi nəticəsində çöküntü görünə bilər, buna görə də suyun istiləşməsi daha uzun sürəcək.

Suya duz əlavə etsəniz, daha tez qaynayar. Duz qaynama temperaturunu artırır (və müvafiq olaraq donma nöqtəsini aşağı salır - buna görə də bəzi evdar qadınlar dondurmalarına bir az qaya duzu əlavə edirlər). Ancaq bu vəziyyətdə bizi başqa bir sual maraqlandırır: su nə qədər qaynayacaq və bu halda qaynama nöqtəsi 100 ° C-dən yuxarı qalxa bilərmi). Alimlər yemək kitablarında deyilənlərə baxmayaraq, qaynar suya əlavə etdiyimiz duzun miqdarının qaynama müddətinə və ya temperaturuna təsir etmək üçün kifayət etmədiyini söyləyirlər.

Ancaq əldə etdiyim budur:

Soyuq su: Mən üç stəkan 100 ml təmizlənmiş su istifadə etdim: biri otaq temperaturunda (72°F/22°C), biri isti su ilə (115°F/46°C) və biri qaynadılmış su ilə (212°F) °F/100°C). Hər üç stəkanı -18°C-də dondurucuya qoydum. Suyun dərhal buza çevrilməyəcəyini bildiyim üçün "taxta üzən" istifadə edərək donma dərəcəsini təyin etdim. Şüşənin ortasına qoyulan çubuq artıq bazaya dəyməyəndə suyu donmuş hesab etdim. Hər beş dəqiqədən bir eynəkləri yoxlayırdım. Və mənim nəticələrim nədir? Birinci stəkandakı su 50 dəqiqədən sonra dondu. Qaynar su 80 dəqiqədən sonra dondu. Qaynadılmış - 95 dəqiqədən sonra. Nəticələrim: Dondurucudakı şəraiti və istifadə etdiyim suyu nəzərə alaraq, Memba effektini təkrarlaya bilmədim.

Mən də bu təcrübəni əvvəllər qaynadılmış və otaq temperaturuna qədər soyudulmuş su ilə sınadım. 60 dəqiqə ərzində dondu - hələ də dondurmaq soyuq sudan daha uzun sürdü.

Qaynamış su: Otaq temperaturunda bir litr su götürüb odun üstünə qoydum. 6 dəqiqədə qaynadı. Sonra yenidən otaq istiliyinə qədər soyudum və isti halda əlavə etdim. Eyni atəşlə qaynar su 4 saat 30 dəqiqə qaynadı. Nəticə: Gözlənildiyi kimi, isti su daha sürətli qaynayır.

Qaynadılmış su (duzlu): 1 litr suya 2 böyük qaşıq xörək duzu əlavə etdim. 6 dəqiqə 33 saniyədə qaynadı və termometr göstərdiyi kimi 102°C temperatura çatdı. Şübhəsiz ki, duz qaynama nöqtəsinə təsir edir, lakin çox deyil. Nəticə: suda duz temperatur və qaynama müddətinə çox təsir etmir. Səmimi etiraf edirəm ki, mənim mətbəximi çətin ki, laboratoriya adlandırmaq olar və ola bilsin ki, gəldiyim nəticələr reallıqla ziddiyyət təşkil edir. Dondurucum yeməyi bərabər şəkildə dondurmaya bilər. Şüşə eynəklərimin forması qeyri-düzgün ola bilər və s. Amma laboratoriyada nə olursa olsun, mətbəxdə suyun dondurulması və ya qaynadılmasına gəlincə, ən vacib şey sağlam düşüncədir.

su haqqında su haqqında maraqlı faktlar ilə əlaqə
forum.ixbt.com forumunda təklif edildiyi kimi, bu effekt (isti suyun soyuq sudan daha tez dondurulması təsiri) “Aristotel-Mpemba effekti” adlanır.

Bunlar. Qaynadılmış su (soyudulmuş) “xam” sudan daha tez donur

Görünür ki, köhnə H 2 O formulunda heç bir sirr yoxdur. Amma əslində su - həyatın mənbəyi və dünyanın ən məşhur mayesi - hətta alimlərin bəzən həll edə bilmədiyi bir çox sirlərlə doludur.

Su haqqında ən maraqlı 5 faktı təqdim edirik:

1. İsti su soyuq sudan daha tez donur

İki qabı su ilə götürək: birinə isti, digərinə soyuq su töküb dondurucuya qoyun. İsti su soyuq sudan daha sürətli donacaq, baxmayaraq ki, məntiqi olaraq soyuq su əvvəlcə buza çevrilməli idi: axı, isti su əvvəlcə soyuq temperatura qədər soyumalı, sonra isə buza çevrilməlidir, soyuq suyun isə soyumasına ehtiyac yoxdur. Bu niyə baş verir?

1963-cü ildə Tanzaniyada orta məktəb şagirdi olan Erasto B. Mpemba dondurma qarışığını dondurur və isti qarışığın dondurucuda soyuqdan daha tez bərkidiyini görür. Gənc oğlan kəşfini fizika müəllimi ilə bölüşəndə ​​ona ancaq gülüb. Xoşbəxtlikdən, tələbə israrlı idi və müəllimi təcrübə aparmağa inandırdı, bu da onun kəşfini təsdiqlədi: müəyyən şərtlərdə isti su əslində soyuq sudan daha tez donur.

İndi isti suyun soyuq sudan daha sürətli donması fenomeni "Mpemba effekti" adlanır. Düzdür, ondan çox əvvəl suyun bu unikal xüsusiyyəti Aristotel, Frensis Bekon və Rene Dekart tərəfindən qeyd edilmişdir.

Alimlər hələ də bu hadisənin mahiyyətini tam başa düşə bilmirlər və bunu ya həddindən artıq soyuma, buxarlanma, buz əmələ gəlməsi, konveksiya, ya da mayeləşdirilmiş qazların isti və soyuq suya təsiri ilə izah edirlər.

X.RU-dan “İsti su soyuq sudan daha tez donur” mövzusunda qeyd.

Soyutma məsələləri bizə, soyuducu mütəxəssislərə daha yaxın olduğundan, biz özümüzə bu problemin mahiyyətini bir az daha dərindən araşdırmaq və belə bir sirli fenomenin təbiəti haqqında iki fikir söyləmək imkanı verəcəyik.

1. Vaşinqton Universitetinin alimi Aristotelin dövründən bəri məlum olan sirli hadisənin izahını təklif edib: niyə isti su soyuq sudan daha tez donur.

Mpemba effekti adlanan fenomen praktikada geniş istifadə olunur. Məsələn, mütəxəssislər motoristlərə qışda yuyucu anbarına isti deyil, soyuq su tökməyi məsləhət görürlər. Ancaq bu fenomenin əsasında nə dayandığı uzun müddət naməlum olaraq qaldı.

EurekAlert xəbər verir ki, Vaşinqton Universitetindən doktor Conatan Katz bu hadisəni tədqiq edərək belə nəticəyə gəlib ki, suda həll olunan və qızdırıldıqda çöküntüyə düşən maddələr mühüm rol oynayır.

Məhlul dedikdə, Dr Katz sərt suda olan kalsium və maqnezium bikarbonatlarını nəzərdə tutur. Su qızdırıldıqda, bu maddələr çaydanın divarlarında miqyas meydana gətirərək çökür. Heç vaxt qızdırılmamış su bu çirkləri ehtiva edir. Donduqca və buz kristalları əmələ gəldikdə, suda çirklərin konsentrasiyası 50 dəfə artır. Bu səbəbdən suyun donma nöqtəsi azalır. Dr Katz izah edir: “İndi isə su donmaq üçün daha da soyumalıdır”.

Qızdırılmamış suyun donmasına mane olan ikinci bir səbəb var. Suyun donma nöqtəsinin aşağı salınması bərk və maye fazalar arasındakı temperatur fərqini azaldır. "Suyun istilik itirmə sürəti bu temperatur fərqindən asılı olduğundan, qızdırılmamış su daha yaxşı soyuyur" deyə Dr. Katz qeyd edir.

Alimin fikrincə, onun nəzəriyyəsini eksperimental olaraq yoxlamaq olar, çünki Mpemba effekti daha sərt su üçün daha nəzərə çarpır.

2. Oksigen plus hidrogen plus soyuq buz yaradır. İlk baxışdan bu şəffaf maddə çox sadə görünür. Əslində, buz bir çox sirlərlə doludur. Afrikalı Erasto Mpemba tərəfindən yaradılmış Buz şöhrət haqqında düşünmürdü. Günlər isti idi. Popsicle istəyirdi. Şirə qutusunu götürüb dondurucuya qoydu. O, bunu bir dəfədən çox etdi və buna görə də qeyd etdi ki, şirəni ilk dəfə günəşdə saxlasanız, xüsusilə tez donur - bu, həqiqətən onu qızdırır! Bu qəribədir, - dünyəvi müdrikliyə zidd hərəkət edən tanzaniyalı məktəbli düşündü. Doğrudanmı, mayenin daha tez buza çevrilməsi üçün əvvəlcə onu... qızdırmaq lazımdır? Gənc oğlan o qədər təəccübləndi ki, təxminini müəllimlə bölüşdü. O, bu maraqla bağlı mətbuatda məlumat verib.

Bu hekayə ötən əsrin altmışıncı illərində baş verib. İndi "Mpemba effekti" alimlərə yaxşı məlumdur. Ancaq uzun müddət sadə görünən bu fenomen sirr olaraq qaldı. Niyə isti su soyuq sudan daha tez donur?

Yalnız 1996-cı ildə fizik David Auerbach bir həll tapdı. Bu suala cavab vermək üçün o, bir il ərzində təcrübə apardı: bir stəkanda suyu qızdırdı və yenidən soyudu. Bəs o nə tapdı? Qızdırıldıqda, suda həll olunan hava kabarcıkları buxarlanır. Qazları olmayan su gəminin divarlarına daha asan donur. Auerbach deyir: "Əlbəttə, yüksək miqdarda hava olan su da donacaq, lakin sıfır dərəcə Selsidə deyil, yalnız mənfi 4-6 dərəcə temperaturda." Təbii ki, daha çox gözləməli olacaqsınız. Deməli, isti su soyuq sudan əvvəl donur, bu elmi həqiqətdir.

Demək olar ki, gözümüzün önündə buz kimi asanlıqla görünən bir maddə yoxdur. O, yalnız su molekullarından - yəni iki hidrogen atomu və bir oksigen atomu olan elementar molekullardan ibarətdir. Bununla belə, buz, bəlkə də Kainatdakı ən sirli maddədir. Elm adamları hələ də onun bəzi xüsusiyyətlərini izah edə bilməyiblər.

2. Supercooling və "ani" dondurma

Hər kəs bilir ki, su 0°C-yə qədər soyuduqda həmişə buza çevrilir... bəzi hallar istisna olmaqla! Buna misal olaraq, çox təmiz suyun donma dərəcəsindən aşağı soyuduqda belə maye qalması xüsusiyyəti olan “supersoyutma”dır. Bu fenomen ətraf mühitdə buz kristallarının əmələ gəlməsinə səbəb ola biləcək kristallaşma mərkəzlərinin və ya nüvələrinin olmaması səbəbindən mümkün olmuşdur. Beləliklə, su sıfır dərəcə Selsidən aşağı soyuduqda belə maye şəklində qalır. Kristallaşma prosesi, məsələn, qaz baloncukları, çirklər (çirkləndiricilər) və ya qabın qeyri-bərabər səthi ilə baş verə bilər. Onlar olmadan su maye vəziyyətdə qalacaq. Kristallaşma prosesi başladıqda, super soyudulmuş suyun dərhal buza çevrilməsini seyr edə bilərsiniz.

Phil Medinadan (www.mrsciguy.com) videoya (2,901 KB, 60 san) baxın və özünüz baxın >>

Şərh. Aşırı qızdırılan su qaynama nöqtəsindən yuxarı qızdırıldıqda belə maye olaraq qalır.

3. "Şüşə" su

Tez və düşünmədən suyun neçə müxtəlif vəziyyətə malik olduğunu adlandırın?

Əgər üç cavab verdinizsə (bərk, maye, qaz), deməli səhv etdiniz. Alimlər maye suyun ən azı 5 müxtəlif vəziyyətini və buzun 14 vəziyyətini müəyyən edirlər.

Super soyudulmuş su haqqında söhbəti xatırlayırsınız? Beləliklə, nə edirsinizsə edin, -38 °C-də hətta ən təmiz super soyudulmuş su da birdən buza çevrilir. Daha da azalma ilə nə baş verir?

temperatur? -120 °C-də suya qəribə bir şey gəlməyə başlayır: bəkməz kimi super özlü və ya özlü olur, -135 °C-dən aşağı temperaturda isə "şüşə" və ya "şüşəvari" suya - kristal quruluşu olmayan bərk maddəyə çevrilir. .

4. Suyun kvant xassələri

Molekulyar səviyyədə su daha da təəccüblüdür. 1995-ci ildə alimlər tərəfindən aparılan neytron səpilmə təcrübəsi gözlənilməz nəticə verdi: fiziklər su molekullarına yönəlmiş neytronların gözləniləndən 25% daha az hidrogen protonunu “gördüyünü” kəşf etdilər.

Məlum oldu ki, bir attosaniyə sürətində (10 -18 saniyə) qeyri-adi kvant effekti baş verir və suyun kimyəvi formulu, adi olan H 2 O əvəzinə H 1,5 O olur!

5. Suyun yaddaşı varmı?

Ənənəvi təbabətə alternativ olan Homeopatiya bildirir ki, bir dərmanın seyreltilmiş məhlulu, seyreltmə faktoru o qədər böyük olsa belə, məhlulda su molekullarından başqa heç nə qalmasa belə, orqanizmə müalicəvi təsir göstərə bilər. Homeopatiyanın tərəfdarları bu paradoksu “su yaddaşı” adlanan konsepsiya ilə izah edirlər ki, buna görə molekulyar səviyyədə su tərkibində bir dəfə həll olunan maddənin “yaddaşına” malikdir və bir dəfə də olsa, ilkin konsentrasiyanın məhlulunun xassələrini saxlayır. inqrediyentin molekulu onun içində qalır.

Homeopatiyanın prinsiplərini tənqid edən Belfast Kraliça Universitetinin professoru Madlen Ennisin başçılıq etdiyi beynəlxalq alimlər qrupu bu konsepsiyanı birdəfəlik təkzib etmək üçün 2002-ci ildə təcrübə aparıblar.Nəticə tam əksinə olub.After What-dan sonra alimlər bildiriblər ki, onlar “Su yaddaşı” effektinin reallığını sübuta yetirə bildilər.Lakin müstəqil ekspertlərin nəzarəti altında aparılan təcrübələr nəticə vermədi.“Su yaddaşı” fenomeninin mövcudluğu ilə bağlı mübahisələr davam edir.

Su bu məqalədə danışmadığımız bir çox başqa qeyri-adi xüsusiyyətlərə malikdir.

Ədəbiyyat.

1. Su Haqqında 5 Həqiqətən Qəribə Şey / http://www.neatorama.com.
2. Suyun sirri: Aristotel-Mpemba effekti nəzəriyyəsi yaradıldı / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyaşiçi N.N. Cansız təbiətin sirləri. Kainatın ən sirli maddəsi / http://www.bibliotekar.ru.