Video: hvilket vand fryser hurtigere - varmt eller koldt. Hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand?

Mpemba-effekt eller hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand? Mpemba-effekten (Mpemba Paradox) er et paradoks, der siger, at varmt vand under visse forhold fryser hurtigere end koldt vand, selvom det skal passere koldt vands temperatur i fryseprocessen. Dette paradoks er et eksperimentelt faktum, der modsiger de sædvanlige ideer, ifølge hvilke et varmere legeme under de samme forhold har brug for mere tid til at køle ned til en bestemt temperatur end et køligere legeme til at køle ned til samme temperatur. Dette fænomen blev bemærket på det tidspunkt af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes, men først i 1963 fandt den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba ud af, at en varm isblanding fryser hurtigere end en kold. Erasto Mpemba var elev på Magambin High School i Tanzania og lavede praktisk madlavningsarbejde. Han skulle lave hjemmelavet is - koge mælk, opløse sukker i det, afkøle det til stuetemperatur og derefter sætte det i køleskabet for at fryse. Tilsyneladende var Mpemba ikke en særlig flittig elev og tøvede med den første del af opgaven. I frygt for, at han ikke ville være i tide ved slutningen af ​​lektionen, satte han den stadig varme mælk i køleskabet. Til hans overraskelse frøs det endnu tidligere end hans kammeraters mælk, tilberedt i henhold til en given teknologi. Derefter eksperimenterede Mpemba ikke kun med mælk, men også med almindeligt vand. I hvert fald, da han allerede var studerende på Mkwawa High School, spurgte han professor Dennis Osborne fra University College i Dar es Salaam (inviteret af skolens direktør til at holde et foredrag om fysik for studerende) om vand: "Hvis du tager to identiske beholdere med lige store mængder vand, så vandet i en af ​​dem har en temperatur på 35 ° C, og i den anden - 100 ° C, og læg dem i fryseren, så i den anden fryser vandet hurtigere. Hvorfor? Osborne blev interesseret i dette nummer, og snart i 1969 offentliggjorde de sammen med Mpemba resultaterne af deres eksperimenter i tidsskriftet "Physics Education". Siden da kaldes den effekt, de opdagede, for Mpemba-effekten. Indtil nu er der ingen, der ved præcis, hvordan man forklarer denne mærkelige effekt. Forskere har ikke en enkelt version, selvom der er mange. Det hele handler om forskellen på egenskaberne for varmt og koldt vand, men det er endnu ikke klart, hvilke egenskaber der spiller en rolle i dette tilfælde: forskellen på underafkøling, fordampning, isdannelse, konvektion eller virkningen af ​​flydende gasser på vand kl. forskellige temperaturer. Det paradoksale ved Mpemba-effekten er, at den tid, hvor kroppen afkøles til den omgivende temperatur, skal være proportional med temperaturforskellen mellem denne krop og omgivelserne. Denne lov blev etableret af Newton og er siden da blevet bekræftet mange gange i praksis. I samme effekt afkøles vand ved 100°C til 0°C hurtigere end den samme mængde vand ved 35°C. Dette indebærer dog endnu ikke et paradoks, da Mpemba-effekten også kan forklares indenfor kendt fysik. Her er et par forklaringer på Mpemba-effekten: Fordampning Varmt vand fordamper hurtigere fra en beholder og reducerer derved dens volumen, og en mindre mængde vand ved samme temperatur fryser hurtigere. Vand opvarmet til 100 C mister 16 % af sin masse, når det afkøles til 0 C. Effekten af ​​fordampning er en dobbelt effekt. For det første reduceres mængden af ​​vand, der kræves til afkøling. Og for det andet falder temperaturen på grund af det faktum, at fordampningsvarmen ved overgangen fra vandfasen til dampfasen falder. Temperaturforskel På grund af det faktum, at temperaturforskellen mellem varmt vand og kold luft er større - derfor er varmeudvekslingen i dette tilfælde mere intens og varmt vand afkøles hurtigere. Underkøling Når vand afkøles til under 0 C, fryser det ikke altid. Under visse forhold kan det undergå superafkøling, mens det fortsat forbliver flydende ved temperaturer under frysepunktet. I nogle tilfælde kan vand forblive flydende selv ved en temperatur på -20 C. Årsagen til denne effekt er, at for at de første iskrystaller kan begynde at dannes, er der brug for centre for krystaldannelse. Hvis de ikke er i flydende vand, så vil superafkølingen fortsætte, indtil temperaturen falder nok til, at krystaller begynder at dannes spontant. Når de begynder at dannes i den superafkølede væske, vil de begynde at vokse hurtigere, og danne en isslam, der vil fryse til is. Varmt vand er mest modtageligt for hypotermi, fordi opvarmning af det eliminerer opløste gasser og bobler, som igen kan tjene som centre for dannelsen af ​​iskrystaller. Hvorfor får hypotermi varmt vand til at fryse hurtigere? Ved koldt vand, som ikke er superafkølet, sker følgende. I dette tilfælde vil der dannes et tyndt lag is på overfladen af ​​fartøjet. Dette islag vil fungere som en isolator mellem vandet og kold luft og vil forhindre yderligere fordampning. Hastigheden for dannelse af iskrystaller i dette tilfælde vil være mindre. Ved underafkøling af varmt vand har det underafkølede vand ikke et beskyttende overfladelag af is. Derfor taber den meget hurtigere varme gennem den åbne top. Når superafkølingsprocessen slutter, og vandet fryser, går meget mere varme tabt, og der dannes derfor mere is. Mange forskere af denne effekt anser hypotermi for at være hovedfaktoren i tilfælde af Mpemba-effekten. Konvektion Koldt vand begynder at fryse fra oven og forværrer derved processerne med varmestråling og konvektion og dermed varmetabet, mens varmt vand begynder at fryse nedefra. Denne effekt forklares af en anomali i vandtætheden. Vand har en maksimal massefylde ved 4 C. Hvis du afkøler vand til 4 C og sætter det ved en lavere temperatur, fryser overfladelaget af vand hurtigere. Fordi dette vand er mindre tæt end vand ved 4°C, vil det blive på overfladen og danne et tyndt koldt lag. Under disse forhold vil der i kort tid dannes et tyndt lag is på vandoverfladen, men dette islag vil tjene som en isolator, der beskytter de nederste lag af vand, som vil forblive ved en temperatur på 4 C. Derfor , vil yderligere afkøling være langsommere. Ved varmt vand er situationen en helt anden. Overfladelaget af vand afkøles hurtigere på grund af fordampning og en større temperaturforskel. Også koldtvandslag er tættere end varmtvandslag, så koldtvandslaget vil synke ned og løfte det varme vandlag til overfladen. Denne cirkulation af vand sikrer et hurtigt fald i temperaturen. Men hvorfor når denne proces ikke ligevægtspunktet? For at forklare Mpemba-effekten ud fra dette konvektionssynspunkt, ville det antages, at de kolde og varme lag af vand adskilles, og selve konvektionsprocessen fortsætter, efter at den gennemsnitlige vandtemperatur falder til under 4 C. Der er dog ingen eksperimentelle data. det ville bekræfte denne hypotese, at koldt- og varmtvandslag adskilles ved konvektion. Gasser opløst i vand Vand indeholder altid gasser opløst i det - ilt og kuldioxid. Disse gasser har evnen til at sænke frysepunktet for vand. Når vandet opvarmes, frigives disse gasser fra vandet, fordi deres opløselighed i vand ved høj temperatur er lavere. Når varmt vand afkøles, er der derfor altid færre opløste gasser i det end i uopvarmet koldt vand. Derfor er frysepunktet for opvarmet vand højere, og det fryser hurtigere. Denne faktor betragtes nogle gange som den vigtigste til at forklare Mpemba-effekten, selvom der ikke er nogen eksperimentelle data, der bekræfter dette faktum. Termisk ledningsevne Denne mekanisme kan spille en væsentlig rolle, når vand anbringes i et køleskab, fryser i små beholdere. Under disse forhold er det blevet observeret, at beholderen med varmt vand smelter fryserens is under sig selv, hvorved den termiske kontakt med fryserens væg og den termiske ledningsevne forbedres. Som følge heraf fjernes varme fra varmtvandsbeholderen hurtigere end fra den kolde. Til gengæld smelter beholderen med koldt vand ikke sne under den. Alle disse (såvel som andre) tilstande er blevet undersøgt i mange eksperimenter, men et entydigt svar på spørgsmålet - hvilken af ​​dem giver en 100% reproduktion af Mpemba-effekten - er ikke opnået. Så for eksempel i 1995 studerede den tyske fysiker David Auerbach indflydelsen af ​​underafkøling af vand på denne effekt. Han opdagede, at varmt vand, der når en underafkølet tilstand, fryser ved en højere temperatur end koldt vand og derfor hurtigere end sidstnævnte. Men koldt vand når den superafkølede tilstand hurtigere end varmt vand og kompenserer derved for den tidligere forsinkelse. Derudover modsagde Auerbachs resultater tidligere data om, at varmt vand er i stand til at opnå mere underkøling på grund af færre krystallisationscentre. Når vand opvarmes, fjernes de gasser, der er opløst i det, og når det koges, udfældes nogle salte, der er opløst i det. Indtil videre kan kun én ting hævdes - reproduktionen af ​​denne effekt afhænger i det væsentlige af betingelserne, hvorunder eksperimentet udføres. Netop fordi det ikke altid gengives. O.V. Mosin

Mpemba effekt(Mpemba paradoks) - et paradoks, der siger, at varmt vand under visse forhold fryser hurtigere end koldt vand, selvom det skal passere koldt vands temperatur i fryseprocessen. Dette paradoks er et eksperimentelt faktum, der modsiger de sædvanlige ideer, ifølge hvilke et varmere legeme under de samme forhold har brug for mere tid til at køle ned til en bestemt temperatur end et køligere legeme til at køle ned til samme temperatur.

Dette fænomen blev bemærket på det tidspunkt af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes, men først i 1963 fandt den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba ud af, at en varm isblanding fryser hurtigere end en kold.

Erasto Mpemba var elev på Magambin High School i Tanzania og lavede praktisk madlavningsarbejde. Han skulle lave hjemmelavet is - koge mælk, opløse sukker i det, afkøle det til stuetemperatur og derefter sætte det i køleskabet for at fryse. Tilsyneladende var Mpemba ikke en særlig flittig elev og tøvede med den første del af opgaven. I frygt for, at han ikke ville være i tide ved slutningen af ​​lektionen, satte han den stadig varme mælk i køleskabet. Til hans overraskelse frøs det endnu tidligere end hans kammeraters mælk, tilberedt i henhold til en given teknologi.

Derefter eksperimenterede Mpemba ikke kun med mælk, men også med almindeligt vand. I hvert fald, da han allerede var studerende på Mkwawa High School, spurgte han professor Dennis Osborne fra University College i Dar es Salaam (inviteret af skolens direktør til at holde et foredrag om fysik for studerende) om vand: "Hvis du tager to identiske beholdere med lige store mængder vand, så vandet i en af ​​dem har en temperatur på 35 ° C, og i den anden - 100 ° C, og læg dem i fryseren, så i den anden fryser vandet hurtigere. Hvorfor? Osborne blev interesseret i dette nummer, og snart i 1969 offentliggjorde de sammen med Mpemba resultaterne af deres eksperimenter i tidsskriftet "Physics Education". Siden da kaldes den effekt, de opdagede Mpemba effekt.

Indtil nu er der ingen, der ved præcis, hvordan man forklarer denne mærkelige effekt. Forskere har ikke en enkelt version, selvom der er mange. Det hele handler om forskellen på egenskaberne for varmt og koldt vand, men det er endnu ikke klart, hvilke egenskaber der spiller en rolle i dette tilfælde: forskellen på underafkøling, fordampning, isdannelse, konvektion eller virkningen af ​​flydende gasser på vand kl. forskellige temperaturer.

Det paradoksale ved Mpemba-effekten er, at den tid, hvor kroppen afkøles til den omgivende temperatur, skal være proportional med temperaturforskellen mellem denne krop og omgivelserne. Denne lov blev etableret af Newton og er siden da blevet bekræftet mange gange i praksis. I samme effekt afkøles vand ved 100°C til 0°C hurtigere end den samme mængde vand ved 35°C.

Dette indebærer dog endnu ikke et paradoks, da Mpemba-effekten også kan forklares indenfor kendt fysik. Her er nogle forklaringer på Mpemba-effekten:

Fordampning

Varmt vand fordamper hurtigere fra beholderen, hvorved dets volumen reduceres, og en mindre mængde vand med samme temperatur fryser hurtigere. Vand opvarmet til 100 C mister 16 % af sin masse, når det afkøles til 0 C.

Fordampningseffekten er en dobbelt effekt. For det første reduceres mængden af ​​vand, der kræves til afkøling. Og for det andet falder temperaturen på grund af det faktum, at fordampningsvarmen ved overgangen fra vandfasen til dampfasen falder.

temperaturforskel

På grund af det faktum, at temperaturforskellen mellem varmt vand og kold luft er større - derfor er varmeudvekslingen i dette tilfælde mere intens, og varmt vand afkøles hurtigere.

hypotermi

Når vand afkøles til under 0 C, fryser det ikke altid. Under visse forhold kan det undergå superafkøling, mens det fortsat forbliver flydende ved temperaturer under frysepunktet. I nogle tilfælde kan vand forblive flydende selv ved -20 C.

Grunden til denne effekt er, at for at de første iskrystaller kan begynde at dannes, er der brug for centre for krystaldannelse. Hvis de ikke er i flydende vand, så vil superafkølingen fortsætte, indtil temperaturen falder nok til, at krystaller begynder at dannes spontant. Når de begynder at dannes i den superafkølede væske, vil de begynde at vokse hurtigere, og danne en isslam, der vil fryse til is.

Varmt vand er mest modtageligt for hypotermi, fordi opvarmning af det eliminerer opløste gasser og bobler, som igen kan tjene som centre for dannelsen af ​​iskrystaller.

Hvorfor får hypotermi varmt vand til at fryse hurtigere? Ved koldt vand, som ikke er superafkølet, sker følgende. I dette tilfælde vil der dannes et tyndt lag is på overfladen af ​​fartøjet. Dette islag vil fungere som en isolator mellem vandet og kold luft og vil forhindre yderligere fordampning. Hastigheden for dannelse af iskrystaller i dette tilfælde vil være mindre. Ved underafkøling af varmt vand har det underafkølede vand ikke et beskyttende overfladelag af is. Derfor taber den meget hurtigere varme gennem den åbne top.

Når superafkølingsprocessen slutter, og vandet fryser, går meget mere varme tabt, og der dannes derfor mere is.

Mange forskere af denne effekt anser hypotermi for at være hovedfaktoren i tilfælde af Mpemba-effekten.

Konvektion

Koldt vand begynder at fryse fra oven og forværrer derved processerne med varmestråling og konvektion og dermed varmetabet, mens varmt vand begynder at fryse nedefra.

Denne effekt forklares af en anomali i vandtætheden. Vand har en maksimal massefylde ved 4 C. Hvis du afkøler vand til 4 C og sætter det ved en lavere temperatur, fryser overfladelaget af vand hurtigere. Fordi dette vand er mindre tæt end vand ved 4°C, vil det blive på overfladen og danne et tyndt koldt lag. Under disse forhold vil der i kort tid dannes et tyndt lag is på vandoverfladen, men dette islag vil tjene som en isolator, der beskytter de nederste lag af vand, som vil forblive ved en temperatur på 4 C. Derfor , vil yderligere afkøling være langsommere.

Ved varmt vand er situationen en helt anden. Overfladelaget af vand afkøles hurtigere på grund af fordampning og en større temperaturforskel. Også koldtvandslag er tættere end varmtvandslag, så koldtvandslaget vil synke ned og løfte det varme vandlag til overfladen. Denne cirkulation af vand sikrer et hurtigt fald i temperaturen.

Men hvorfor når denne proces ikke ligevægtspunktet? For at forklare Mpemba-effekten fra dette konvektionssynspunkt ville det være nødvendigt at antage, at de kolde og varme lag af vand adskilles, og selve konvektionsprocessen fortsætter, efter at den gennemsnitlige vandtemperatur falder til under 4 C.

Der er dog ingen eksperimentelle beviser, der understøtter denne hypotese om, at kolde og varme lag af vand adskilles ved konvektion.

gasser opløst i vand

Vand indeholder altid gasser opløst i det - ilt og kuldioxid. Disse gasser har evnen til at sænke frysepunktet for vand. Når vandet opvarmes, frigives disse gasser fra vandet, fordi deres opløselighed i vand ved høj temperatur er lavere. Når varmt vand afkøles, er der derfor altid færre opløste gasser i det end i uopvarmet koldt vand. Derfor er frysepunktet for opvarmet vand højere, og det fryser hurtigere. Denne faktor betragtes nogle gange som den vigtigste til at forklare Mpemba-effekten, selvom der ikke er nogen eksperimentelle data, der bekræfter dette faktum.

Varmeledningsevne

Denne mekanisme kan spille en væsentlig rolle, når vand placeres i et køleskab, fryser i små beholdere. Under disse forhold er det blevet observeret, at beholderen med varmt vand smelter fryserens is under sig selv, hvorved den termiske kontakt med fryserens væg og den termiske ledningsevne forbedres. Som følge heraf fjernes varme fra varmtvandsbeholderen hurtigere end fra den kolde. Til gengæld smelter beholderen med koldt vand ikke sne under den.

Alle disse (såvel som andre) tilstande er blevet undersøgt i mange eksperimenter, men et entydigt svar på spørgsmålet - hvilken af ​​dem giver en 100% reproduktion af Mpemba-effekten - er ikke opnået.

Så for eksempel i 1995 studerede den tyske fysiker David Auerbach indflydelsen af ​​underafkøling af vand på denne effekt. Han opdagede, at varmt vand, der når en underafkølet tilstand, fryser ved en højere temperatur end koldt vand og derfor hurtigere end sidstnævnte. Men koldt vand når den superafkølede tilstand hurtigere end varmt vand og kompenserer derved for den tidligere forsinkelse.

Derudover modsagde Auerbachs resultater tidligere data om, at varmt vand er i stand til at opnå mere underkøling på grund af færre krystallisationscentre. Når vand opvarmes, fjernes de gasser, der er opløst i det, og når det koges, udfældes nogle salte, der er opløst i det.

Indtil videre kan kun én ting hævdes - reproduktionen af ​​denne effekt afhænger i det væsentlige af betingelserne, hvorunder eksperimentet udføres. Netop fordi det ikke altid gengives.

O.V. Mosin

Litterærkilder:

"Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Hvorfor gør det det?", Jearl Walker i The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, s. 246-257; september, 1977.

"Frysningen af ​​varmt og koldt vand", G.S. Kell i American Journal of Physics, Vol. 37, nr. 5, s. 564-565; maj 1969.

"Superkøling og Mpemba-effekten", David Auerbach, i American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, s. 882-885; oktober, 1995.

"The Mpemba effect: The freezing times of hot and cold water", Charles A. Knight, i American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, s. 524; maj, 1996.

British Royal Society of Chemistry tilbyder en belønning på £1.000 til enhver, der videnskabeligt kan forklare, hvorfor varmt vand i nogle tilfælde fryser hurtigere end koldt vand.

"Moderne videnskab kan stadig ikke besvare dette tilsyneladende simple spørgsmål. Ismagere og bartendere bruger denne effekt i deres daglige arbejde, men ingen ved rigtig, hvorfor det virker. Dette problem har været kendt i årtusinder, filosoffer som Aristoteles og Descartes har tænkt over det,” sagde præsidenten for British Royal Society of Chemistry, professor David Philips, citeret i en pressemeddelelse fra Society.

Hvordan en afrikansk kok slog en britisk fysikprofessor

Dette er ikke en aprilsnar, men en barsk fysisk virkelighed. Nutidens videnskab, der let opererer på galakser og sorte huller, bygger gigantiske acceleratorer til at søge efter kvarker og bosoner, kan ikke forklare, hvordan elementært vand "virker". Skolebogen siger utvetydigt, at det tager længere tid at afkøle en varm krop end at afkøle en kold krop. Men for vand overholdes denne lov ikke altid. Aristoteles gjorde opmærksom på dette paradoks i det 4. århundrede f.Kr. e. Her er, hvad den gamle græker skrev i bogen "Meteorologica I": "Det faktum, at vandet er forvarmet, bidrager til, at det fryser. Derfor sætter mange mennesker, når de hurtigt vil afkøle varmt vand, først det i solen ... "I middelalderen forsøgte Francis Bacon og Rene Descartes at forklare dette fænomen. Ak, hverken de store filosoffer eller de talrige videnskabsmænd, der udviklede klassisk termisk fysik, lykkedes med dette, og derfor blev sådan en ubelejlig kendsgerning "glemt" i lang tid.

Og først i 1968 "huskede" de takket være skoledrengen Erasto Mpemba fra Tanzania, langt fra nogen videnskab. Mens han studerede på en kokkeskole, i 1963, fik 13-årige Mpembe til opgave at lave is. Ifølge teknologien var det nødvendigt at koge mælk, opløse sukker i det, afkøle det til stuetemperatur og derefter sætte det i køleskabet for at fryse. Tilsyneladende var Mpemba ikke en flittig studerende og tøvede. I frygt for, at han ikke ville være i tide ved slutningen af ​​lektionen, satte han den stadig varme mælk i køleskabet. Til hans overraskelse frøs det endnu tidligere end hans kammeraters mælk, tilberedt efter alle reglerne.

Da Mpemba delte sin opdagelse med en fysiklærer, gjorde han grin med ham foran hele klassen. Mpemba huskede fornærmelsen. Fem år senere, som allerede var studerende ved universitetet i Dar es Salaam, var han til en forelæsning af den berømte fysiker Denis G. Osborn. Efter foredraget stillede han videnskabsmanden et spørgsmål: "Hvis du tager to identiske beholdere med samme mængde vand, den ene ved 35 °C (95 °F) og den anden ved 100 °C (212 °F), og sætter dem i fryseren, så fryser vand i en varm beholder hurtigere. Hvorfor?" Du kan forestille dig en britisk professors reaktion på et spørgsmål fra en ung mand fra gudsforladte Tanzania. Han gjorde grin med eleven. Men Mpemba var klar til et sådant svar og udfordrede videnskabsmanden til et væddemål. Deres argument kulminerede i en eksperimentel test, der viste, at Mpemba havde ret og Osborne besejret. Så elevkogeren indskrev sit navn i videnskabshistorien, og herefter kaldes dette fænomen "Mpemba-effekten". At kassere det, at erklære det som om "ikke-eksisterende" ikke virker. Fænomenet eksisterer, og, som digteren skrev, "ikke i tanden med en fod."

Er støvpartikler og opløste stoffer skylden?

I årenes løb har mange forsøgt at opklare mysteriet med iskaldt vand. En hel masse forklaringer på dette fænomen er blevet foreslået: fordampning, konvektion, påvirkningen af ​​opløste stoffer - men ingen af ​​disse faktorer kan betragtes som definitive. En række videnskabsmænd viede hele deres liv til Mpemba-effekten. James Brownridge, medlem af afdelingen for strålingssikkerhed ved State University of New York, har studeret paradokset i sin fritid i over et årti. Efter at have udført hundredvis af eksperimenter hævder videnskabsmanden, at han har beviser for hypotermiens "skyld". Brownridge forklarer, at vandet ved 0°C kun superafkøles og begynder at fryse, når temperaturen falder til under. Frysepunktet reguleres af urenheder i vandet - de ændrer hastigheden af ​​dannelsen af ​​iskrystaller. Urenheder, og disse er støvpartikler, bakterier og opløste salte, har deres karakteristiske kernedannelsestemperatur, når der dannes iskrystaller omkring krystallisationscentrene. Når der er flere grundstoffer i vand på én gang, bestemmes frysepunktet af det med den højeste nukleationstemperatur.

Til eksperimentet tog Brownridge to prøver af vand ved samme temperatur og placerede dem i en fryser. Han fandt ud af, at det ene eksemplar altid fryser før det andet - formentlig på grund af en anden kombination af urenheder.

Brownridge hævder, at varmt vand afkøles hurtigere på grund af den større temperaturforskel mellem vandet og fryseren – det hjælper det med at nå sit frysepunkt, før koldt vand når sit naturlige frysepunkt, som er mindst 5°C lavere.

Brownridges begrundelse rejser dog mange spørgsmål. Derfor har de, der kan forklare Mpemba-effekten på deres egen måde, en chance for at konkurrere om tusind pund sterling fra British Royal Society of Chemistry.

Kemi var et af mine yndlingsfag i skolen. Engang gav en kemilærer os en meget mærkelig og svær opgave. Han gav os en liste over spørgsmål, som vi skulle besvare med hensyn til kemi. Vi fik flere dage til denne opgave og fik lov til at bruge biblioteker og andre tilgængelige informationskilder. Et af disse spørgsmål vedrørte vands frysepunkt. Jeg husker ikke præcis, hvordan spørgsmålet lød, men det handlede om, at hvis man tager to træspande af samme størrelse, den ene med varmt vand, den anden med koldt vand (ved præcis den angivne temperatur), og placerer dem i et miljø med en bestemt temperatur, hvilken vil de fryse hurtigere? Selvfølgelig foreslog svaret straks sig selv - en spand koldt vand, men det forekom os for simpelt. Men dette var ikke nok til at give et fuldstændigt svar, vi skulle bevise det fra et kemisk synspunkt. På trods af al min tænkning og forskning kunne jeg ikke drage en logisk konklusion. På denne dag besluttede jeg endda at springe denne lektion over, så jeg fandt aldrig ud af løsningen på denne gåde.

År gik, og jeg lærte en masse husholdningsmyter om vands kogepunkt og frysepunkt, og en myte sagde: "varmt vand fryser hurtigere." Jeg kiggede på mange websteder, men oplysningerne var for modstridende. Og det var blot meninger, ubegrundede set fra videnskabens synspunkt. Og jeg besluttede at udføre min egen oplevelse. Da jeg ikke kunne finde træspande, brugte jeg en fryser, komfur, lidt vand og et digitalt termometer. Jeg vil fortælle om resultaterne af min oplevelse lidt senere. Først vil jeg dele nogle interessante argumenter om vand med dig:

Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. De fleste eksperter siger, at koldt vand fryser hurtigere end varmt vand. Men et sjovt fænomen (den såkaldte Memba-effekt) beviser af ukendte årsager det modsatte: Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. En af flere forklaringer er fordampningsprocessen: Hvis meget varmt vand placeres i et koldt miljø, vil vandet begynde at fordampe (den resterende mængde vand fryser hurtigere). Og ifølge kemiens love er dette slet ikke en myte, og det er højst sandsynligt det, læreren ønskede at høre fra os.

Kogt vand fryser hurtigere end postevand. På trods af den tidligere forklaring hævder nogle eksperter, at kogt vand, der er afkølet til stuetemperatur, bør fryse hurtigere, fordi kogning reducerer mængden af ​​ilt.

Koldt vand koger hurtigere end varmt vand. Hvis varmt vand fryser hurtigere, kan koldt vand koge hurtigere! Dette er i modstrid med sund fornuft, og videnskabsmænd hævder, at dette simpelthen ikke kan være. Varmt postevand burde faktisk koge hurtigere end koldt vand. Men ved at bruge varmt vand til at koge sparer du ikke energi. Du kan bruge mindre gas eller elektricitet, men vandvarmeren vil bruge den samme mængde energi, som er nødvendig for at opvarme koldt vand. (Solenergi er lidt anderledes.) Som følge af opvarmning af vandet med en vandvarmer kan der dannes bundfald, så vandet vil tage længere tid at varme op.

Hvis du tilføjer salt til vand, vil det koge hurtigere. Salt øger kogepunktet (og sænker derfor frysepunktet – derfor tilsætter nogle husmødre lidt stensalt til is). Men i dette tilfælde er vi interesserede i et andet spørgsmål: hvor længe vil vandet koge, og om kogepunktet i dette tilfælde kan stige over 100 ° C). På trods af hvad kogebøger siger, siger videnskabsmænd, at mængden af ​​salt, vi tilføjer til kogende vand, ikke er nok til at påvirke tiden eller temperaturen for kogningen.

Men her er hvad jeg fik:

Koldt vand: Jeg brugte tre 100 ml glasbæger med renset vand: en stuetemperatur (72°F/22°C), et varmt vand (115°F/46°C) og en kogt (212°F/100°C) C). Jeg stillede alle tre glas i fryseren ved -18°C. Og da jeg vidste, at vand ikke umiddelbart ville blive til is, bestemte jeg graden af ​​frysning af "træflåden". Da pinden, placeret i midten af ​​glasset, ikke længere rørte ved bunden, troede jeg, at vandet var frosset. Jeg tjekkede brillerne hvert femte minut. Og hvad er mine resultater? Vandet i det første glas frøs efter 50 minutter. Varmt vand frøs efter 80 minutter. Kogt - efter 95 minutter. Mine konklusioner: I betragtning af forholdene i fryseren og det vand, jeg brugte, var jeg ikke i stand til at gengive Memba-effekten.

Jeg prøvede også dette eksperiment med tidligere kogt vand afkølet til stuetemperatur. Det frøs på 60 minutter – det tog stadig længere tid end koldt vand at fryse.

Kogt vand: Jeg tog en liter vand ved stuetemperatur og satte ild til det. Hun kogte på 6 minutter. Så kølede jeg den ned til stuetemperatur igen og tilføjede den til den varme. Med den samme ild kogte varmt vand i 4 timer og 30 minutter. Konklusion: som forventet koger varmt vand meget hurtigere.

Kogt vand (med salt): Jeg tilsatte 2 store spiseskefulde bordsalt til 1 liter vand. Det kogte på 6 minutter og 33 sekunder, og som termometeret viste nåede det en temperatur på 102°C. Uden tvivl påvirker salt kogepunktet, men ikke meget. Konklusion: salt i vand påvirker ikke temperaturen og kogetiden i høj grad. Jeg indrømmer ærligt, at mit køkken er svært at kalde et laboratorium, og måske er mine konklusioner i modstrid med virkeligheden. Min fryser kan fryse maden ujævnt. Mine glasbriller kan være uregelmæssige osv. Men uanset hvad der sker i laboratoriet, når det kommer til at fryse eller koge vand i køkkenet, er det vigtigste sund fornuft.

link med interessante fakta om vand, alt om vand
som foreslået på forum.ixbt.com-forummet kaldes denne effekt (effekten af ​​at fryse varmt vand hurtigere end koldt vand) "Aristoteles-Mpemba-effekten"

De der. kogt vand (afkølet) fryser hurtigere end "rå"

I den gode gamle formel H 2 O ser det ud til, at der ikke er nogen hemmeligheder. Men faktisk er vand - kilden til liv og den mest berømte væske i verden - fyldt med mange mysterier, som nogle gange selv videnskabsmænd ikke kan løse.

Her er de 5 mest interessante fakta om vand:

1. Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand

Tag to beholdere med vand: Hæld varmt vand i den ene og koldt vand i den anden, og stil dem i fryseren. Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand, selv om koldt vand logisk nok skulle være blevet til is først: varmt vand skal jo først køle ned til kold temperatur og derefter blive til is, mens koldt vand ikke behøver at køle ned. Hvorfor sker dette?

I 1963 bemærkede Erasto B. Mpemba, en gymnasieelev i Tanzania, mens han frysede en tilberedt isblanding, at den varme blanding størknede hurtigere i fryseren end den kolde. Da den unge mand delte sin opdagelse med en fysiklærer, grinede han kun af ham. Heldigvis var eleven vedholdende og overbeviste læreren om at udføre et eksperiment, som bekræftede hans opdagelse: under visse forhold fryser varmt vand virkelig hurtigere end koldt vand.

Nu kaldes dette fænomen, hvor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand, for Mpemba-effekten. Sandt nok, længe før ham, blev denne unikke egenskab ved vand bemærket af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes.

Forskere forstår ikke helt arten af ​​dette fænomen og forklarer det enten ved forskellen i hypotermi, fordampning, isdannelse, konvektion eller virkningen af ​​flydende gasser på varmt og koldt vand.

Notat fra Х.RU til emnet "Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand".

Da køleproblemer er tættere på os, kølespecialister, lad os dykke lidt dybere ind i essensen af ​​dette problem og give to meninger om arten af ​​et så mystisk fænomen.

1. En videnskabsmand fra University of Washington har tilbudt en forklaring på et mystisk fænomen kendt siden Aristoteles' tid: hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand.

Fænomenet, kaldet Mpemba-effekten, er meget udbredt i praksis. For eksempel råder eksperter bilister til at hælde koldt i stedet for varmt vand i vaskereservoiret om vinteren. Men hvad der ligger til grund for dette fænomen forblev ukendt i lang tid.

Dr. Jonathan Katz fra University of Washington undersøgte dette fænomen og konkluderede, at stoffer opløst i vand spiller en vigtig rolle i det, som udfældes ved opvarmning, rapporterer EurekAlert.

Med opløste stoffer mener Dr. Katz de calcium- og magnesiumbicarbonater, der findes i hårdt vand. Når vandet opvarmes, udfældes disse stoffer og danner kalk på kedlens vægge. Vand, der aldrig er blevet opvarmet, indeholder disse urenheder. Når det fryser, og der dannes iskrystaller, stiger koncentrationen af ​​urenheder i vand 50 gange. Dette sænker frysepunktet for vand. "Og nu skal vandet køle ned for at fryse," forklarer Dr. Katz.

Der er en anden grund, der forhindrer frysning af uopvarmet vand. Sænkning af frysepunktet for vand reducerer temperaturforskellen mellem den faste og flydende fase. "Fordi den hastighed, hvormed vand taber varme afhænger af denne temperaturforskel, afkøles vand, der ikke er blevet opvarmet, værre," kommenterer Dr. Katz.

Ifølge videnskabsmanden kan hans teori testes eksperimentelt, fordi. Mpemba-effekten bliver mere udtalt for hårdere vand.

2. Ilt plus brint plus kulde skaber is. Ved første øjekast virker dette gennemsigtige stof meget simpelt. Faktisk er isen fyldt med mange mysterier. Isen skabt af afrikaneren Erasto Mpemba tænkte ikke på herlighed. Dagene var varme. Han ville have ispinde. Han tog en karton juice og lagde den i fryseren. Det gjorde han mere end én gang og lagde derfor mærke til, at saften fryser særligt hurtigt, hvis man inden da holder den i solen – bare varm den op! Det er mærkeligt, tænkte den tanzaniske skoledreng, der handlede i modstrid med verdslig visdom. Er det muligt, at for at væsken hurtigere kan blive til is, skal den først ... opvarmes? Den unge mand var så overrasket, at han delte sit gæt med læreren. Han rapporterede denne nysgerrighed i pressen.

Denne historie skete tilbage i 1960'erne. Nu er "Mpemba-effekten" velkendt af videnskabsmænd. Men i lang tid forblev dette tilsyneladende simple fænomen et mysterium. Hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand?

Det var først i 1996, at fysikeren David Auerbach fandt en løsning. For at besvare dette spørgsmål udførte han et eksperiment i et helt år: han opvarmede vand i et glas og afkølede det igen. Så hvad fandt han ud af? Ved opvarmning fordamper luftbobler opløst i vand. Vand fri for gasser fryser lettere på fartøjets vægge. "Selvfølgelig vil vand med et højt luftindhold også fryse," siger Auerbach, "men ikke ved nul grader celsius, men kun ved minus fire til seks grader." Selvfølgelig skal du vente længere. Så varmt vand fryser før koldt vand, dette er en videnskabelig kendsgerning.

Der er næppe et stof, der ville dukke op foran vores øjne med samme lethed som is. Det består kun af vandmolekyler - det vil sige elementære molekyler, der indeholder to brintatomer og et oxygen. Imidlertid er is måske det mest mystiske stof i universet. Forskere har hidtil ikke været i stand til at forklare nogle af dets egenskaber.

2. Superkøling og "flash"-frysning

Alle ved, at vand altid bliver til is, når det køler ned til 0 °C... undtagen i nogle tilfælde! Et sådant tilfælde er for eksempel "superkøling", som er egenskaben ved meget rent vand til at forblive flydende, selv når det afkøles til under frysepunktet. Dette fænomen bliver muligt på grund af det faktum, at miljøet ikke indeholder krystallisationscentre eller kerner, der kan fremkalde dannelsen af ​​iskrystaller. Og så forbliver vand i flydende form, selv når det afkøles til temperaturer under nul grader Celsius. Krystallisationsprocessen kan udløses, for eksempel af gasbobler, urenheder (forurening), ujævn overflade af beholderen. Uden dem forbliver vand i flydende tilstand. Når krystallisationsprocessen starter, kan du se, hvordan det superafkølede vand øjeblikkeligt bliver til is.

Se videoen (2 901 Kb, 60 c) af Phil Medina (www.mrsciguy.com) og se selv >>

Kommentar. Overophedet vand forbliver også flydende, selv når det opvarmes over dets kogepunkt.

3. "Glas" vand

Nævn hurtigt og uden tøven, hvor mange forskellige tilstande vand har?

Hvis du svarede tre (fast, flydende, gas), så tager du fejl. Forskere skelner mellem mindst 5 forskellige tilstande af vand i flydende form og 14 tilstande af is.

Kan du huske samtalen om superafkølet vand? Så uanset hvad du gør, ved -38 ° C, bliver selv det reneste superafkølede vand pludselig til is. Hvad sker der med et yderligere fald

temperatur? Ved -120 °C begynder der at ske noget mærkeligt med vand: det bliver super-viskøst eller tyktflydende, som melasse, og ved temperaturer under -135 °C bliver det til "glasagtigt" eller "glasagtigt" vand - et fast stof, hvori der er ingen krystallinsk struktur.

4. Vands kvanteegenskaber

På molekylært niveau er vand endnu mere fantastisk. I 1995 udførte forskere et eksperiment på neutronspredning gav et uventet resultat: fysikere fandt ud af, at neutroner rettet mod vandmolekyler "ser" 25 % færre brintprotoner end forventet.

Det viste sig, at med en hastighed på et attosekund (10 -18 sekunder) finder en usædvanlig kvanteeffekt sted, og den kemiske formel for vand i stedet for den sædvanlige - H 2 O, bliver H 1,5 O!

5. Har vand en hukommelse?

Homøopati, et alternativ til konventionel medicin, hævder, at en fortyndet opløsning af et lægemiddel kan have en helbredende effekt på kroppen, selvom fortyndingsfaktoren er så stor, at der ikke er andet tilbage i opløsningen end vandmolekyler. Tilhængere af homøopati forklarer dette paradoks med et koncept kaldet "hukommelse af vand", ifølge hvilket vand på molekylært niveau har en "hukommelse" af stoffet, når det er opløst i det og bevarer egenskaberne af opløsningen af ​​den oprindelige koncentration efter ikke en enkelt molekyle af ingrediensen forbliver i det.

Et internationalt hold af forskere ledet af professor Madeleine Ennis fra Queen's University of Belfast, som kritiserede homøopatiens principper, gennemførte et eksperiment i 2002 for at tilbagevise dette koncept én gang for alle. Resultatet var det modsatte. Efter hvad sagde forskerne, at de var i stand til at bevise virkeligheden af ​​effekten af ​​"hukommelse af vand. Men eksperimenter udført under tilsyn af uafhængige eksperter, gav ikke resultater. Tvister om eksistensen af ​​fænomenet "hukommelse af vand" fortsætter.

Vand har mange andre usædvanlige egenskaber, som vi ikke har dækket i denne artikel.

Litteratur.

1. 5 virkelig underlige ting om vand / http://www.neatorama.com.
2. Vandets mysterium: teorien om Aristoteles-Mpemba-effekten blev skabt / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Hemmeligheder af livløs natur. Det mest mystiske stof i universet / http://www.bibliotekar.ru.