Video: milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?

Mpemba efekt ehk miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi? Mpemba efekt (Mpemba Paradox) on paradoks, mis väidab, et teatud tingimustel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi, kuigi külmumise käigus peab see läbima külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne tõsiasi, mis on vastuolus tavapäraste ideedega, mille kohaselt vajab kuumem keha samades tingimustes teatud temperatuurini jahtumiseks rohkem aega kui jahedam keha sama temperatuurini jahtumiseks. Seda nähtust märkasid omal ajal Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal avastas Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm. Erasto Mpemba õppis Tansaanias Magambini keskkoolis praktilist kokatööd. Ta pidi valmistama isetehtud jäätist – keetma piima, lahustama selles suhkur, jahutama toatemperatuurini ja panema siis külmkappi tarduma. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja venitas ülesande esimese osaga. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud etteantud tehnoloogia järgi. Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka tavalise veega. Igal juhul, olles juba Mkwawa keskkooli tudeng, küsis ta Dar es Salaami ülikooli kolledži professor Dennis Osborne’ilt (kooli direktori poolt õpilastele füüsikaloengut pidama kutsutud) vee kohta: "Kui võtate kaks identset anumat võrdse koguse veega, nii et ühes neist on vee temperatuur 35 ° C ja teises - 100 ° C, ja asetage need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? Osborne hakkas selle küsimuse vastu huvi tundma ja peagi 1969. aastal avaldasid nad koos Mpembaga oma katsete tulemused ajakirjas "Physics Education". Sellest ajast alates nimetatakse nende avastatud efekti Mpemba efektiks. Seni ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühest versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused mängivad antud juhul rolli: erinevus ülejahutuses, aurustumises, jää tekkimises, konvektsioonis või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid. Mpemba efekti paradoks seisneb selles, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peab olema võrdeline selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja sellest ajast alates on seda praktikas korduvalt kinnitatud. Sama efektiga jahtub vesi temperatuuril 100 °C kiiremini 0 °C-ni kui sama kogus vett 35 °C juures. See aga ei tähenda veel paradoksi, kuna Mpemba efekti saab seletada ka tuntud füüsika raames. Siin on mõned selgitused Mpemba efekti kohta: Aurustumine Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu ja väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini. 100 C-ni kuumutatud vesi kaotab temperatuurini 0 C jahutamisel 16% oma massist. Aurustumise mõju on kahekordne. Esiteks vähendatakse jahutamiseks vajaliku vee massi. Ja teiseks, temperatuur langeb tänu sellele, et veefaasist aurufaasi ülemineku aurustumissoojus väheneb. Temperatuuride erinevus Tulenevalt sellest, et sooja vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem – seega on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini. Alajahutus Kui vesi jahutatakse alla 0 C, ei jäätu see alati. Teatud tingimustel võib see ülejahtuda, jäädes samal ajal vedelaks ka külmumistemperatuurist madalamal temperatuuril. Mõningatel juhtudel võib vesi jääda vedelaks ka temperatuuril -20 C. Selle efekti põhjuseks on see, et esimeste jääkristallide tekkeks on vaja kristallide moodustumise keskusi. Kui need ei ole vedelas vees, jätkub ülejahutamine, kuni temperatuur langeb piisavalt, et kristallid hakkavad spontaanselt moodustuma. Kui nad hakkavad ülejahutatud vedelikus moodustuma, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades jäälörtsi, mis külmub jääks. Kuum vesi on kõige vastuvõtlikum hüpotermiale, kuna selle kuumutamine kõrvaldab lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused. Miks hüpotermia tõttu kuum vesi kiiremini külmub? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, ilmneb järgmine. Sel juhul tekib anuma pinnale õhuke jääkiht. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning takistab edasist aurustumist. Jääkristallide moodustumise kiirus on sel juhul väiksem. Alajahutusega kuuma vee korral ei ole alajahtunud vees kaitsvat jääpinda. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu soojust palju kiiremini. Kui ülejahutusprotsess lõpeb ja vesi külmub, läheb palju rohkem soojust kaduma ja seetõttu tekib rohkem jääd. Paljud selle efekti uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat. Konvektsioon Külm vesi hakkab külmuma ülevalt, halvendades seeläbi soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning sellest tulenevalt soojuskadu, samal ajal kui kuum vesi hakkab külmuma altpoolt. Seda mõju seletatakse vee tiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Kui jahutada vesi temperatuurini 4 C ja panna see madalamale temperatuurile, külmub vee pindmine kiht kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui vesi temperatuuril 4 °C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendel tingimustel tekib veepinnale lühiajaliselt õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, mis kaitseb madalamaid veekihte, mille temperatuur püsib 4 C juures. , on edasine jahutamine aeglasem. Kuuma vee puhul on olukord hoopis teine. Vee pinnakiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuride erinevuse tõttu kiiremini. Samuti on külmaveekihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külmaveekiht vajub allapoole, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse. Kuid miks see protsess ei jõua tasakaalupunkti? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatepunktist võiks eeldada, et külm ja kuum veekiht eralduvad ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast keskmise veetemperatuuri langemist alla 4 C. Samas puuduvad katseandmed. mis kinnitaks seda hüpoteesi, et külma ja kuuma vee kihte eraldab konvektsioon. Vees lahustunud gaasid Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase – hapnikku ja süsihappegaasi. Nendel gaasidel on võime alandada vee külmumispunkti. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees kõrgel temperatuuril on madalam. Seetõttu on kuuma vee jahutamisel selles alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord Mpemba efekti selgitamisel peamiseks, kuigi selle fakti kinnitamiseks puuduvad eksperimentaalsed andmed. Soojusjuhtivus See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse väikestes anumates külmikusse sügavkülma. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma veega anum sulatab enda all sügavkülmiku jää, parandades seeläbi soojuskontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Tänu sellele eemaldatakse kuumaveenõust soojus kiiremini kui külmast. Külma veega anum omakorda ei sulata enda all lund. Kõiki neid (nagu ka teisi) tingimusi on uuritud paljudes katsetes, kuid ühemõttelist vastust küsimusele – millised neist tagavad Mpemba efekti 100% taasesituse – pole saadud. Nii näiteks uuris saksa füüsik David Auerbach 1995. aastal vee ülejahutuse mõju sellele efektile. Ta avastas, et kuum vesi, saavutades ülejahutuse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi ja seega kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelmise viivituse. Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varasemate andmetega, et kuum vesi suudab saavutada suurema ülejahutuse tänu vähematele kristallisatsioonikeskustele. Vee kuumutamisel eemaldatakse selles lahustunud gaasid, keetes sadestuvad mõned selles lahustunud soolad. Seni saab väita vaid üht – selle efekti taastootmine oleneb sisuliselt tingimustest, milles katse läbi viiakse. Just sellepärast, et seda alati ei reprodutseerita. O. V. Mosin

Mpemba efekt(Mpemba paradoks) - paradoks, mis väidab, et teatud tingimustel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi, kuigi külmumise käigus peab see läbima külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne tõsiasi, mis on vastuolus tavapäraste ideedega, mille kohaselt vajab kuumem keha samades tingimustes teatud temperatuurini jahtumiseks rohkem aega kui jahedam keha sama temperatuurini jahtumiseks.

Seda nähtust märkasid omal ajal Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal avastas Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm.

Erasto Mpemba õppis Tansaanias Magambini keskkoolis praktilist kokatööd. Ta pidi valmistama isetehtud jäätist – keetma piima, lahustama selles suhkur, jahutama toatemperatuurini ja panema siis külmkappi tarduma. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja venitas ülesande esimese osaga. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud etteantud tehnoloogia järgi.

Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka tavalise veega. Igal juhul, olles juba Mkwawa keskkooli tudeng, küsis ta Dar es Salaami ülikooli kolledži professor Dennis Osborne’ilt (kooli direktori poolt õpilastele füüsikaloengut pidama kutsutud) vee kohta: "Kui võtate kaks identset anumat võrdse koguse veega, nii et ühes neist on vee temperatuur 35 ° C ja teises - 100 ° C, ja asetage need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? Osborne hakkas selle küsimuse vastu huvi tundma ja peagi 1969. aastal avaldasid nad koos Mpembaga oma katsete tulemused ajakirjas "Physics Education". Sellest ajast alates on nende avastatud efekti nn Mpemba efekt.

Seni ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühest versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused mängivad antud juhul rolli: erinevus ülejahutuses, aurustumises, jää tekkimises, konvektsioonis või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid.

Mpemba efekti paradoks seisneb selles, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peab olema võrdeline selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja sellest ajast alates on seda praktikas korduvalt kinnitatud. Sama efektiga jahtub vesi temperatuuril 100 °C kiiremini 0 °C-ni kui sama kogus vett 35 °C juures.

See aga ei tähenda veel paradoksi, kuna Mpemba efekti saab seletada ka tuntud füüsika raames. Siin on mõned selgitused Mpemba efekti kohta:

Aurustumine

Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu ning väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini. 100 C-ni kuumutatud vesi kaotab temperatuurini 0 C jahutamisel 16% oma massist.

Aurustumisefekt on kahekordne efekt. Esiteks vähendatakse jahutamiseks vajaliku vee massi. Ja teiseks, temperatuur langeb tänu sellele, et veefaasist aurufaasi ülemineku aurustumissoojus väheneb.

temperatuuri erinevus

Tulenevalt sellest, et kuuma vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem – seega soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini.

hüpotermia

Kui vesi jahutatakse alla 0 C, ei jäätu see alati. Teatud tingimustel võib see ülejahtuda, jäädes samal ajal vedelaks ka külmumistemperatuurist madalamal temperatuuril. Mõnel juhul võib vesi jääda vedelaks isegi -20 C juures.

Selle efekti põhjuseks on see, et esimeste jääkristallide tekkeks on vaja kristallide moodustumise keskusi. Kui need ei ole vedelas vees, jätkub ülejahutamine, kuni temperatuur langeb piisavalt, et kristallid hakkavad spontaanselt moodustuma. Kui nad hakkavad ülejahutatud vedelikus moodustuma, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades jäälörtsi, mis külmub jääks.

Kuum vesi on kõige vastuvõtlikum hüpotermiale, kuna selle kuumutamine kõrvaldab lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused.

Miks hüpotermia tõttu kuum vesi kiiremini külmub? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, ilmneb järgmine. Sel juhul tekib anuma pinnale õhuke jääkiht. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning takistab edasist aurustumist. Jääkristallide moodustumise kiirus on sel juhul väiksem. Alajahutusega kuuma vee korral ei ole alajahtunud vees kaitsvat jääpinda. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu soojust palju kiiremini.

Kui ülejahutusprotsess lõpeb ja vesi külmub, läheb palju rohkem soojust kaduma ja seetõttu tekib rohkem jääd.

Paljud selle efekti uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat.

Konvektsioon

Külm vesi hakkab ülevalt külmuma, halvendades seeläbi soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning seega ka soojuse kadu, samas kui kuum vesi hakkab külmuma altpoolt.

Seda mõju seletatakse vee tiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Kui jahutada vesi temperatuurini 4 C ja panna see madalamale temperatuurile, külmub vee pindmine kiht kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui vesi temperatuuril 4 °C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendel tingimustel tekib veepinnale lühiajaliselt õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, mis kaitseb madalamaid veekihte, mille temperatuur püsib 4 C juures. , on edasine jahutamine aeglasem.

Kuuma vee puhul on olukord hoopis teine. Vee pinnakiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuride erinevuse tõttu kiiremini. Samuti on külmaveekihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külmaveekiht vajub allapoole, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse.

Kuid miks see protsess ei jõua tasakaalupunkti? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatenurgast oleks vaja eeldada, et külm ja kuum veekiht eralduvad ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast keskmise veetemperatuuri langemist alla 4 C.

Siiski puuduvad eksperimentaalsed tõendid selle hüpoteesi toetuseks, et külm ja kuum veekiht eraldatakse konvektsiooniga.

vees lahustunud gaasid

Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase – hapnikku ja süsihappegaasi. Nendel gaasidel on võime alandada vee külmumispunkti. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees kõrgel temperatuuril on madalam. Seetõttu on kuuma vee jahutamisel selles alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord Mpemba efekti selgitamisel peamiseks, kuigi selle fakti kinnitamiseks puuduvad eksperimentaalsed andmed.

Soojusjuhtivus

See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse väikestes anumates külmikusse sügavkülma. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma veega anum sulatab enda all sügavkülmiku jää, parandades seeläbi soojuskontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Tänu sellele eemaldatakse kuumaveenõust soojus kiiremini kui külmast. Külma veega anum omakorda ei sulata enda all lund.

Kõiki neid (nagu ka teisi) tingimusi on uuritud paljudes katsetes, kuid ühemõttelist vastust küsimusele – millised neist tagavad Mpemba efekti 100% taasesituse – pole saadud.

Nii näiteks uuris saksa füüsik David Auerbach 1995. aastal vee ülejahutuse mõju sellele efektile. Ta avastas, et kuum vesi, saavutades ülejahutuse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi ja seega kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelmise viivituse.

Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varasemate andmetega, et kuum vesi suudab tänu vähematele kristallisatsioonikeskustele saavutada rohkem ülejahutust. Vee kuumutamisel eemaldatakse selles lahustunud gaasid, keetes sadestuvad mõned selles lahustunud soolad.

Seni saab väita vaid üht – selle efekti taastootmine oleneb sisuliselt tingimustest, milles katse läbi viiakse. Just sellepärast, et seda alati ei reprodutseerita.

O. V. Mosin

Kirjanduslikallikatest:

"Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Miks see nii teeb?", Jearl Walker ajakirjas The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, lk 246–257; september 1977.

"Kuuma ja külma vee külmutamine", G.S. Kell ajakirjas American Journal of Physics, Vol. 37, nr. 5, lk 564–565; mai 1969.

"Supercooling and the Mpemba efekt", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, lk 882–885; oktoober 1995.

"The Mpemba efekt: kuuma ja külma vee külmumisajad", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, lk 524; mai, 1996.

Briti kuninglik keemiaühing pakub 1000 naela suurust preemiat kõigile, kes suudavad teaduslikult selgitada, miks soe vesi külmub mõnel juhul kiiremini kui külm vesi.

"Tänapäeva teadus ei suuda sellele pealtnäha lihtsale küsimusele ikka veel vastata. Jäätisevalmistajad ja baarmenid kasutavad seda efekti oma igapäevatöös, kuid keegi ei tea tegelikult, miks see toimib. See probleem on olnud teada aastatuhandeid, filosoofid nagu Aristoteles ja Descartes on selle peale mõelnud,” ütles Briti Kuningliku Keemiaühingu president, professor David Philips seltsi pressiteates.

Kuidas Aafrika kokk võitis Briti füüsikaprofessorit

See pole aprillinali, vaid karm füüsiline reaalsus. Tänapäeva teadus, mis lihtsalt opereerib galaktikate ja mustade aukudega, ehitades hiiglaslikke kiirendeid kvarkide ja bosonite otsimiseks, ei suuda seletada, kuidas elementaarne vesi "töötab". Kooliõpik ütleb ühemõtteliselt, et kuuma keha jahutamiseks kulub rohkem aega kui külma keha jahutamiseks. Kuid vee puhul seda seadust alati ei järgita. Aristoteles juhtis sellele paradoksile tähelepanu 4. sajandil eKr. e. Vanakreeklane kirjutas raamatus "Meteorologica I" järgmiselt: "Asjaolu, et vesi on eelsoojendatud, aitab kaasa selle jäätumisele. Seetõttu panevad paljud inimesed, kui nad soovivad kuuma vett kiiresti jahutada, kõigepealt päikese kätte ... ”Keskajal püüdsid Francis Bacon ja Rene Descartes seda nähtust selgitada. Paraku ei õnnestunud see ei suurtel filosoofidel ega arvukatel klassikalist soojusfüüsikat välja töötanud teadlastel ja seetõttu "unustati" selline ebamugav fakt pikka aega.

Ja alles 1968. aastal “mäletasid” nad tänu Tansaaniast pärit koolipoisile Erasto Mpembale, kaugel ühestki teadusest. Kokakoolis õppides sai 13-aastane Mpembe 1963. aastal ülesandeks valmistada jäätist. Tehnoloogia järgi oli vaja piim keeta, selles suhkur lahustada, toatemperatuurini jahutada ning seejärel külmkappi tarduma panna. Ilmselt polnud Mpemba usin õpilane ja kõhkles. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud kõigi reeglite järgi.

Kui Mpemba oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, tegi ta tema üle kogu klassi ees nalja. Mpembale jäi solvang meelde. Viis aastat hiljem, olles juba Dar es Salaami ülikooli üliõpilane, oli ta kuulsa füüsiku Denis G. Osborni loengus. Pärast loengut esitas ta teadlasele küsimuse: "Kui võtta kaks identset anumat sama koguse veega, millest üks on 35 °C (95 °F) ja teine ​​100 °C (212 °F), ja asetada need sügavkülma, siis külmub kuumas anumas vesi kiiremini. Miks?" Võite ette kujutada Briti professori reaktsiooni jumalast hüljatud Tansaaniast pärit noormehe küsimusele. Ta tegi õpilase üle nalja. Mpemba oli aga selliseks vastuseks valmis ja esitas teadlasele väljakutse. Nende vaidlus kulmineerus eksperimentaalse testiga, mis tõestas, et Mpembal oli õigus ja Osborne võitis. Nii kandis üliõpilane-kokk oma nime teadusajalukku ja edaspidi nimetatakse seda nähtust "Mpemba efektiks". Selle kõrvale heitmine, justkui "olematuks" kuulutamine ei toimi. Nähtus on olemas ja, nagu luuletaja kirjutas, "mitte jalaga hambas".

Kas selles on süüdi tolmuosakesed ja lahustunud ained?

Aastate jooksul on paljud püüdnud lahti harutada vee külmumise saladust. Selle nähtuse kohta on pakutud välja terve hulk selgitusi: aurustumine, konvektsioon, lahustunud ainete mõju – kuid ühtegi neist teguritest ei saa pidada lõplikuks. Paljud teadlased pühendasid kogu oma elu Mpemba efektile. New Yorgi osariigi ülikooli kiirgusohutuse osakonna liige James Brownridge on paradoksi vabal ajal uurinud üle kümne aasta. Pärast sadade katsete läbiviimist väidab teadlane, et tal on tõendeid hüpotermia "süü" kohta. Brownridge selgitab, et temperatuuril 0 °C vesi ainult ülijahtub ja hakkab külmuma, kui temperatuur langeb allapoole. Külmumistemperatuuri reguleerivad vees leiduvad lisandid – need muudavad jääkristallide tekkekiirust. Lisanditel, milleks on tolmuosakesed, bakterid ja lahustunud soolad, on oma iseloomulik tuumamistemperatuur, kui kristallisatsioonikeskuste ümber moodustuvad jääkristallid. Kui vees on korraga mitu elementi, määrab külmumispunkti see, mille tuumade moodustumise temperatuur on kõrgeim.

Katse jaoks võttis Brownridge kaks sama temperatuuriga veeproovi ja asetas need sügavkülma. Ta leidis, et üks isenditest külmub alati enne teist – oletatavasti erineva lisandite kombinatsiooni tõttu.

Brownridge väidab, et kuum vesi jahtub kiiremini tänu suuremale temperatuuride erinevusele vee ja sügavkülmiku vahel – see aitab jõuda külmumispunktini enne, kui külm vesi saavutab oma loomuliku külmumispunkti, mis on vähemalt 5°C madalam.

Brownridge'i arutluskäik tekitab aga palju küsimusi. Seetõttu on neil, kes suudavad Mpemba efekti omal moel selgitada, võimalus võistelda Briti Kuningliku Keemiaühingu tuhande naelsterlingi eest.

Keemia oli koolis üks mu lemmikaineid. Kord andis keemiaõpetaja meile väga kummalise ja raske ülesande. Ta andis meile nimekirja küsimustest, millele pidime keemia osas vastama. Meile anti selleks ülesandeks mitu päeva ning lubati kasutada raamatukogusid ja muid kättesaadavaid teabeallikaid. Üks neist küsimustest puudutas vee külmumispunkti. Ma ei mäleta täpselt, kuidas see küsimus kõlas, aga see puudutas seda, et kui võtta kaks ühesuurust puidust ämbrit, millest üks on kuum, teine ​​külma veega (täpselt määratud temperatuuril) ja asetada need. kumb teatud temperatuuriga keskkonnas külmub kiiremini? Vastus muidugi pakkus end kohe välja – ämbritäis külma vett, aga meile tundus see liiga lihtne. Kuid sellest ei piisanud täieliku vastuse andmiseks, meil oli vaja seda tõestada keemilisest vaatenurgast. Vaatamata kogu oma mõtlemisele ja uurimistööle ei suutnud ma loogilist järeldust teha. Sel päeval otsustasin isegi selle õppetunni vahele jätta, nii et ma ei leidnud kunagi selle mõistatuse lahendust.

Möödusid aastad ja õppisin palju igapäevaseid müüte vee keemis- ja külmumistemperatuuri kohta ning üks müüt ütles: "kuum vesi külmub kiiremini." Vaatasin paljusid veebisaite, kuid teave oli liiga vastuoluline. Ja need olid vaid arvamused, teaduse seisukohalt alusetud. Ja otsustasin oma kogemuse läbi viia. Kuna ma ei leidnud puidust ämbreid, kasutasin sügavkülmikut, pliidiplaati, vett ja digitaalset termomeetrit. Oma kogemuse tulemustest räägin veidi hiljem. Esiteks jagan teiega mõningaid huvitavaid argumente vee kohta:

Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Enamik eksperte väidab, et külm vesi külmub kiiremini kui kuum vesi. Kuid üks naljakas nähtus (nn Memba efekt) tõestab teadmata põhjustel vastupidist: kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Üks paljudest seletustest on aurustumisprotsess: kui panna väga kuum vesi külma keskkonda, hakkab vesi aurustuma (ülejäänud veekogus külmub kiiremini). Ja keemiaseaduste järgi pole see sugugi müüt ja suure tõenäosusega tahtis seda õpetaja meilt kuulda.

Keedetud vesi külmub kiiremini kui kraanivesi. Vaatamata eelnevale selgitusele väidavad mõned eksperdid, et toatemperatuurini jahtunud keedetud vesi peaks külmuma kiiremini, sest keemise tagajärjel väheneb hapniku hulk.

Külm vesi keeb kiiremini kui kuum vesi. Kui kuum vesi külmub kiiremini, võib külm vesi kiiremini keeda! See on vastuolus terve mõistusega ja teadlased väidavad, et see lihtsalt ei saa olla. Kuum kraanivesi peaks tegelikult keema kiiremini kui külm vesi. Kuid kasutades keetmiseks kuuma vett, ei säästa te energiat. Võite kasutada vähem gaasi või elektrit, kuid boiler kasutab sama palju energiat, kui on vaja külma vee soojendamiseks. (Päikeseenergia on veidi erinev.) Veesoojendiga vee soojendamisel võib tekkida sete, mistõttu vee soojenemine võtab kauem aega.

Kui lisada vette soola, läheb see kiiremini keema. Sool tõstab keemistemperatuuri (ja seetõttu langetab külmumistemperatuuri – seepärast lisavad mõned koduperenaised jäätisele veidi kivisoola). Kuid sel juhul huvitab meid veel üks küsimus: kui kaua vesi keeb ja kas keemistemperatuur võib sel juhul tõusta üle 100 ° C). Hoolimata sellest, mida kokaraamatud ütlevad, väidavad teadlased, et soola kogus, mille lisame keevasse vette, ei ole piisav, et mõjutada keetmise aega ega temperatuuri.

Aga siin on see, mis ma sain:

Külm vesi: kasutasin kolme 100 ml klaasist keeduklaasi puhastatud vett: ühte toatemperatuuri (72 °F/22 °C), ühte kuuma vett (115 °F/46 °C) ja ühte keedetud (212 °F/100 °C). C). Panin kõik kolm klaasi sügavkülma -18°C. Ja kuna teadsin, et vesi ei muutu kohe jääks, määrasin külmumisastme “puuujukiga”. Kui klaasi keskele asetatud pulk enam alust ei puudutanud, uskusin, et vesi on jäätunud. Prille kontrollisin iga viie minuti tagant. Ja millised on minu tulemused? Esimeses klaasis olev vesi külmus 50 minuti pärast. Kuum vesi külmus 80 minuti pärast. Keedetud - 95 minuti pärast. Minu järeldused: Arvestades tingimusi sügavkülmikus ja kasutatud vett, ei suutnud ma Memba efekti reprodutseerida.

Proovisin seda katset ka eelnevalt keedetud toatemperatuurini jahutatud veega. See külmus 60 minutiga – külmumine võttis ikka kauem aega kui külm vesi.

Keedetud vesi: võtsin liitri toatemperatuuril vett ja panin tulele. Ta keetis 6 minutiga. Seejärel jahutasin uuesti toatemperatuurile ja lisasin kuumale. Sama tulega keetis kuum vesi 4 tunni ja 30 minutiga. Järeldus: nagu oodatud, keeb kuum vesi palju kiiremini.

Keedetud vesi (soolaga): 1 liitrile veele lisasin 2 suurt supilusikatäit lauasoola. See kees 6 minuti 33 sekundiga ja nagu termomeeter näitas, saavutas see temperatuuri 102°C. Kahtlemata mõjutab sool keemistemperatuuri, kuid mitte palju. Järeldus: vees olev sool ei mõjuta oluliselt temperatuuri ja keemisaega. Tunnistan ausalt, et minu kööki on raske laboriks nimetada ja võib-olla on minu järeldused tegelikkusega vastuolus. Minu sügavkülmik võib toidu ebaühtlaselt külmutada. Minu prillid võivad olla ebakorrapärased jne. Aga mis laboris ka ei juhtuks, köögis vee külmutamise või keetmise puhul on kõige tähtsam terve mõistus.

link huvitavate faktidega vee ja vee kohta
nagu foorumis forum.ixbt.com soovitati, nimetatakse seda efekti (kuuma vee külmutamise mõju külmast veest kiiremini) "Aristotelese-Mpemba efektiks"

Need. keedetud vesi (jahutatud) külmub kiiremini kui "toores"

Vanas heas valemis H 2 O tundub, et saladusi pole. Kuid tegelikult on vesi - eluallikas ja maailma kuulsaim vedelik - täis palju mõistatusi, mida mõnikord isegi teadlased ei suuda lahendada.

Siin on 5 kõige huvitavamat fakti vee kohta:

1. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi

Võtke kaks anumat vett: valage ühte kuum vesi ja teise külm vesi ning asetage need sügavkülma. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, kuigi loogiliselt võttes oleks külm vesi pidanud esmalt jääks muutuma: kuum vesi peab ju esmalt jahtuma külma temperatuurini ja seejärel muutuma jääks, külm vesi aga ei pea jahtuma. Miks see juhtub?

1963. aastal märkas Tansaania keskkooli vanema astme õpilane Erasto B. Mpemba valmistatud jäätisesegu külmutades, et kuum segu tahkub sügavkülmas kiiremini kui külm. Kui noormees oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, naeris ta tema üle vaid. Õnneks oli õpilane visa ja veenis õpetajat katset tegema, mis kinnitas tema avastust: teatud tingimustel külmub kuum vesi tõesti kiiremini kui külm vesi.

Nüüd nimetatakse seda nähtust, kus kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, Mpemba efektiks. Tõsi, ammu enne teda märkisid seda vee ainulaadset omadust Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes.

Teadlased ei mõista selle nähtuse olemust täielikult, seletades seda kas hüpotermia, aurustumise, jää moodustumise, konvektsiooni või veeldatud gaaside mõjuga kuumale ja külmale veele.

Х.RU märkus teemale "Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi".

Kuna jahutusprobleemid on meile, külmutusspetsialistidele, lähemal, siis süveneme veidi selle probleemi olemusse ja anname kaks arvamust sellise salapärase nähtuse olemuse kohta.

1. Washingtoni ülikooli teadlane on pakkunud seletuse Aristotelese ajast tuntud salapärasele nähtusele: miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi.

Nähtust, mida nimetatakse Mpemba efektiks, kasutatakse praktikas laialdaselt. Näiteks soovitavad eksperdid autojuhtidel valada talvel pesuri reservuaari pigem külma kui kuuma vett. Kuid mis selle nähtuse aluseks on, jäi pikka aega teadmata.

Dr Jonathan Katz Washingtoni ülikoolist uuris seda nähtust ja jõudis järeldusele, et selles mängivad olulist rolli vees lahustunud ained, mis kuumutamisel sadestuvad, edastab EurekAlert.

Lahustunud ainete all peab dr Katz silmas kõvas vees leiduvaid kaltsium- ja magneesiumvesinikkarbonaate. Vee kuumutamisel need ained sadestuvad, moodustades veekeetja seintele katlakivi. Vesi, mida pole kunagi kuumutatud, sisaldab neid lisandeid. Külmumisel ja jääkristallide moodustumisel suureneb lisandite kontsentratsioon vees 50 korda. See alandab vee külmumispunkti. "Ja nüüd peab vesi jahtuma, et külmuda," selgitab dr Katz.

On veel üks põhjus, mis takistab kuumutamata vee külmumist. Vee külmumistemperatuuri alandamine vähendab tahke ja vedela faasi temperatuuride erinevust. "Kuna sellest temperatuuride erinevusest sõltub vee soojuskao kiirus, jahtub soojendamata vesi halvemini," kommenteerib dr Katz.

Teadlase sõnul saab tema teooriat katseliselt kontrollida, kuna. Mpemba efekt muutub tugevamaks kareda vee korral.

2. Hapnik pluss vesinik pluss külm tekitab jääd. Esmapilgul tundub see läbipaistev aine väga lihtne. Tegelikult on jää täis palju saladusi. Aafriklase Erasto Mpemba loodud jää hiilgusele ei mõelnud. Päevad olid kuumad. Ta tahtis popsi. Ta võttis karbi mahla ja pani selle sügavkülma. Ta tegi seda rohkem kui korra ja seetõttu märkas, et mahl külmub eriti kiiresti, kui seda enne seda päikese käes hoida - lihtsalt soojenda! See on kummaline, arvas Tansaania koolipoiss, kes käitus maise tarkuse vastaselt. Kas on võimalik, et selleks, et vedelik muutuks kiiremini jääks, tuleb seda esmalt ... kuumutada? Noormees oli nii üllatunud, et jagas oma oletust õpetajaga. Ta teatas sellest uudishimust ajakirjanduses.

See lugu juhtus 1960. aastatel. Nüüd on "Mpemba efekt" teadlastele hästi teada. Kuid see pealtnäha lihtne nähtus jäi pikaks ajaks saladuseks. Miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi?

Alles 1996. aastal leidis füüsik David Auerbach lahenduse. Sellele küsimusele vastamiseks viis ta läbi terve aasta kestnud katse: soojendas klaasis vett ja jahutas uuesti. Mida ta siis teada sai? Kuumutamisel vees lahustunud õhumullid aurustuvad. Gaasideta vesi külmub anuma seintele kergemini. "Loomulikult külmub ka kõrge õhusisaldusega vesi," ütleb Auerbach, "aga mitte nullkraadi juures, vaid ainult miinus nelja-kuue kraadi juures." Muidugi peate kauem ootama. Niisiis, kuum vesi külmub enne külma vett, see on teaduslik fakt.

Vaevalt on ainet, mis ilmuks meie silme ette sama kergesti kui jää. See koosneb ainult veemolekulidest - see tähendab elementaarmolekulidest, mis sisaldavad kahte vesinikuaatomit ja ühte hapnikku. Jää on aga võib-olla kõige salapärasem aine universumis. Teadlased ei ole siiani suutnud selgitada mõningaid selle omadusi.

2. Ülijahutus ja "välkkülmutamine".

Kõik teavad, et vesi muutub alati jääks, kui see jahtub 0 °C-ni... välja arvatud mõnel juhul! Selline juhtum on näiteks "ülijahutus", mis on väga puhta vee omadus jääda vedelaks ka siis, kui see jahutatakse alla külmumistemperatuuri. See nähtus saab võimalikuks tänu sellele, et keskkond ei sisalda kristallisatsioonikeskusi ega tuumasid, mis võiksid provotseerida jääkristallide teket. Ja nii jääb vesi vedelaks isegi siis, kui see jahutatakse temperatuurini alla null kraadi Celsiuse järgi. Kristalliseerumisprotsessi võivad käivitada näiteks gaasimullid, lisandid (reostus), anuma ebaühtlane pind. Ilma nendeta jääb vesi vedelaks. Kui kristalliseerumisprotsess algab, saate jälgida, kuidas ülijahtunud vesi muutub hetkega jääks.

Vaadake Phil Medina (www.mrsciguy.com) videot (2 901 Kb, 60 c) ja veenduge ise >>

Kommenteeri.Ülekuumutatud vesi jääb vedelaks ka siis, kui seda kuumutatakse üle keemistemperatuuri.

3. "Klaasist" vesi

Nimetage kiiresti ja kõhklemata, mitu erinevat olekut veel on?

Kui vastasid kolm (tahke, vedel, gaas), siis eksid. Teadlased eristavad vedelal kujul vähemalt 5 erinevat vee olekut ja 14 jää olekut.

Kas mäletate vestlust ülijahutatud veest? Nii et hoolimata sellest, mida teete, muutub -38 ° C juures isegi puhtaim ülijahutatud vesi ootamatult jääks. Mis juhtub edasise vähenemisega

temperatuur? -120 °C juures hakkab veega juhtuma midagi kummalist: see muutub üliviskoosseks või viskoosseks nagu melass ja temperatuuril alla -135 °C muutub see "klaasjaks" või "klaasjaks" veeks - tahkeks aineks, milles kristalliline struktuur puudub.

4. Vee kvantomadused

Molekulaarsel tasandil on vesi veelgi hämmastavam. 1995. aastal viisid teadlased läbi neutronite hajumise katse, mis andis ootamatu tulemuse: füüsikud leidsid, et veemolekulidele suunatud neutronid "näevad" oodatust 25% vähem vesiniku prootoneid.

Selgus, et ühe attosekundi (10 -18 sekundit) kiirusega toimub ebatavaline kvantefekt ja vee keemiliseks valemiks tavapärase valemi - H 2 O asemel saab H 1,5 O!

5. Kas veel on mälu?

Tavameditsiini alternatiiv homöopaatia väidab, et ravimi lahjendatud lahus võib kehale tervendavalt mõjuda ka siis, kui lahjendustegur on nii suur, et lahusesse ei jää muud üle kui veemolekulid. Homöopaatia pooldajad selgitavad seda paradoksi kontseptsiooniga, mida nimetatakse "veemäluks", mille kohaselt on vees molekulaarsel tasemel "mälu" ainest, mis on selles lahustunud ja säilitab pärast seda, kui see on lahustunud algse kontsentratsiooniga lahuse omadused. sellesse jääb üks koostisosa molekul.

Belfasti Queeni ülikooli professori Madeleine Ennise juhitud rahvusvaheline teadlaste meeskond, kes kritiseeris homöopaatia põhimõtteid, viis 2002. aastal läbi eksperimendi, et see kontseptsioon lõplikult ümber lükata. Tulemus oli vastupidine. Pärast seda ütlesid teadlased, et nad suutsid tõestada "veemälu" mõju tegelikkust. Sõltumatute ekspertide järelevalve all läbiviidud katsed aga tulemusi ei andnud. Vaidlused "veemälu" fenomeni olemasolu üle jätkuvad.

Veel on palju muid ebatavalisi omadusi, mida me selles artiklis ei käsitlenud.

Kirjandus.

1. 5 tõeliselt imelikku asja vee kohta / http://www.neatorama.com.
2. Vee mõistatus: loodi Aristotelese-Mpemba efekti teooria / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Elu looduse saladused. Universumi kõige salapärasem aine / http://www.bibliotekar.ru.