Видео: која вода се замрзнува побрзо - топла или ладна. Зошто топлата вода замрзнува побрзо од ладната вода?

Мпемба ефект или зошто топлата вода замрзнува побрзо од ладната вода? Ефектот Mpemba (Mpemba Paradox) е парадокс кој вели дека топлата вода под одредени услови замрзнува побрзо од студената вода, иако мора да ја помине температурата на студената вода во процесот на замрзнување. Овој парадокс е експериментален факт што е во спротивност со вообичаените идеи, според кои, под исти услови, на потопло тело му треба повеќе време да се олади до одредена температура отколку на поладно тело да се олади до истата температура. Овој феномен во тоа време го забележале Аристотел, Френсис Бејкон и Рене Декарт, но дури во 1963 година, танзанискиот ученик Ерасто Мпемба открил дека топлата смеса од сладолед се замрзнува побрзо од ладниот. Ерасто Мпемба бил ученик во средното училиште Магамбин во Танзанија и правел практична готвачка работа. Мораше да направи домашен сладолед - да свари млеко, да раствори шеќер во него, да го излади на собна температура, а потоа да го стави во фрижидер да замрзне. Очигледно, Мпемба не бил особено вреден ученик и го одолговлекувал првиот дел од задачата. Плашејќи се да не дојде на време до крајот на часот, го ставил уште врелото млеко во фрижидер. На негово изненадување, замрзна уште порано од млекото на неговите другари, подготвено според дадена технологија. После тоа, Мпемба експериментираше не само со млеко, туку и со обична вода. Во секој случај, веќе како ученик во средното училиште Мквава, тој го прашал професорот Денис Озборн од Универзитетскиот колеџ во Дар ес Салам (поканет од директорот на училиштето да им одржи предавање за физика на студентите) за водата: „Ако земете два идентични контејнери со еднаков волумен на вода, така што во едниот од нив водата има температура од 35 ° C, а во другиот - 100 ° C, и ставете ги во замрзнувач, а потоа во вториот водата ќе замрзне побрзо. Зошто? Озборн се заинтересирал за ова прашање и набргу во 1969 година, заедно со Мпемба, ги објавуваат резултатите од нивните експерименти во списанието „Физичко образование“. Оттогаш, ефектот што го открија се нарекува ефект на Мпемба. Досега никој не знае точно како да го објасни овој чуден ефект. Научниците немаат единствена верзија, иако ги има многу. Се работи за разликата во својствата на топлата и ладната вода, но сè уште не е јасно кои својства играат улога во овој случај: разликата во суперладењето, испарувањето, формирањето мраз, конвекцијата или ефектот на течните гасови врз водата при различни температури. Парадоксот на ефектот Mpemba е дека времето во кое телото се лади до температурата на околината мора да биде пропорционално на температурната разлика помеѓу ова тело и околината. Овој закон е воспоставен од Њутн и оттогаш е многупати потврден во пракса. Во истиот ефект, водата на 100°C се лади до 0°C побрзо од истата количина на вода на 35°C. Сепак, ова сè уште не имплицира парадокс, бидејќи ефектот Mpemba исто така може да се објасни во рамките на познатата физика. Еве неколку објаснувања за ефектот Mpemba: испарување Топлата вода испарува побрзо од контејнер, со што се намалува нејзиниот волумен, а помал волумен на вода на иста температура побрзо замрзнува. Водата загреана на 100 C губи 16% од својата маса кога се лади до 0 C. Ефектот на испарувањето е двоен ефект. Прво, масата на вода потребна за ладење се намалува. И второ, температурата се намалува поради фактот што топлината на испарување на преминот од водената фаза во фазата на пареа се намалува. Температурна разлика Поради фактот што температурната разлика помеѓу топла вода и ладен воздух е поголема - оттука размената на топлина во овој случај е поинтензивна и топлата вода се лади побрзо. Подладење Кога водата се лади под 0 C, таа не секогаш замрзнува. Под одредени услови, може да претрпи суперладење додека продолжува да остане течен на температури под точката на мрзнење. Во некои случаи, водата може да остане течна дури и на температура од -20 C. Причината за овој ефект е што за да почнат да се формираат првите ледени кристали, потребни се центри за формирање на кристали. Ако не се во течна вода, тогаш суперладењето ќе продолжи се додека температурата не падне доволно за да почнат спонтано да се формираат кристали. Кога ќе почнат да се формираат во супер оладената течност, ќе почнат да растат побрзо, формирајќи ледена кашеста маса која ќе се замрзне и ќе формира мраз. Топлата вода е најподложна на хипотермија бидејќи загревањето ги елиминира растворените гасови и меурчиња, кои пак можат да послужат како центри за формирање на кристали од мраз. Зошто хипотермијата предизвикува топла вода да замрзне побрзо? Во случај на ладна вода, која не е суперладена, се случува следново. Во овој случај, на површината на садот ќе се формира тенок слој мраз. Овој слој мраз ќе делува како изолатор помеѓу водата и студениот воздух и ќе го спречи понатамошното испарување. Стапката на формирање на ледени кристали во овој случај ќе биде помала. Во случај кога топла вода е подложена на подладење, подладената вода нема заштитен површински слој од мраз. Затоа, многу побрзо ја губи топлината преку отворениот врв. Кога процесот на суперладење завршува и водата замрзнува, се губи многу повеќе топлина и затоа се формира повеќе мраз. Многу истражувачи на овој ефект сметаат дека хипотермијата е главен фактор во случајот на ефектот Мпемба. Конвекција Студената вода почнува да замрзнува одозгора, а со тоа ги влошува процесите на топлинско зрачење и конвекција, а со тоа и губењето на топлината, додека топлата вода почнува да замрзнува одоздола. Овој ефект се објаснува со аномалија во густината на водата. Водата има максимална густина на 4 C. Ако ја изладите водата на 4 C и ја ставите на пониска температура, површинскиот слој на водата побрзо ќе замрзне. Бидејќи оваа вода е помалку густа од водата на 4°C, таа ќе остане на површината, формирајќи тенок ладен слој. Во овие услови, на површината на водата за кратко време ќе се формира тенок слој мраз, но овој слој мраз ќе служи како изолатор кој ги штити долните слоеви на вода, кои ќе останат на температура од 4 C. Затоа , понатамошното ладење ќе биде побавно. Во случај на топла вода, ситуацијата е сосема поинаква. Површинскиот слој на водата побрзо ќе се олади поради испарувањето и поголемата температурна разлика. Исто така, слоевите на ладна вода се погусти од слоевите на топла вода, така што слојот од ладна вода ќе потоне надолу, кревајќи го слојот на топла вода на површината. Оваа циркулација на вода обезбедува брз пад на температурата. Но, зошто овој процес не ја достигнува точката на рамнотежа? За да се објасни ефектот Mpemba од оваа гледна точка на конвекцијата, би се претпоставило дека студените и топлите слоеви на водата се одвоени и самиот процес на конвекција продолжува откако просечната температура на водата падне под 4 C. Сепак, нема експериментални податоци што би ја потврдило оваа хипотеза, дека слоевите на ладна и топла вода се одвоени со конвекција. Гасови растворени во вода Водата секогаш содржи гасови растворени во неа - кислород и јаглерод диоксид. Овие гасови имаат способност да ја намалат точката на замрзнување на водата. Кога водата се загрева, овие гасови се ослободуваат од водата бидејќи нивната растворливост во вода на висока температура е помала. Затоа, кога топла вода се лади, во неа секогаш има помалку растворени гасови отколку во незагреана ладна вода. Затоа, точката на мрзнење на загреаната вода е поголема и таа побрзо замрзнува. Овој фактор понекогаш се смета за главен во објаснувањето на ефектот Mpemba, иако нема експериментални податоци што го потврдуваат овој факт. Топлинска спроводливост Овој механизам може да игра значајна улога кога водата се става во фрижидер замрзнувач во мали контејнери. Во овие услови, забележано е дека садот со топла вода го топи мразот на замрзнувачот одоздола, а со тоа го подобрува топлинскиот контакт со ѕидот на замрзнувачот и топлинската спроводливост. Како резултат на тоа, топлината се отстранува од садот за топла вода побрзо отколку од ладниот. За возврат, садот со ладна вода не го топи снегот под него. Сите овие (како и други) услови се проучувани во многу експерименти, но недвосмислен одговор на прашањето - кои од нив обезбедуваат 100% репродукција на ефектот Мпемба - не е добиен. Така, на пример, во 1995 година, германскиот физичар Дејвид Ауербах го проучувал влијанието на суперладењето на водата врз овој ефект. Тој открил дека топлата вода, достигнувајќи суперладна состојба, замрзнува на повисока температура од студената вода, а со тоа и побрзо од втората. Но, студената вода ја достигнува суперладената состојба побрзо од топлата вода, со што се компензира претходното заостанување. Дополнително, резултатите на Ауербах беа во спротивност со претходните податоци дека топлата вода може да постигне повеќе суперладење поради помалку центри за кристализација. Кога водата ќе се загрее, од неа се отстрануваат гасовите растворени во неа, а кога ќе се зоврие, таложат некои соли растворени во неа. Засега може да се тврди само едно - репродукцијата на овој ефект суштински зависи од условите под кои се изведува експериментот. Токму затоа што не секогаш се репродуцира. О. В. Мосин

Мпемба ефект(Мпемба парадокс) - парадокс кој вели дека топлата вода под одредени услови замрзнува побрзо од ладната, иако мора да ја помине температурата на студената вода во процесот на замрзнување. Овој парадокс е експериментален факт што е во спротивност со вообичаените идеи, според кои, под исти услови, на потопло тело му треба повеќе време да се олади до одредена температура отколку на поладно тело да се олади до истата температура.

Овој феномен во тоа време го забележале Аристотел, Френсис Бејкон и Рене Декарт, но дури во 1963 година, танзанискиот ученик Ерасто Мпемба открил дека топлата смеса од сладолед се замрзнува побрзо од ладниот.

Ерасто Мпемба бил ученик во средното училиште Магамбин во Танзанија и правел практична готвачка работа. Мораше да направи домашен сладолед - да свари млеко, да раствори шеќер во него, да го излади на собна температура, а потоа да го стави во фрижидер да замрзне. Очигледно, Мпемба не бил особено вреден ученик и го одолговлекувал првиот дел од задачата. Плашејќи се да не дојде на време до крајот на часот, го ставил уште врелото млеко во фрижидер. На негово изненадување, замрзна уште порано од млекото на неговите другари, подготвено според дадена технологија.

После тоа, Мпемба експериментираше не само со млеко, туку и со обична вода. Во секој случај, веќе како ученик во средното училиште Мквава, тој го прашал професорот Денис Озборн од Универзитетскиот колеџ во Дар ес Салам (поканет од директорот на училиштето да им одржи предавање за физика на студентите) за водата: „Ако земете два идентични контејнери со еднаков волумен на вода, така што во едниот од нив водата има температура од 35 ° C, а во другиот - 100 ° C, и ставете ги во замрзнувач, а потоа во вториот водата ќе замрзне побрзо. Зошто? Озборн се заинтересирал за ова прашање и набргу во 1969 година, заедно со Мпемба, ги објавуваат резултатите од нивните експерименти во списанието „Физичко образование“. Оттогаш, ефектот што го открија се нарекува Мпемба ефект.

Досега никој не знае точно како да го објасни овој чуден ефект. Научниците немаат единствена верзија, иако ги има многу. Се работи за разликата во својствата на топлата и ладната вода, но сè уште не е јасно кои својства играат улога во овој случај: разликата во суперладењето, испарувањето, формирањето мраз, конвекцијата или ефектот на течните гасови врз водата при различни температури.

Парадоксот на ефектот Mpemba е дека времето во кое телото се лади до температурата на околината мора да биде пропорционално на температурната разлика помеѓу ова тело и околината. Овој закон е воспоставен од Њутн и оттогаш е многупати потврден во пракса. Во истиот ефект, водата на 100°C се лади до 0°C побрзо од истата количина на вода на 35°C.

Сепак, ова сè уште не имплицира парадокс, бидејќи ефектот Mpemba исто така може да се објасни во рамките на познатата физика. Еве неколку објаснувања за ефектот Mpemba:

Испарување

Топлата вода побрзо испарува од садот, а со тоа се намалува нејзиниот волумен, а помал волумен на вода со иста температура побрзо замрзнува. Водата загреана на 100 C губи 16% од својата маса кога се лади до 0 C.

Ефектот на испарување е двоен ефект. Прво, масата на вода потребна за ладење се намалува. И второ, температурата се намалува поради фактот што топлината на испарување на преминот од водената фаза во фазата на пареа се намалува.

температурна разлика

Поради фактот што температурната разлика помеѓу топла вода и ладен воздух е поголема - оттука размената на топлина во овој случај е поинтензивна и топлата вода се лади побрзо.

хипотермија

Кога водата се лади под 0 C, таа не секогаш замрзнува. Под одредени услови, може да претрпи суперладење додека продолжува да остане течен на температури под точката на мрзнење. Во некои случаи, водата може да остане течна дури и на -20 C.

Причината за овој ефект е тоа што за да почнат да се формираат првите ледени кристали, потребни се центри за формирање на кристали. Ако не се во течна вода, тогаш суперладењето ќе продолжи се додека температурата не падне доволно за да почнат спонтано да се формираат кристали. Кога ќе почнат да се формираат во супер оладената течност, ќе почнат да растат побрзо, формирајќи ледена кашеста маса која ќе се замрзне и ќе формира мраз.

Топлата вода е најподложна на хипотермија бидејќи загревањето ги елиминира растворените гасови и меурчиња, кои пак можат да послужат како центри за формирање на кристали од мраз.

Зошто хипотермијата предизвикува топла вода да замрзне побрзо? Во случај на ладна вода, која не е суперладена, се случува следново. Во овој случај, на површината на садот ќе се формира тенок слој мраз. Овој слој мраз ќе делува како изолатор помеѓу водата и студениот воздух и ќе го спречи понатамошното испарување. Стапката на формирање на ледени кристали во овој случај ќе биде помала. Во случај кога топла вода е подложена на подладење, подладената вода нема заштитен површински слој од мраз. Затоа, многу побрзо ја губи топлината преку отворениот врв.

Кога процесот на суперладење завршува и водата замрзнува, се губи многу повеќе топлина и затоа се формира повеќе мраз.

Многу истражувачи на овој ефект сметаат дека хипотермијата е главен фактор во случајот на ефектот Мпемба.

Конвекција

Студената вода почнува да замрзнува одозгора, а со тоа ги влошува процесите на топлинско зрачење и конвекција, а со тоа и губењето на топлината, додека топлата вода почнува да замрзнува одоздола.

Овој ефект се објаснува со аномалија во густината на водата. Водата има максимална густина на 4 C. Ако ја изладите водата на 4 C и ја ставите на пониска температура, површинскиот слој на водата побрзо ќе замрзне. Бидејќи оваа вода е помалку густа од водата на 4°C, таа ќе остане на површината, формирајќи тенок ладен слој. Во овие услови, на површината на водата за кратко време ќе се формира тенок слој мраз, но овој слој мраз ќе служи како изолатор кој ги штити долните слоеви на вода, кои ќе останат на температура од 4 C. Затоа , понатамошното ладење ќе биде побавно.

Во случај на топла вода, ситуацијата е сосема поинаква. Површинскиот слој на водата побрзо ќе се олади поради испарувањето и поголемата температурна разлика. Исто така, слоевите на ладна вода се погусти од слоевите на топла вода, така што слојот од ладна вода ќе потоне надолу, кревајќи го слојот на топла вода на површината. Оваа циркулација на вода обезбедува брз пад на температурата.

Но, зошто овој процес не ја достигнува точката на рамнотежа? За да се објасни ефектот Mpemba од оваа гледна точка на конвекцијата, би било неопходно да се претпостави дека студените и топлите слоеви на водата се одвоени и самиот процес на конвекција продолжува откако просечната температура на водата ќе падне под 4 C.

Сепак, не постои експериментален доказ за поддршка на оваа хипотеза дека слоевите на ладна и топла вода се одделени со конвекција.

гасови растворени во вода

Водата секогаш содржи гасови растворени во неа - кислород и јаглерод диоксид. Овие гасови имаат способност да ја намалат точката на замрзнување на водата. Кога водата се загрева, овие гасови се ослободуваат од водата бидејќи нивната растворливост во вода на висока температура е помала. Затоа, кога топла вода се лади, во неа секогаш има помалку растворени гасови отколку во незагреана ладна вода. Затоа, точката на мрзнење на загреаната вода е поголема и таа побрзо замрзнува. Овој фактор понекогаш се смета за главен во објаснувањето на ефектот Mpemba, иако нема експериментални податоци што го потврдуваат овој факт.

Топлинска спроводливост

Овој механизам може да игра значајна улога кога водата се става во фрижидер замрзнувач во мали контејнери. Во овие услови, забележано е дека садот со топла вода го топи мразот на замрзнувачот одоздола, а со тоа го подобрува топлинскиот контакт со ѕидот на замрзнувачот и топлинската спроводливост. Како резултат на тоа, топлината се отстранува од садот за топла вода побрзо отколку од ладниот. За возврат, садот со ладна вода не го топи снегот под него.

Сите овие (како и други) услови се проучувани во многу експерименти, но недвосмислен одговор на прашањето - кои од нив обезбедуваат 100% репродукција на ефектот Мпемба - не е добиен.

Така, на пример, во 1995 година, германскиот физичар Дејвид Ауербах го проучувал влијанието на суперладењето на водата врз овој ефект. Тој открил дека топлата вода, достигнувајќи суперладна состојба, замрзнува на повисока температура од студената вода, а со тоа и побрзо од втората. Но, студената вода ја достигнува суперладената состојба побрзо од топлата вода, со што се компензира претходното заостанување.

Дополнително, резултатите на Ауербах беа во спротивност со претходните податоци дека топлата вода може да постигне повеќе суперладење поради помалку центри за кристализација. Кога водата ќе се загрее, од неа се отстрануваат гасовите растворени во неа, а кога ќе се зоврие, таложат некои соли растворени во неа.

Засега може да се тврди само едно - репродукцијата на овој ефект суштински зависи од условите под кои се изведува експериментот. Токму затоа што не секогаш се репродуцира.

О. В. Мосин

Литературенизвори:

„Топлата вода замрзнува побрзо од студената вода. Зошто го прави тоа?“, Џерл Вокер во The Amator Scientist, Scientific American, Vol. 237, бр. 3, стр. 246-257; Септември, 1977 година.

„Замрзнување на топла и ладна вода“, Г.С. Кел во American Journal of Physics, Vol. 37, бр. 5, стр. 564-565; мај 1969 година.

„Суперладење и ефектот Мпемба“, Дејвид Ауербах, во American Journal of Physics, Vol. 63, бр. 10, стр. 882-885; Октомври, 1995 година.

„Ефектот Мпемба: Времето на замрзнување на топла и ладна вода“, Чарлс А. Најт, во Американскиот весник за физика, том. 64, бр. 5, стр 524; Мај, 1996 година.

Британското кралско здружение за хемија нуди награда од 1.000 фунти за секој кој може научно да објасни зошто, во некои случаи, топлата вода замрзнува побрзо од студената.

„Современата наука сè уште не може да одговори на ова навидум едноставно прашање. Производителите на сладолед и шанкерите го користат овој ефект во нивната секојдневна работа, но никој навистина не знае зошто тоа функционира. Овој проблем е познат со милениуми, филозофите како Аристотел и Декарт размислувале за тоа“, рече претседателот на британското кралско здружение за хемија, професор Дејвид Филипс, цитиран во соопштението за печатот од Друштвото.

Како африкански готвач претепа британски професор по физика

Ова не е првоаприлска шега, туку сурова физичка реалност. Денешната наука, која лесно работи на галаксии и црни дупки, градејќи џиновски забрзувачи за пребарување на кваркови и бозони, не може да објасни како „функционира“ елементарната вода. Во училишниот учебник недвосмислено стои дека е потребно повеќе време да се излади жешкото тело отколку да се олади ладно тело. Но, за водата, овој закон не се почитува секогаш. Аристотел го привлече вниманието на овој парадокс во 4 век п.н.е. д. Еве што напишал античкиот Грк во книгата „Meteorologica I“: „Фактот што водата е претходно загреана придонесува за нејзино замрзнување. Затоа, многу луѓе, кога сакаат брзо да ја изладат топлата вода, прво ја ставаат на сонце ... “Во средниот век, Френсис Бејкон и Рене Декарт се обидоа да го објаснат овој феномен. За жал, ниту големите филозофи ниту бројните научници кои развија класична топлинска физика не успеаја во тоа, и затоа таков незгоден факт беше „заборавен“ долго време.

И само во 1968 година тие се „запаметија“ благодарение на ученикот Ерасто Мпемба од Танзанија, далеку од каква било наука. Додека студирал во училиште за готвење, во 1963 година, 13-годишниот Мпембе добил задача да прави сладолед. Според технологијата, потребно е млекото да се вари, во него да се раствори шеќер, да се излади на собна температура, а потоа да се стави во фрижидер да се замрзне. Очигледно, Мпемба не бил вреден студент и се двоумел. Плашејќи се да не дојде на време до крајот на часот, го ставил уште врелото млеко во фрижидер. На негово изненадување, замрзна уште порано од млекото на неговите другари, подготвено по сите правила.

Кога Мпемба го сподели своето откритие со наставникот по физика, тој го исмејуваше пред целото одделение. Мпемба се сети на навредата. Пет години подоцна, веќе студент на Универзитетот во Дар ес Салам, тој беше на предавање на познатиот физичар Денис Г. Озборн. По предавањето, тој му поставил прашање на научникот: „Ако земете два идентични контејнери со иста количина вода, едниот на 35 °C (95 °F), а другиот на 100 °C (212 °F) и ставете ги во замрзнувач, а потоа водата во врел сад побрзо ќе замрзне. Зошто?" Можете да ја замислите реакцијата на еден британски професор на прашање на млад човек од запуштената Танзанија. Се исмејуваше со ученикот. Сепак, Мпемба бил подготвен на таков одговор и го предизвикал научникот на облог. Нивната расправија кулминираше со експериментален тест кој докажа дека Мпемба е во право и Озборн е поразен. Така, студентот-готвач го внесе своето име во историјата на науката и отсега оваа појава се нарекува „ефект на Мпемба“. Да го отфрлиш, да го декларираш како „непостоечки“ не чини. Феноменот постои, и, како што напиша поетот, „не во забот со нога“.

Дали се виновни честичките прашина и растворените материи?

Со текот на годините, многумина се обидоа да ја откријат мистеријата за замрзнување на водата. Предложени се цел куп објаснувања за овој феномен: испарување, конвекција, влијание на растворени материи - но ниту еден од овие фактори не може да се смета за дефинитивен. Голем број научници го посветија целиот свој живот на ефектот Мпемба. Џејмс Браунриџ, член на Катедрата за радијациона безбедност на Државниот универзитет во Њујорк, го проучува парадоксот во своето слободно време повеќе од една деценија. По спроведувањето на стотици експерименти, научникот тврди дека има докази за „вината“ на хипотермијата. Браунриџ објаснува дека на 0°C, водата само супер се лади и почнува да замрзнува кога температурата ќе падне подолу. Точката на замрзнување е регулирана со нечистотии во водата - тие ја менуваат брзината на формирање на ледени кристали. Нечистотиите, а тоа се честички од прашина, бактерии и растворени соли, имаат своја карактеристична температура на нуклеација, кога ледените кристали се формираат околу центрите за кристализација. Кога во водата има неколку елементи одеднаш, точката на замрзнување се одредува според оној со највисока температура на нуклеација.

За експериментот, Браунриџ зел два примероци вода на иста температура и ги ставил во замрзнувач. Тој откри дека еден од примероците секогаш се замрзнува пред другиот - веројатно поради различна комбинација на нечистотии.

Браунриџ тврди дека топлата вода се лади побрзо поради поголемата температурна разлика помеѓу водата и замрзнувачот - тоа и помага да ја достигне својата точка на замрзнување пред студената вода да ја достигне својата природна точка на замрзнување, која е најмалку 5°C пониска.

Сепак, расудувањето на Браунриџ покренува многу прашања. Затоа, оние кои можат да го објаснат ефектот Мпемба на свој начин имаат шанса да се натпреваруваат за илјада фунти од британското кралско здружение за хемија.

Хемијата беше еден од моите омилени предмети во училиште. Еднаш еден наставник по хемија ни даде многу чудна и тешка задача. Ни даде список со прашања на кои требаше да одговориме во однос на хемијата. Ни беа дадени неколку дена за оваа задача и ни беше дозволено да користиме библиотеки и други достапни извори на информации. Едно од овие прашања се однесуваше на точката на замрзнување на водата. Не се сеќавам точно како звучеше прашањето, но се работеше за тоа дека ако земете две дрвени кофи со иста големина, едната со топла вода, другата со ладна (точно на одредена температура) и ставете ги во средина со одредена температура која побрзо ќе ја замрзнат? Се разбира, одговорот веднаш се сугерираше - кофа ладна вода, но ни се чинеше премногу едноставно. Но, ова не беше доволно за да се даде целосен одговор, тоа требаше да го докажеме од хемиски аспект. И покрај сето мое размислување и истражување, не можев да извлечам логичен заклучок. На овој ден, дури решив да ја прескокнам оваа лекција, па никогаш не го дознав решението за оваа загатка.

Поминаа години и научив многу митови за домаќинството за точката на вриење и точката на замрзнување на водата, а еден мит вели: „жешката вода побрзо замрзнува“. Погледнав многу веб-страници, но информациите беа премногу конфликтни. И тоа беа само мислења, неосновани од гледна точка на науката. И решив да го спроведам моето искуство. Бидејќи не можев да најдам дрвени кофи, користев замрзнувач, шпорет, малку вода и дигитален термометар. За резултатите од моето искуство ќе зборувам малку подоцна. Прво, ќе споделам со вас неколку интересни аргументи за водата:

Топлата вода замрзнува побрзо од ладната. Повеќето експерти велат дека ладната вода ќе замрзне побрзо од топлата. Но, еден смешен феномен (т.н. Мемба ефект), од непознати причини, го докажува спротивното: топлата вода замрзнува побрзо од ладната. Едно од неколкуте објаснувања е процесот на испарување: ако многу топла вода се стави во ладна средина, тогаш водата ќе почне да испарува (преостанатата количина на вода побрзо ќе замрзне). И според законите на хемијата, ова воопшто не е мит, и најверојатно тоа е она што наставникот сакаше да го слушне од нас.

Зовриената вода замрзнува побрзо од водата од чешма. И покрај претходното објаснување, некои експерти тврдат дека зовриената вода што се изладила на собна температура треба побрзо да замрзне бидејќи количината на кислород се намалува како резултат на вриење.

Ладната вода врие побрзо од топлата. Ако топлата вода замрзнува побрзо, тогаш ладната вода може побрзо да зоврие! Ова е спротивно на здравиот разум и научниците тврдат дека тоа едноставно не може да биде. Топлата вода од чешма всушност треба да врие побрзо од ладната вода. Но, со користење на топла вода за вриење, не заштедувате енергија. Може да користите помалку гас или струја, но бојлерот ќе ја користи истата количина на енергија што е потребна за загревање на ладна вода. (Сончевата енергија е малку поинаква.) Како резултат на загревање на водата со бојлер, може да се формира талог, па на водата ќе и треба подолго време да се загрее.

Ако додадете сол во водата, таа побрзо ќе зоврие. Солта ја зголемува точката на вриење (и затоа ја намалува точката на замрзнување - поради што некои домаќинки додаваат малку камена сол во сладоледот). Но, во овој случај, ние сме заинтересирани за друго прашање: колку долго ќе врие водата и дали точката на вриење во овој случај може да се искачи над 100 ° C). И покрај тоа што го кажуваат книгите за готвење, научниците велат дека количината на сол што ја додаваме во зовриената вода не е доволна за да влијае на времето или температурата на вриење.

Но, еве што добив:

Ладна вода: користев три стаклени чаши со прочистена вода од 100 ml: една собна температура (72°F/22°C), една топла вода (115°F/46°C) и една варена (212°F/100°C В). Сите три чаши ги ставив во замрзнувач на -18°C. И бидејќи знаев дека водата нема веднаш да се претвори во мраз, го одредив степенот на замрзнување со „дрвената пловичка“. Кога стапот, поставен во центарот на чашата, повеќе не ја допираше основата, поверував дека водата замрзнала. Ги проверував очилата на секои пет минути. И кои се моите резултати? Водата во првата чаша замрзна по 50 минути. Топлата вода замрзна по 80 минути. Варени - по 95 минути. Мои заклучоци: Со оглед на условите во замрзнувачот и водата што ја користев, не можев да го репродуцирам ефектот Мемба.

Овој експеримент го пробав и со претходно зовриена вода изладена на собна температура. Замрзна за 60 минути - сепак требаше подолго од ладна вода да замрзне.

Зовриена вода: Зедов литар вода на собна температура и ја ставив на оган. Таа се вари за 6 минути. Потоа повторно го изладив на собна температура и го додадов на жешкото. На истиот оган врела вода зовриваше 4 часа и 30 минути. Заклучок: очекувано, топлата вода врие многу побрзо.

Зовриена вода (со сол): На 1 литар вода додадов 2 големи лажици кујнска сол. Врие за 6 минути и 33 секунди, а како што покажа термометарот достигна температура од 102°C. Несомнено, солта влијае на точката на вриење, но не многу. Заклучок: солта во водата не влијае многу на температурата и времето на вриење. Искрено признавам дека мојата кујна е тешко да се нарече лабораторија, а можеби моите заклучоци се спротивни на реалноста. Мојот замрзнувач може нерамномерно да замрзне храна. Моите стаклени очила можеби се неправилни, итн. Но, без разлика што се случува во лабораторија, кога станува збор за замрзнување или зовриена вода во кујната, најважен е здравиот разум.

линк со интересни факти за водните, за водата
како што е предложено на форумот forum.ixbt.com, овој ефект (ефектот на замрзнување топла вода побрзо од студената вода) се нарекува „ефект Аристотел-Мпемба“

Оние. зовриена вода (изладена) замрзнува побрзо од „суровата“

Во старата добра формула H 2 O, се чини дека нема тајни. Но, всушност, водата - изворот на животот и најпознатата течност во светот - е полна со многу мистерии кои понекогаш дури и научниците не можат да ги решат.

Еве ги 5-те најинтересни факти за водата:

1. Топлата вода замрзнува побрзо од ладната

Земете два контејнери со вода: во едниот истурете топла вода, а во другиот ладна вода и ставете ги во замрзнувач. Топлата вода ќе замрзне побрзо од ладната, иако логично, ладната вода прво требаше да се претвори во мраз: на крајот на краиштата, топлата вода мора прво да се олади до ладна температура, а потоа да се претвори во мраз, додека ладната вода не треба да се олади. Зошто се случува ова?

Ерасто Б. Кога младиот човек го сподели своето откритие со наставникот по физика, тој само му се насмеа. За среќа, ученикот бил упорен и го убедил наставникот да спроведе експеримент, кој го потврдил неговото откритие: под одредени услови, топлата вода навистина замрзнува побрзо од ладната.

Сега овој феномен на замрзнување на топла вода побрзо од ладната вода се нарекува ефект на Мпемба. Точно, долго пред него, оваа единствена сопственост на водата ја забележале Аристотел, Френсис Бекон и Рене Декарт.

Научниците не ја разбираат целосно природата на овој феномен, објаснувајќи го или со разликата во хипотермијата, испарувањето, формирањето мраз, конвекцијата или ефектот на течните гасови на топла и ладна вода.

Белешка од Х.РУ на темата „Толата вода замрзнува побрзо од ладната вода“.

Бидејќи прашањата за ладење се поблиску до нас, специјалисти за ладење, да навлеземе малку подлабоко во суштината на овој проблем и да дадеме две мислења за природата на таков мистериозен феномен.

1. Научник од Универзитетот во Вашингтон понуди објаснување за мистериозната појава позната уште од времето на Аристотел: зошто топлата вода замрзнува побрзо од студената.

Феноменот наречен Mpemba ефект, е широко користен во пракса. На пример, експертите ги советуваат возачите да истураат ладна, а не топла вода во резервоарот за миење во зима. Но, она што лежи во основата на овој феномен остана непознато долго време.

Д-р Џонатан Кац од Универзитетот во Вашингтон го истражувал овој феномен и заклучил дека во него важна улога играат супстанциите растворени во вода, кои таложат кога се загреваат, пренесува EurekAlert.

Под растворени материи, д-р Кац подразбира калциум и магнезиум бикарбонати кои се наоѓаат во тврдата вода. Кога водата се загрева, овие супстанции се таложат, формирајќи скала на ѕидовите на котелот. Водата која никогаш не била загреана ги содржи овие нечистотии. Како што се замрзнува и се формираат ледени кристали, концентрацијата на нечистотии во водата се зголемува за 50 пати. Ова ја намалува точката на замрзнување на водата. „И сега водата мора да се олади за да замрзне“, објаснува д-р Кац.

Постои втора причина што го спречува замрзнувањето на незагреаната вода. Намалувањето на точката на замрзнување на водата ја намалува температурната разлика помеѓу цврстата и течната фаза. „Бидејќи брзината со која водата ја губи топлината зависи од оваа температурна разлика, водата што не е загреана се лади полошо“, коментира д-р Кац.

Според научникот, неговата теорија може да се тестира експериментално, бидејќи. ефектот Mpemba станува поизразен за потврда вода.

2. Кислородот плус водородот плус студот создава мраз. На прв поглед, оваа проѕирна супстанција изгледа многу едноставна. Всушност, мразот е полн со многу мистерии. Мразот што го создаде Африканецот Ерасто Мпемба не размислуваше за слава. Деновите беа жешки. Сакаше лепчиња. Зеде тетрапак сок и го стави во замрзнувач. Тој го направи ова повеќе од еднаш и затоа забележа дека сокот особено брзо замрзнува, ако го држите на сонце пред тоа - само загрејте го! Ова е чудно, мислеше ученикот од Танзанија, кој постапи спротивно на световната мудрост. Дали е можно за течноста побрзо да се претвори во мраз, таа прво треба да се загрее? Младиот човек бил толку изненаден што ја споделил својата претпоставка со учителката. Тој ја објави оваа љубопитност во печатот.

Оваа приказна се случи уште во 1960-тите. Сега „ефектот Мпемба“ им е добро познат на научниците. Но, долго време оваа навидум едноставна појава остана мистерија. Зошто топлата вода замрзнува побрзо од ладната вода?

Дури во 1996 година, физичарот Дејвид Ауербах најде решение. За да одговори на ова прашање, тој спроведувал експеримент цела година: загревал вода во чаша и повторно ја ладел. Па што откри? Кога се загреваат, воздушните меури растворени во вода испаруваат. Водата без гасови полесно замрзнува на ѕидовите на садот. „Се разбира, водата со висока содржина на воздух исто така ќе замрзне“, вели Ауербах, „но не на нула Целзиусови степени, туку само на минус четири до шест степени“. Се разбира, ќе треба да чекате подолго. Значи, топлата вода замрзнува пред ладна вода, ова е научен факт.

Едвај постои супстанца што би се појавила пред нашите очи со иста леснотија како мразот. Се состои само од молекули на вода - односно елементарни молекули кои содржат два атоми на водород и еден кислород. Сепак, мразот е можеби најмистериозната супстанција во универзумот. Научниците досега не беа во можност да објаснат некои од неговите својства.

2. Суперладење и „блиц“ замрзнување

Секој знае дека водата секогаш се претвора во мраз кога ќе се олади до 0 °C... освен во некои случаи! Таков случај е, на пример, „суперладење“, што е својство на многу чистата вода да остане течна дури и кога се лади под замрзнување. Овој феномен станува возможен поради фактот што околината не содржи центри за кристализација или јадра кои би можеле да предизвикаат формирање на ледени кристали. И така водата останува во течна форма, дури и кога се лади на температури под нула Целзиусови степени. Процесот на кристализација може да се активира, на пример, со меурчиња од гас, нечистотии (загадување), нерамна површина на контејнерот. Без нив, водата ќе остане во течна состојба. Кога ќе започне процесот на кристализација, можете да гледате како супер оладената вода веднаш се претвора во мраз.

Погледнете го видеото (2 901 Kb, 60 c) од Фил Медина (www.mrsciguy.com) и уверете се сами >>

Коментар.Прегреаната вода, исто така, останува течна дури и кога се загрева над нејзината точка на вриење.

3. „Стаклена“ вода

Брзо и без двоумење, наведете колку различни состојби има водата?

Ако одговоривте на три (цврсти, течни, гасни), тогаш се лажете. Научниците разликуваат најмалку 5 различни состојби на вода во течна форма и 14 состојби на мраз.

Се сеќавате на разговорот за супер оладена вода? Значи, што и да правите, на -38 ° C, дури и најчистата супер-ладена вода одеднаш се претвора во мраз. Што се случува со дополнително намалување

температура? На -120 °C, нешто чудно почнува да и се случува на водата: таа станува супервискозна или вискозна, како меласа, а на температури под -135 °C се претвора во „стаклена“ или „стаклена“ вода - цврста материја во која нема кристална структура.

4. Квантни својства на водата

На молекуларно ниво, водата е уште поневеројатна. Во 1995 година, научниците спроведоа експеримент за расејување на неутрони даде неочекуван резултат: физичарите открија дека неутроните насочени кон молекулите на водата „гледаат“ 25% помалку водородни протони од очекуваното.

Се покажа дека со брзина од една аттосекунда (10 -18 секунди) се случува необичен квантен ефект, а хемиската формула на водата наместо вообичаената - H 2 O, станува H 1,5 O!

5. Дали водата има меморија?

Хомеопатијата, алтернатива на конвенционалната медицина, тврди дека разредениот раствор на медицински производ може да има лековито дејство врз телото, дури и ако факторот на разредување е толку голем што во растворот нема ништо друго освен молекули на вода. Застапниците на хомеопатијата го објаснуваат овој парадокс со концептот наречен „меморија на водата“, според кој водата на молекуларно ниво има „меморија“ на супстанцијата штом еднаш се раствори во неа и ги задржува својствата на растворот на првобитната концентрација откако не единствена молекула на состојката останува во неа.

Меѓународен тим на научници предводен од професорката Медлин Енис од Универзитетот Квин во Белфаст, кој ги критикуваше принципите на хомеопатијата, спроведе експеримент во 2002 година за да го побие овој концепт еднаш засекогаш. Резултатот беше спротивен. После тоа, научниците рекоа дека тие беа во можност да ја докажат реалноста на ефектот на "меморија на водата. Сепак, експериментите спроведени под надзор на независни експерти, не донесоа резултати. Споровите за постоењето на феноменот "меморија на водата" продолжуваат.

Водата има многу други необични својства кои не ги опфативме во оваа статија.

Литература.

1. 5 навистина чудни работи за водата / http://www.neatorama.com.
2. Мистеријата на водата: создадена е теоријата за ефектот Аристотел-Мпемба / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi Н.Н. Тајните на неживата природа. Најмистериозната супстанција во универзумот / http://www.bibliotekar.ru.