1963 metais Tanzanijos moksleivis, vardu Erasto Mpemba, uždavė savo mokytojui kvailą klausimą – kodėl šilti ledai jo šaldiklyje užšaldavo greičiau nei šalti?

Būdamas Magambinskajos mokiniu vidurinė mokykla Tanzanijoje Erasto Mpemba padarė praktinis darbas kulinarijoje. Jam reikėjo pasigaminti naminių ledų – užvirti pieną, ištirpinti jame cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros, o tada padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin stropus mokinys ir delsė atlikti pirmąją užduoties dalį. Bijodamas, kad iki pamokos pabaigos nespės, į šaldytuvą įdėjo dar karšto pieno. Jo nuostabai, jis užšalo net anksčiau nei jo bendražygių pienas, paruoštas pagal nurodytą technologiją.

Jis kreipėsi į fizikos mokytoją, kad paaiškintų, bet jis tik nusijuokė iš mokinio, sakydamas: „Tai ne universali fizika, o Mpemba fizika“. Po to Mpemba eksperimentavo ne tik su pienu, bet ir su paprastu vandeniu.

Bet kuriuo atveju, jau būdamas Mkwavos vidurinės mokyklos mokinys, profesoriaus Denniso Osborne'o iš Dar Es Salamo universiteto koledžo (mokyklos direktoriaus pakviestas skaityti paskaitą apie fiziką studentams) jis paklausė konkrečiai apie vandenį: „Jei imtumėt du vienodus indus su vienodais vandens kiekiais, kad viename vandens temperatūra būtų 35°C, o kitame - 100°C, ir įdėkite į šaldiklį, tada antrame vanduo užšaltų greičiau. Kodėl?" Osborne'as susidomėjo šiuo klausimu ir netrukus, 1969 m., jis ir Mpemba paskelbė savo eksperimentų rezultatus žurnale Physics Education. Nuo tada jų atrastas efektas buvo vadinamas Mpemba efektu.

Ar jums įdomu sužinoti, kodėl taip nutinka? Vos prieš kelerius metus mokslininkams pavyko paaiškinti šį reiškinį...

Mpemba efektas (Mpemba Paradox) yra paradoksas, teigiantis, kad karštas vanduo tam tikromis sąlygomis užšąla greičiau nei šaltas vanduo, nors jis turi išlaikyti temperatūrą saltas vanduo užšalimo proceso metu. Šis paradoksas yra eksperimentinis faktas, prieštaraujantis įprastoms idėjoms, pagal kurias tomis pačiomis sąlygomis labiau įkaitusiam kūnui reikia daugiau laiko atvėsti iki tam tikros temperatūros, nei mažiau įkaitusiam kūnui atvėsti iki tokios pat temperatūros.

Šį reiškinį savo laikais pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartesas. Iki šiol niekas tiksliai nežino, kaip paaiškinti šį keistą poveikį. Mokslininkai neturi vienos versijos, nors jų yra daug. Viskas apie karšto ir šalto vandens savybių skirtumus, tačiau kol kas neaišku, kurios savybės šiuo atveju turi įtakos: peršalimo, garavimo, ledo susidarymo, konvekcijos ar suskystintų dujų poveikio vandeniui skirtumas, kai skirtingos temperatūros. Mpemba efekto paradoksas yra tas, kad laikas, per kurį kūnas atšąla iki aplinkos temperatūros, turi būti proporcingas šio kūno ir aplinkos temperatūrų skirtumui. Šį dėsnį nustatė Niutonas ir nuo to laiko jis daug kartų buvo patvirtintas praktikoje. Dėl šio poveikio vanduo, kurio temperatūra 100 °C, atvėsta iki 0 °C greičiau nei toks pat vandens kiekis, kurio temperatūra yra 35 °C.

Nuo tada buvo išsakytos įvairios versijos, viena iš jų buvo tokia: dalis karštas vanduo Iš pradžių jis tiesiog išgaruoja, o vėliau, kai jo lieka mažiau, vanduo greičiau užšąla. Ši versija dėl savo paprastumo tapo populiariausia, tačiau mokslininkų visiškai netenkino.

Dabar Singapūro Nanyang technologijos universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama chemiko Xi Zhang, teigia, kad išsprendė seną paslaptį, kodėl šiltas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Kaip išsiaiškino Kinijos ekspertai, paslaptis slypi energijos kiekyje, sukauptame vandeniliniuose ryšiuose tarp vandens molekulių.

Kaip žinote, vandens molekulės susideda iš vieno deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų, sujungtų kovalentinėmis jungtimis, kurios dalelių lygyje atrodo kaip elektronų mainai. Kitas žinomas faktas slypi tame, kad vandenilio atomus pritraukia deguonies atomai iš gretimų molekulių – ir susidaro vandenilio ryšiai.

Tuo pačiu metu vandens molekulės paprastai atstumia viena kitą. Mokslininkai iš Singapūro pastebėjo: kuo šiltesnis vanduo, tuo didesnis atstumas tarp skysčio molekulių dėl didėjančių atstumiamųjų jėgų. Dėl to vandeniliniai ryšiai ištempiami, todėl sukaupia daugiau energijos. Ši energija išsiskiria vandeniui vėsstant – molekulės priartėja viena prie kitos. O energijos išleidimas, kaip žinoma, reiškia vėsinimą.

Štai mokslininkų iškeltos prielaidos:

Garavimas

Karštas vanduo greičiau išgaruoja iš talpyklos, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis tos pačios temperatūros vandens kiekis greičiau užšąla. Iki 100°C pašildytas vanduo, atvėsęs iki 0°C, praranda 16% savo masės. Garavimo efektas yra dvigubas. Pirma, sumažėja aušinimui reikalingo vandens masė. Ir, antra, dėl garavimo sumažėja jo temperatūra.

Temperatūros skirtumas

Dėl temperatūrų skirtumo tarp karštas vanduo ir daugiau šalto oro – todėl šilumos mainai tokiu atveju yra intensyvesni ir karštas vanduo greičiau atvėsta.

Hipotermija
Kai vanduo atšąla žemiau 0°C, jis ne visada užšąla. Tam tikromis sąlygomis jis gali peršalti ir toliau išlikti skystas esant žemesnei nei užšalimo temperatūrai. Kai kuriais atvejais vanduo gali išlikti skystas net esant -20°C temperatūrai. Šio poveikio priežastis yra ta, kad tam, kad pradėtų formuotis pirmieji ledo kristalai, reikalingi kristalų formavimo centrai. Jei skystame vandenyje jų nėra, per didelis aušinimas tęsis tol, kol temperatūra nukris pakankamai, kad kristalai susidarytų savaime. Kai jie pradės formuotis peraušintame skystyje, jie pradės sparčiau augti, sudarydami purviną ledą, kuris užšals ir susidarys ledas. Karštas vanduo yra jautriausias hipotermijai, nes jį kaitinant pašalinamos ištirpusios dujos ir burbuliukai, kurie savo ruožtu gali būti ledo kristalų susidarymo centrai. Kodėl dėl hipotermijos karštas vanduo greičiau užšąla? Tuo atveju saltas vanduo, kuris nėra peršaldytas, atsitinka taip: ant jo paviršiaus a plonas sluoksnis ledo, kuris veikia kaip izoliatorius tarp vandens ir šalto oro, taip užkertant kelią tolesniam garavimui. Ledo kristalų susidarymo greitis šiuo atveju bus mažesnis. Kai karštas vanduo yra peršaldomas, peršalęs vanduo neturi apsauginio paviršiaus ledo sluoksnio. Todėl per atvirą viršų jis daug greičiau praranda šilumą. Kai peršalimo procesas baigiasi ir vanduo užšąla, prarandama daug daugiau šilumos, todėl susidaro daugiau ledo. Daugelis šio poveikio tyrinėtojų mano, kad hipotermija yra pagrindinis veiksnys Mpemba efekto atveju.
Konvekcija

Šaltas vanduo pradeda užšalti iš viršaus, todėl pablogėja šilumos spinduliavimo ir konvekcijos procesai, taigi ir šilumos nuostoliai, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios. Šis poveikis paaiškinamas vandens tankio anomalija. Didžiausias vandens tankis yra 4 °C temperatūroje. Jei vandenį atvėsinsite iki 4°C ir pastatysite į žemesnės temperatūros aplinką, paviršinis vandens sluoksnis užšals greičiau. Kadangi šis vanduo yra mažesnis nei 4°C temperatūros vanduo, jis išliks paviršiuje, sudarydamas ploną šaltą sluoksnį. Tokiomis sąlygomis per trumpą laiką vandens paviršiuje susidarys plonas ledo sluoksnis, tačiau šis ledo sluoksnis veiks kaip izoliatorius, apsaugantis apatinius vandens sluoksnius, kurių temperatūra išliks 4°C. . Štai kodėl tolesnis procesas vėsinimas vyks lėčiau. Karšto vandens atveju situacija yra visiškai kitokia. Paviršiaus sluoksnis Vanduo greičiau atvės dėl garavimo ir didesnio temperatūrų skirtumo. Be to, šalto vandens sluoksniai yra tankesni nei karšto vandens sluoksniai, todėl šalto vandens sluoksnis nuslūgs, pakeldamas sluoksnį šiltas vanduoį paviršių. Tokia vandens cirkuliacija užtikrina greitą temperatūros kritimą. Bet kodėl šis procesas nepasiekia pusiausvyros taško? Norint paaiškinti Mpemba efektą konvekcijos požiūriu, reikėtų daryti prielaidą, kad šaltasis ir karštasis vandens sluoksniai yra atskirti, o pats konvekcijos procesas tęsiasi, vidutinei vandens temperatūrai nukritus žemiau 4 °C. Tačiau nėra jokių eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių šią hipotezę, kad šaltas ir karštas vandens sluoksniai yra atskirti konvekcijos procesu.

Vandenyje ištirpusios dujos

Vandenyje visada yra jame ištirpusių dujų – deguonies ir anglies dioksidas. Šios dujos turi galimybę sumažinti vandens užšalimo temperatūrą. Kaitinant vandenį, šios dujos išsiskiria iš vandens, nes aukštoje temperatūroje jų tirpumas vandenyje yra mažesnis. Todėl karštam vandeniui atvėsus, jame visada būna mažiau ištirpusių dujų nei nešildomame šaltame vandenyje. Todėl pašildyto vandens užšalimo temperatūra yra aukštesnė ir jis greičiau užšąla. Šis veiksnys kartais laikomas pagrindiniu paaiškinant Mpemba efektą, nors eksperimentinių duomenų, patvirtinančių šį faktą, nėra.

Šilumos laidumas

Šis mechanizmas gali atlikti svarbų vaidmenį, kai vanduo dedamas į šaldytuvo skyriaus šaldiklį mažose talpyklose. Tokiomis sąlygomis pastebėta, kad indas su karštu vandeniu tirpdo po juo esantį ledą šaldiklis, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su šaldiklio sienele ir šilumos laidumą. Dėl to šiluma iš karšto vandens indo pašalinama greičiau nei iš šalto. Savo ruožtu indas su šaltu vandeniu neištirpdo po juo esančio sniego. Visos šios (kaip ir kitos) sąlygos buvo tiriamos atliekant daugybę eksperimentų, tačiau vienareikšmiško atsakymo į klausimą – kurios iš jų užtikrina 100% Mpemba efekto atkūrimą – taip ir nepavyko gauti. Pavyzdžiui, 1995 metais vokiečių fizikas Davidas Auerbachas ištyrė peršalimo vandens poveikį šiam poveikiui. Jis atrado, kad karštas vanduo, pasiekęs peršalimo būseną, užšąla aukštesnėje temperatūroje nei šaltas, taigi ir greičiau nei pastarasis. Tačiau šaltas vanduo peršalimo būseną pasiekia greičiau nei karštas, taip kompensuodamas ankstesnį atsilikimą. Be to, Auerbacho rezultatai prieštaravo ankstesniems duomenims, kad karštas vanduo galėjo pasiekti didesnį peršalimą dėl mažiau kristalizacijos centrų. Kaitinant vandenį, iš jo pasišalina jame ištirpusios dujos, o verdant nusėda dalis jame ištirpusių druskų. Kol kas galima teigti tik vieną dalyką: šio efekto atkūrimas labai priklauso nuo sąlygų, kuriomis atliekamas eksperimentas. Būtent todėl, kad jis ne visada atgaminamas.

Tačiau, kaip sakoma, labiausiai tikėtina priežastis.

Kaip rašo chemikai savo straipsnyje, kurį galima rasti išankstinio spausdinimo svetainėje arXiv.org, vandenilio jungtys yra stipresnės karštame vandenyje nei šaltame vandenyje. Taigi išeina, kad karšto vandens vandeniliniuose ryšiuose sukaupiama daugiau energijos, o tai reiškia, kad atvėsus iki minusinės temperatūros jos išsiskiria daugiau. Dėl šios priežasties kietėjimas vyksta greičiau.

Iki šiol mokslininkai šią paslaptį išsprendė tik teoriškai. Kai jie pateikia įtikinamus savo versijos įrodymus, klausimas, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas, gali būti laikomas uždaru.

Vanduo- cheminiu požiūriu gana paprasta medžiaga, tačiau ji turi daugybę neįprastų savybių, kurios nenustoja stebinti mokslininkų. Žemiau yra keletas faktų, apie kuriuos žino nedaugelis.

1. Kuris vanduo užšąla greičiau – šaltas ar karštas?

Paimkime du indus su vandeniu: į vieną supilkite karštą, į kitą šaltą vandenį ir padėkite į šaldiklį. Karštas vanduo užšals greičiau nei šaltas, nors logiškai mąstant, šaltas vanduo pirmiausia turėjo pavirsti ledu: juk karštas vanduo pirmiausia turi atvėsti iki šaltos temperatūros, o po to virsti ledu, o šalto vandens vėsinti nereikia. Kodėl tai vyksta?

1963 metais Tanzanijos studentas Erasto B. Mpemba, šaldydamas ledų mišinį, pastebėjo, kad karštas mišinys šaldiklyje sustingsta greičiau nei šaltas. Kai jaunuolis savo atradimu pasidalijo su fizikos mokytoju, šis iš jo tik juokėsi. Laimei, mokinys buvo atkaklus ir įtikino mokytoją atlikti eksperimentą, kuris patvirtino jo atradimą: tam tikromis sąlygomis karštas vanduo iš tikrųjų užšąla greičiau nei šaltas.

Dabar šis reiškinys, kai karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas vanduo, vadinamas " Mpemba efektas“ Tiesa, gerokai prieš tai unikalus turtas vandenį pažymėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Renė Dekartas.

Mokslininkai vis dar iki galo nesuvokia šio reiškinio prigimties, aiškindami jį arba peršalimo, garavimo, ledo susidarymo, konvekcijos skirtumu, arba suskystintų dujų poveikiu karštam ir šaltam vandeniui.

2. Jis gali akimirksniu sušalti

Visi tai žino vandens atvėsus iki 0°C visada virsta ledu... su kai kuriomis išimtimis! Tokio atvejo pavyzdys yra peršalimas, kuris yra labai gryno vandens savybė išlikti skystam net atvėsus iki žemiau užšalimo. Šis reiškinys įmanomas dėl to, kad aplinkoje nėra kristalizacijos centrų ar branduolių, kurie galėtų paskatinti ledo kristalų susidarymą. Taigi vanduo išlieka skystas net ir atvėsęs iki žemiau nulio laipsnių Celsijaus.

Kristalizacijos procesas gali atsirasti, pavyzdžiui, dėl dujų burbuliukų, nešvarumų (teršalų) arba nelygaus talpyklos paviršiaus. Be jų vanduo liks viduje skysta būsena. Kai prasidės kristalizacijos procesas, galite stebėti, kaip itin atvėsęs vanduo akimirksniu virsta ledu.

Atkreipkite dėmesį, kad „perkaitintas“ vanduo taip pat išlieka skystas, net kai šildomas virš virimo temperatūros.

3. 19 vandens būsenų

Nedvejodami įvardykite, kiek skirtingų būsenų turi vanduo? Jeigu atsakėte trise: kietas, skystas, dujinis, vadinasi, klydote. Mokslininkai išskiria mažiausiai 5 skirtingas vandens būsenas skysto pavidalo ir 14 būsenų užšaldyto pavidalo.

Prisimeni pokalbį apie itin atšaldytą vandenį? Taigi, kad ir ką darytumėte, esant -38 °C net tyriausias itin atšaldytas vanduo staiga virs ledu. Kas atsitiks, kai temperatūra toliau kris? Esant -120 °C vandeniui pradeda įvykti kažkas keisto: jis tampa itin klampus arba klampus, kaip melasa, o žemesnėje nei -135 °C temperatūroje virsta „stikliniu“ arba „stikliniu“ vandeniu – kieta medžiaga, neturinčia kristalinės struktūros. .

4. Vanduo stebina fizikus

Molekuliniu lygmeniu vanduo dar labiau stebina. 1995 m. mokslininkų atliktas neutronų sklaidos eksperimentas davė netikėtą rezultatą: fizikai išsiaiškino, kad į vandens molekules nukreipti neutronai „mato“ 25 % mažiau vandenilio protonų, nei tikėtasi.

Paaiškėjo, kad vienos atosekundės (10–18 sekundžių) greičiu įvyksta neįprastas kvantinis efektas, o vietoj jo atsiranda cheminė vandens formulė H2O, tampa H1.5O!

5. Vandens atmintis

Alternatyva oficiali medicina homeopatija teigia, kad praskiestas tirpalas vaistinis preparatas gali turėti gydomąjį poveikį organizmui, net jei praskiedimo koeficientas yra toks didelis, kad tirpale nelieka nieko, išskyrus vandens molekules. Homeopatijos šalininkai šį paradoksą paaiškina sąvoka, vadinama " vandens atmintis“, pagal kurią vanduo molekuliniame lygmenyje turi kažkada jame ištirpusios medžiagos „atmintį“ ir išsaugo pradinės koncentracijos tirpalo savybes, kai jame nelieka nė vienos sudedamosios dalies molekulės.

Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama profesorės Madeleine Ennis iš Belfasto Karalienės universiteto, kritikavusių homeopatijos principus, 2002 metais atliko eksperimentą, siekdama visam laikui paneigti šią koncepciją. Rezultatas buvo priešingas. Po to mokslininkai pareiškė, kad jiems pavyko įrodyti efekto realumą “ vandens atmintis“ Tačiau eksperimentai, atlikti prižiūrint nepriklausomiems ekspertams, rezultatų nedavė. Ginčai dėl reiškinio egzistavimo “ vandens atmintis"Tęsti.

Vanduo turi daug kitų neįprastų savybių, apie kurias šiame straipsnyje nekalbėjome. Pavyzdžiui, vandens tankis kinta priklausomai nuo temperatūros (ledo tankis mažesnis už vandens tankį); vanduo turi gana didelį paviršiaus įtempimą; skystoje būsenoje vanduo yra sudėtingas ir dinamiškai kintantis vandens telkinių tinklas, o būtent klasterių elgsena turi įtakos vandens struktūrai ir kt.

Apie šias ir daugelį kitų netikėtų funkcijų vandens galima perskaityti straipsnyje “ Anomalinės savybės vandens“, autorius Martinas Chaplinas, Londono universiteto profesorius.

Tai tiesa, nors skamba neįtikėtinai, nes užšalimo proceso metu pašildytas vanduo turi išlaikyti šalto vandens temperatūrą. Tuo tarpu šis efektas plačiai naudojamas, pavyzdžiui, čiuožyklos ir čiuožyklos žiemą užpildomos karštu, o ne šaltu vandeniu. Ekspertai pataria vairuotojams žiemą į plovimo rezervuarą pilti šaltą, o ne karštą vandenį. Paradoksas pasaulyje žinomas kaip „Mpemba Effect“.

Šį reiškinį kažkada minėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartesas, tačiau tik 1963 metais fizikos profesoriai atkreipė į jį dėmesį ir bandė jį tyrinėti. Viskas prasidėjo nuo to, kad Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba pastebėjo, kad saldintas pienas, kurį jis naudojo ledams gaminti, greičiau užšąla, jei buvo pašildytas, ir iškėlė hipotezę, kad karštas vanduo užšalo greičiau nei šaltas. Jis kreipėsi į fizikos mokytoją, kad paaiškintų, bet jis tik nusijuokė iš mokinio, sakydamas: „Tai ne universali fizika, o Mpemba fizika“.

Laimei, vieną dieną mokykloje apsilankė fizikos profesorius Dennisas Osborne'as iš Dar es Salamo universiteto. Ir Mpemba kreipėsi į jį su tuo pačiu klausimu. Profesorius buvo ne toks skeptiškas, teigė negalintis spręsti apie tai, ko niekada nematė, o grįžęs namo paprašė savo darbuotojų atlikti atitinkamus eksperimentus. Jie tarsi patvirtino berniuko žodžius. Bet kokiu atveju 1969 m. Osborne'as anglų žurnale kalbėjo apie darbą su Mpemba. FizikaIšsilavinimas“ Tais pačiais metais George'as Kellas iš Kanados nacionalinės tyrimų tarybos paskelbė straipsnį, aprašantį šį reiškinį anglų kalba. AmerikosŽurnalasapieFizika».

Yra keletas galimų šio paradokso paaiškinimų:

• Karštas vanduo greičiau išgaruoja, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis tos pačios temperatūros vandens kiekis greičiau užšąla. Hermetiškuose induose šaltas vanduo turėtų užšalti greičiau.
• Sniego pamušalo prieinamumas. Talpykla su karštu vandeniu ištirpdo po apačią esantį sniegą ir taip pagerina šiluminį kontaktą su aušinimo paviršiumi. Šaltas vanduo netirpdo sniego apačioje. Jei nėra sniego pamušalo, šalto vandens talpykla turėtų užšalti greičiau.
• Šaltas vanduo pradeda užšalti iš viršaus, todėl pablogėja šilumos spinduliavimo ir konvekcijos procesai, taigi ir šilumos nuostoliai, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios. Papildomai mechaniniu būdu maišant vandenį induose, šaltas vanduo turėtų užšalti greičiau.
• Atvėsintame vandenyje yra kristalizacijos centrų - jame ištirpusių medžiagų. Esant nedideliam tokių centrų skaičiui šaltame vandenyje, vandenį paversti ledu yra sunku ir netgi galimas peršalimas, kai jis lieka skystoje būsenoje, esant minusinei temperatūrai.

Neseniai buvo paskelbtas kitas paaiškinimas. Dr. Jonathanas Katzas iš Vašingtono universiteto ištyrė šį reiškinį ir padarė tokią išvadą svarbus vaidmuo jį žaidžia vandenyje ištirpusios medžiagos, kurios kaitinant nusėda.
Pagal ištirpo medžiagos dr. Katz reiškia kalcio ir magnio bikarbonatus, kurie randami kietame vandenyje. Kaitinamas vanduo, šios medžiagos nusėda ir vanduo tampa „minkštas“. Vanduo, kuris niekada nebuvo šildomas, turi šių priemaišų ir yra „kietas“. Jam užšalus ir formuojantis ledo kristalams, priemaišų koncentracija vandenyje padidėja 50 kartų. Dėl to sumažėja vandens užšalimo temperatūra.

Šis paaiškinimas man neatrodo įtikinamas, nes... Reikia nepamiršti, kad poveikis buvo atrastas eksperimentuojant su ledais, o ne su kietu vandeniu. Greičiausiai reiškinio priežastys yra termofizinės, o ne cheminės.

Kol kas vienareikšmiško Mpembos paradokso paaiškinimo nepavyko. Reikia pasakyti, kad kai kurie mokslininkai nemano, kad šis paradoksas vertas dėmesio. Tačiau labai įdomu, kad paprastas moksleivis dėl savo smalsumo ir užsispyrimo sulaukė fizinio efekto pripažinimo ir išpopuliarėjo.

Pridėta 2014 m. vasario mėn

Užrašas parašytas 2011 m. Nuo tada atsirado naujų Mpembos efekto tyrimų ir naujų bandymų jį paaiškinti. Taigi 2012 m. Didžiosios Britanijos karališkoji chemijos draugija paskelbė tarptautinį konkursą mokslinei paslapčiai „Mpemba Effect“ įminti, kurio prizinis fondas – 1000 svarų. Terminas buvo nustatytas 2012 m. liepos 30 d. Nugalėtoju tapo Nikola Bregovic iš Zagrebo universiteto laboratorijos. Jis paskelbė savo darbą, kuriame išanalizavo ankstesnius bandymus paaiškinti šį reiškinį ir padarė išvadą, kad jie neįtikina. Jo pasiūlytas modelis yra pagrįstas pagrindinėmis vandens savybėmis. Norintieji gali susirasti darbą adresu http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Tyrimai tuo nesibaigė. 2013 metais Singapūro fizikai teoriškai įrodė Mepembos efekto priežastį. Darbą galite rasti adresu http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Susiję straipsniai svetainėje:

Kiti šio skyriaus straipsniai

Komentarai:

Aleksejus Mišnevas. , 2012-10-06 04:14

Kodėl karštas vanduo išgaruoja greičiau? Mokslininkai praktiškai įrodė, kad stiklinė karšto vandens užšąla greičiau nei šaltas. Mokslininkai negali paaiškinti šio reiškinio dėl to, kad nesupranta reiškinių esmės: karščio ir šalčio! Šiluma ir šaltis yra fizinis pojūtis, sukeliantis materijos dalelių sąveiką magnetinių bangų, judančių iš kosmoso ir iš žemės centro, priešpriešinio suspaudimo forma. Todėl kuo didesnis potencialų skirtumas, ši magnetinė įtampa, tuo greičiau vyksta energijos mainai vienos bangos priešpriešinio įsiskverbimo į kitą metodu. Tai yra, difuzijos metodu! Atsakydamas į mano straipsnį, vienas oponentas rašo: 1) "..Karštas vanduo išgaruoja GREČIAU, todėl jo mažiau, todėl greičiau užšąla" Klausimas! Dėl kokios energijos vanduo greičiau išgaruoja? 2) Mano straipsnis yra apie stiklinę, o ne apie medinį lovelį, kurį oponentas nurodo kaip kontrargumentą. Kas nėra teisinga! Atsakau į klausimą: „KODĖL GAMTOJE GARA VANDUO? Magnetinės bangos, kurios visada juda iš žemės centro į kosmosą, įveikdamos magnetinių suspaudimo bangų (kurios visada juda iš kosmoso į žemės centrą) priešslėgį, tuo pat metu purškia vandens daleles, nes juda į kosmosą. , jų tūris didėja. Tai yra, jie plečiasi! Jei įveikiamos magnetinės gniuždymo bangos, šie vandens garai suspaudžiami (kondensuojasi) ir, veikiant šioms magnetinėms gniuždymo jėgoms, vanduo grįžta į žemę kritulių pavidalu! Pagarbiai! Aleksejus Mišnevas. 2012 m. spalio 6 d.

Aleksejus Mišnevas. , 2012-10-06 04:19

Kas yra temperatūra? Temperatūra yra magnetinių bangų, turinčių suspaudimo ir plėtimosi energija, elektromagnetinio įtempimo laipsnis. Esant pusiausvyrai šių energijų būsenai, kūno ar medžiagos temperatūra yra stabilios būsenos. Sutrikus šių energijų pusiausvyrai, link plėtimosi energijos, kūno ar medžiagos erdvės tūris didėja. Jei magnetinių bangų energija viršija suspaudimo kryptį, kūno ar medžiagos erdvės tūris mažėja. Elektromagnetinės įtampos laipsnis nustatomas pagal etaloninio kūno išsiplėtimo arba suspaudimo laipsnį. Aleksejus Mišnevas.

Moiseeva Natalija, 2012-10-23 11:36 | VNIIM

Aleksejus, jūs kalbate apie straipsnį, kuriame išdėstytos jūsų mintys apie temperatūros sąvoką. Bet niekas neskaitė. Prašau duoti nuorodą. Apskritai jūsų požiūris į fiziką yra labai unikalus. Niekada negirdėjau apie „atskaitos kūno elektromagnetinį plėtimąsi“.

Jurijus Kuznecovas, 2012-12-04 12:32

Siūloma hipotezė, kad taip yra dėl tarpmolekulinio rezonanso ir jo generuojamų molekulių potraukio. Šaltame vandenyje molekulės juda ir vibruoja chaotiškai, skirtingais dažniais. Kaitinamas vanduo, didėjant vibracijų dažniui, jų diapazonas siaurėja (mažėja dažnių skirtumas nuo skysto karšto vandens iki garavimo taško), molekulių virpesių dažniai artėja vienas prie kito, dėl to rezonansas. atsiranda tarp molekulių. Aušinimo metu šis rezonansas iš dalies išsaugomas ir neišnyksta iš karto. Pabandykite paspausti vieną iš dviejų rezonansinių gitaros stygų. Dabar atleiskite – styga vėl pradės vibruoti, rezonansas atkurs jos vibracijas. Lygiai taip pat ir užšalusiame vandenyje išorinės atvėsusios molekulės bando prarasti virpesių amplitudę ir dažnį, tačiau indo viduje esančios „šiltos“ molekulės „traukia“ vibracijas atgal, veikdamos kaip vibratoriai, o išorinės – kaip rezonatoriai. Ponderomotyvinė trauka* atsiranda tarp vibratorių ir rezonatorių. Kai ponderomotyvinė jėga tampa didesnė už molekulių (kurios ne tik vibruoja, bet ir juda tiesiškai) kinetinės energijos sukeliamą jėgą, įvyksta pagreitėjusi kristalizacija – „Mpembos efektas“. Ponderomotyvinis ryšys yra labai nestabilus, Mpemba efektas labai priklauso nuo visų susijusių veiksnių: užšaldomo vandens tūrio, jo šildymo pobūdžio, užšalimo sąlygų, temperatūros, konvekcijos, šilumos mainų sąlygų, dujų prisotinimo, šaldymo įrenginio vibracijos. , vėdinimas, nešvarumai, garavimas ir t.t.. Galbūt net nuo apšvietimo... Todėl efektas turi daug paaiškinimų ir kartais sunkiai atkuriamas. Dėl tos pačios „rezonansinės“ priežasties virintas vanduo užverda greičiau nei nevirintas vanduo – rezonansas išlaiko vandens molekulių virpesių intensyvumą kurį laiką po užvirimo (energijos praradimas aušinimo metu daugiausia atsiranda dėl molekulių linijinio judėjimo kinetinės energijos praradimo). Intensyvaus kaitinimo metu vibratorių molekulės keičia vaidmenis su rezonatoriaus molekulėmis, palyginti su užšalimu - vibratorių dažnis yra mažesnis už rezonatorių dažnį, o tai reiškia, kad tarp molekulių vyksta ne trauka, o atstūmimas, o tai pagreitina perėjimą į kitą būseną. sumavimo (poros).

Vladas, 2012-12-11 03:42

Sudaužė man smegenis...

Antanas, 2013-02-04 02:02

1. Ar tikrai ši ponderomotyvinė atrakcija yra tokia didelė, kad turi įtakos šilumos perdavimo procesui? 2. Ar tai reiškia, kad visus kūnus įkaitinus iki tam tikros temperatūros, jų struktūrinės dalelės patenka į rezonansą? 3. Kodėl atvėsus šis rezonansas išnyksta? 4. Ar tai jūsų spėjimas? Jei yra šaltinis, nurodykite. 5. Pagal šią teoriją svarbų vaidmenį vaidins indo forma, o jei jis plonas ir plokščias, tai užšalimo laiko skirtumas nebus didelis, t.y. galite tai patikrinti.

Gudrat, 2013-11-03 10:12 | METAK

Šaltame vandenyje jau yra azoto atomų, o atstumai tarp vandens molekulių yra artimesni nei karštame vandenyje. Tai yra išvada: karštas vanduo greičiau sugeria azoto atomus ir tuo pačiu greitai užšąla nei šaltas vanduo - tai galima palyginti su geležies kietėjimu, nes karštas vanduo virsta ledu, o karšta geležis kietėja greitai aušinant!

Vladimiras, 2013-03-13 06:50

o gal taip: karšto vandens ir ledo tankis mažesnis už šalto vandens tankį, todėl vandeniui nereikia keisti tankio, prarandant šiek tiek laiko ir jis užšąla.

Aleksejus Mišnevas, 2013-03-21 11:50

Prieš kalbėdami apie dalelių rezonansus, patrauklumą ir virpesius, turime suprasti ir atsakyti į klausimą: kokios jėgos sukelia dalelių vibraciją? Kadangi, be kinetinė energija, negali būti suspaudimo. Be suspaudimo negali būti plėtimosi. Be plėtimosi negali būti kinetinės energijos! Kai pradedi kalbėti apie stygų rezonansą, pirmiausia dedi pastangas, kad viena iš šių stygų imtų vibruoti! Kalbėdami apie trauką, pirmiausia turite nurodyti jėgą, kuri traukia šiuos kūnus! Teigiu, kad visus kūnus suspaudžia atmosferos elektromagnetinė energija ir kuri suspaudžia visus kūnus, medžiagas ir elementarias daleles 1,33 kg jėga. ne cm2, o elementariajai dalelei.Kadangi atmosferos slėgis negali būti selektyvus!Nepainioti su jėgos dydžiu!

Dodik, 2013-05-31 02:59

Man atrodo, kad pamiršote vieną tiesą – „Mokslas prasideda ten, kur prasideda matavimai“. Kokia yra „karšto“ vandens temperatūra? Kokia yra „šalto“ vandens temperatūra? Straipsnyje apie tai nekalbama nė žodžio. Iš to galime daryti išvadą – visas straipsnis yra nesąmonė!

Grigorijus, 2013-04-06 12:17

Dodikai, prieš pavadindamas straipsnį nesąmone, reikia pagalvoti apie mokymąsi, bent šiek tiek. Ir ne tik pamatuoti.

Dmitrijus, 2013-12-24 10:57

Karšto vandens molekulės juda greičiau nei šaltame vandenyje, sukeldamos intymesnį kontaktą su aplinką, atrodo, kad jie sugeria visą šaltį, greitai sulėtėja.

Ivanas, 2014-01-10 05:53

Keista, kad šioje svetainėje pasirodo toks anoniminis straipsnis. Straipsnis visiškai nemoksliškas. Ir autorius, ir komentatoriai varžosi tarpusavyje, ieškodami reiškinio paaiškinimo, nesivargindami išsiaiškinti, ar reiškinys apskritai stebimas ir, jei stebimas, kokiomis sąlygomis. Be to, nėra net susitarimo dėl to, ką mes iš tikrųjų stebime! Taigi autorius primygtinai reikalauja paaiškinti greito karštų ledų užšaldymo poveikį, nors iš viso teksto (ir žodžių „efektas buvo atrastas eksperimentuojant su ledais“) išplaukia, kad jis pats to neatliko. eksperimentai. Iš straipsnyje išvardytų reiškinio „paaiškinimo“ variantų aišku, kad jie aprašo visiškai skirtingus eksperimentus, atliktus m. skirtingos sąlygos su skirtingais vandeniniais tirpalais. Tiek paaiškinimų esmė, tiek juose esanti subjunktyvinė nuotaika leidžia manyti, kad nebuvo atliktas net elementarus išsakytų minčių patikrinimas. Kažkas netyčia išgirdo juokingą istoriją ir atsainiai išsakė savo spėlionę išvadą. Atsiprašome, bet tai ne fizinis mokslinis tyrimas, o pokalbis rūkomajame.

Ivanas, 2014-01-10 06:10

Dėl komentarų straipsnyje apie ritinėlių užpildymą karštu vandeniu ir priekinio stiklo plovimo rezervuarus šaltu vandeniu. Čia viskas paprasta elementarios fizikos požiūriu. Čiuožykla pripildoma karšto vandens būtent todėl, kad jis užšąla lėčiau. Čiuožykla turi būti lygi ir lygi. Pabandykite užpilti šaltu vandeniu – gausite nelygumus ir „išsipūtimus“, nes... Vanduo užšals _greitai_, nespėdamas pasiskirstyti lygiu sluoksniu. O karštasis spės pasklisti lygiu sluoksniu, ištirpdys esamus ledo ir sniego gumbus. Su poveržle taip pat nėra sunku: supilkite svarus vanduošalčiui nėra prasmės - užšąla ant stiklo (net karšta); o karštas neužšąlantis skystis gali įskilti šaltas stiklas, be to, stiklui padidės užšalimo temperatūra dėl pagreitėjusio alkoholio garavimo pakeliui į stiklą (ar visi žino moonshine veikimo principą ? - alkoholis išgaruoja, vanduo lieka).

Ivanas, 2014-01-10 06:34

Tačiau iš esmės kvaila klausti, kodėl du skirtingi eksperimentai skirtingomis sąlygomis vyksta skirtingai. Jei eksperimentas atliekamas grynai, tuomet reikia paimti karštą ir šaltą vandenį cheminė sudėtis- iš to paties virdulio paimkite iš anksto atšaldytą verdantį vandenį. Supilkite į vienodus indus (pavyzdžiui, plonasienes stiklines). Mes dedame jį ne ant sniego, o ant vienodo, sauso pagrindo, pvz. medinis stalas. Ir ne mikrošaldiklyje, o gana talpiame termostate - eksperimentą atlikau prieš porą metų vasarnamyje, kai lauke oras buvo stabilus ir šaltas, apie -25C. Išskirdamas kristalizacijos šilumą, vanduo kristalizuojasi tam tikroje temperatūroje. Hipotezė susiveda į teiginį, kad karštas vanduo atvėsta greičiau (tai tiesa, pagal klasikinę fiziką šilumos perdavimo greitis yra proporcingas temperatūrų skirtumui), tačiau išlieka padidintas greitis aušinimas net tada, kai jo temperatūra tampa lygi šalto vandens temperatūrai. Kyla klausimas, kuo skiriasi iki +20C lauke atvėsęs vanduo nuo lygiai tokio pat vandens, kuris prieš valandą atvėso iki +20C temperatūros, bet patalpoje? Klasikinė fizika (beje, paremta ne plepais rūkomajame, o šimtais tūkstančių ir milijonų eksperimentų) sako: nieko, tolesnė aušinimo dinamika bus tokia pati (tik verdantis vanduo pasieks +20 balą). vėliau). Ir eksperimentas rodo tą patį: kai stiklinėje iš pradžių šalto vandens jau buvo stipri ledo pluta, karštas vanduo net negalvojo apie užšalimą. P.S. Į Jurijaus Kuznecovo komentarus. Tam tikro poveikio buvimas gali būti laikomas nustatytu, kai aprašomos jo atsiradimo sąlygos ir jis nuosekliai atkuriamas. Ir kai mes atliekame nežinomus eksperimentus su nežinomomis sąlygomis, anksti kurti teorijas jas paaiškinti ir tai nieko neduoda mokslinis taškas regėjimas. P.P.S. Na, o Aleksejaus Mišnevo komentarų neįmanoma perskaityti be švelnumo ašarų - žmogus gyvena kažkokiame išgalvotame pasaulyje, neturinčiame nieko bendra su fizika ir tikrais eksperimentais.

Grigalius, 2014-01-13 10:58

Ivanai, aš suprantu, kad paneigiate Mpemba efektą? Tai neegzistuoja, kaip rodo jūsų eksperimentai? Kodėl jis toks garsus fizikoje ir kodėl daugelis bando tai paaiškinti?

Ivanas, 2014-02-14 01:51

Laba diena, Gregory! Egzistuoja nešvaraus eksperimento poveikis. Bet, kaip suprantate, tai ne priežastis ieškoti naujų fizikos dėsnių, o priežastis tobulinti eksperimentuotojo įgūdžius. Kaip jau pastebėjau komentaruose, visuose minėtuose bandymuose paaiškinti „Mpemba efektą“ mokslininkai net negali aiškiai suformuluoti, ką tiksliai ir kokiomis sąlygomis matuoja. Ir jūs norite pasakyti, kad tai eksperimentiniai fizikai? Nejuokink manęs. Poveikis žinomas ne fizikoje, o pseudomokslinėse diskusijose įvairiuose forumuose ir tinklaraščiuose, kurių dabar yra jūra. Nuo fizikos nutolę žmonės tai suvokia kaip realų fizinį poveikį (tam tikra prasme kaip kažkokių naujų fizikinių dėsnių pasekmę, o ne kaip neteisingos interpretacijos ar tiesiog mito pasekmę). Taigi nėra jokios priežasties kalbėti apie skirtingų eksperimentų, atliktų visiškai skirtingomis sąlygomis, rezultatus kaip apie vieną fizinį poveikį.

Pavelas, 2014-02-18 09:59

hmm, vaikinai... straipsnis "Speed ​​​​Info"... Neįsižeiskite... ;) Ivanas teisus dėl visko...

Grigorijus, 2014-02-19 12:50

Ivanai, sutinku, kad dabar yra daugybė pseudomokslinių svetainių, kuriose skelbiama nepatikrinta sensacinga medžiaga. Juk Mpemba efektas vis dar tiriamas. Be to, tiria universitetų mokslininkai. Pavyzdžiui, 2013 metais šį poveikį tyrė Singapūro technologijos universiteto grupė. Pažiūrėkite nuorodą http://arxiv.org/abs/1310.6514. Jie mano, kad rado šio poveikio paaiškinimą. Detaliau apie atradimo esmę nerašysiu, bet, jų nuomone, efektas siejamas su vandeniliniuose ryšiuose sukauptų energijų skirtumu.

Moiseeva N.P. , 2014-02-19 03:04

Visiems, besidomintiems Mpemba efekto tyrimais, šiek tiek papildžiau straipsnio medžiagą ir pateikiau nuorodas, kur galima susipažinti su naujausiais rezultatais (žr. tekstą). Ačiū už komentarus.

Ildaras, 2014-02-24 04:12 | nėra prasmės visko išvardinti

Jei šis Mpembos efektas tikrai vyksta, tai paaiškinimo, manau, reikia ieškoti vandens molekulinėje struktūroje. Vanduo (kaip sužinojau iš populiariosios mokslo literatūros) egzistuoja ne kaip atskiros H2O molekulės, o kaip kelių molekulių (net dešimčių) sankaupos. Kylant vandens temperatūrai, didėja molekulių judėjimo greitis, klasteriai suyra vienas prieš kitą ir molekulių valentiniai ryšiai nespėja surinkti didelių grupių. Klasterių susidarymas trunka šiek tiek daugiau laiko nei molekulinio judėjimo greičio mažinimas. O kadangi klasteriai mažesni, formavimasis kristalinė gardelė vyksta greičiau. Šaltame vandenyje, matyt, stambios, gana stabilios sankaupos neleidžia susidaryti gardelės, jas sunaikinti reikia šiek tiek laiko. Pats per televiziją mačiau kuriozinį efektą, kai indelyje ramiai stovėjęs šaltas vanduo kelias valandas šaltyje išliko skystas. Bet vos tik stiklainį pakėlus, tai yra šiek tiek pajudėjus iš savo vietos, vanduo stiklainyje iškart susikristalizavo, tapo nepermatomas ir stiklainis sprogo. Na, o šį efektą parodęs kunigas paaiškino tuo, kad vanduo buvo palaimintas. Beje, pasirodo, kad vanduo, priklausomai nuo temperatūros, labai keičia savo klampumą. Mums, kaip dideliems sutvėrimams, tai nepastebima, tačiau mažų (mm ar mažesnių) vėžiagyvių, o juo labiau bakterijų lygyje, vandens klampumas yra labai reikšmingas veiksnys. Šį klampumą, manau, lemia ir vandens telkinių dydis.

PILKA, 2014-03-15 05:30

viskas aplink mus, ką matome, yra paviršutiniškos savybės (savybės), todėl energija priimame tik tai, ką galime išmatuoti ar kaip nors įrodyti jos egzistavimą, kitaip tai yra aklavietė. Šį reiškinį, Mpemba efektą, galima paaiškinti tik paprasta tūrine teorija, kuri sujungs visus fizinius modelius į vieną sąveikos struktūrą. tai iš tikrųjų paprasta

Nikita, 2014-06-06 04:27 | automobilis

Tačiau kaip užtikrinti, kad važiuojant automobiliu vanduo liktų šaltas, o ne šiltas?

Aleksejus, 2014-10-03 01:09

Štai dar vienas „atradimas“ pakeliui. Vanduo į plastikinis butelys Užšąla daug greičiau atidarius dangtelį. Dėl smagumo daug kartų atlikau eksperimentą esant dideliam šalčiui. Poveikis akivaizdus. Sveiki teoretikai!

Jevgenijus, 2014-12-27 08:40

Garavimo aušintuvo principas. Imame du hermetiškai uždarytus butelius su šaltu ir karštu vandeniu. Padedame šaltai. Šaltas vanduo užšąla greičiau. Dabar paimame tuos pačius butelius su šaltu ir karštu vandeniu, atidarome ir dedame į šaltą. Karštas vanduo užšals greičiau nei šaltas. Jei imsime du baseinus su šaltu ir karštu vandeniu, tada karštas vanduo užšals daug greičiau. Taip yra dėl to, kad didėja kontaktas su atmosfera. Kuo intensyvesnis garavimas, tuo greičiau nukrenta temperatūra. Čia reikia paminėti drėgmės faktorių. Kuo mažesnė drėgmė, tuo stipresnis garavimas ir stipresnis aušinimas.

pilkas TOMSK, 2015-03-01 10:55

PILKA, 2014-03-15 05:30 - tęsinys Tai, ką žinai apie temperatūrą, dar ne viskas. Ten yra dar kažkas. Jei teisingai sukursite fizinį temperatūros modelį, jis taps raktu apibūdinant energijos procesus nuo difuzijos, lydymosi ir kristalizacijos iki tokių mastelių kaip temperatūros padidėjimas didėjant slėgiui, slėgio padidėjimas didėjant temperatūrai. Iš to, kas pasakyta, paaiškės net fizinis Saulės energijos modelis. Aš žiemą. . 20013 metų ankstyvą pavasarį, žiūrėdamas į temperatūros modelius, sudariau bendrą temperatūros modelį. Po poros mėnesių prisiminiau temperatūros paradoksą ir tada supratau... kad mano temperatūros modelis taip pat apibūdina Mpemba paradoksą. Tai buvo 2013 m. gegužės – birželio mėn. Pavėlavau metus, bet tai geriausia. Mano fizinis modelis yra fiksuotas rėmelis, jį galima atsukti tiek pirmyn, tiek atgal, ir jame yra motorinė veikla, ta pati veikla, kurioje viskas juda. Turiu 8 metus mokykloje ir 2 metus koledže su temos kartojimu. 20 metų praėjo. Taigi garsiems mokslininkams negaliu priskirti jokių fizinių modelių, taip pat negaliu priskirti formulių. Labai atsiprašau.

Andrejus, 2015-11-08 08:52

Apskritai aš suprantu, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. O mano paaiškinimuose viskas labai paprasta, jei domina, parašykite man el. [apsaugotas el. paštas]

Andrejus, 2015-11-08 08:58

Atsiprašau, nurodžiau neteisingą el. pašto adresą. Štai teisingas el. pašto adresas: [apsaugotas el. paštas]

Viktoras, 2015-12-23 10:37

Man atrodo viskas paprasčiau, čia iškrenta sniegas, tai išgarintos dujos, aušina, tai gal šaltu oru karštas greičiau atšąla nes išgaruoja ir iš karto kristalizuojasi toli nepakildamas, o dujinės būsenos vanduo greičiau atvėsta nei skystoje būsenoje)

Bekzhan, 2016-01-28 09:18

Net jei kas nors būtų atskleidęs šiuos pasaulio dėsnius, kurie yra susiję su šiais efektais, jis čia nebūtų parašęs.Mano požiūriu, nebūtų logiška atskleisti jo paslapčių internautams, kai jis gali tai paskelbti garsioje mokslinėje žurnalus ir pats asmeniškai tai įrodinėja prieš liaudį.Taigi, kas čia bus rašoma apie šį efektą, dauguma nelogiška.)))

Aleksas, 2016-02-22 12:48

Sveiki Eksperimentuotojai Jūs teisūs sakydami, kad mokslas prasideda ten, kur... ne matavimai, o skaičiavimai. „Eksperimentas“ yra amžinas ir nepakeičiamas argumentas tiems, kurie neturi vaizduotės ir linijinio mąstymo, visus įžeidė, dabar E= mc2 atveju – ar visi prisimena? Iš šalto vandens į atmosferą išskrendančių molekulių greitis nulemia energijos kiekį, kurį jos nuneša iš vandens (vėsinimas – tai energijos praradimas) Molekulių greitis iš karšto vandens yra daug didesnis, o nunešama energija kvadratu ( likusios vandens masės aušinimo greitis) Tai viskas, jei atsiribosite nuo „eksperimentų“ ir atsiminsite pagrindinius mokslo pagrindus

Vladimiras, 2016-04-25 10:53 | Meteo

Tais laikais, kai antifrizas buvo retas, vanduo iš automobilio aušinimo sistemos nešildomas garažas po darbo dienos transporto priemonės buvo nusausintos, kad neatšildytų cilindrų blokas ar radiatorius – kartais abu kartu. Ryte buvo pilamas karštas vanduo. Esant dideliam šalčiui, varikliai užsivedė be problemų. Kažkaip dėl karšto vandens trūkumo iš čiaupo pasipylė vanduo. Vanduo iš karto užšalo. Eksperimentas kainavo brangiai – lygiai tiek, kiek kainuoja įsigyti ir pakeisti automobilio ZIL-131 cilindrų bloką ir radiatorių. Kas netiki, tegul patikrina. o Mpemba eksperimentavo su ledais. Leduose kristalizacija vyksta kitaip nei vandenyje. Pabandykite dantimis nukąsti ledų gabalėlį ir ledo gabalėlį. Greičiausiai jis nesušalo, o sutirštėjo dėl aušinimo. O gėlas vanduo, nesvarbu, karštas ar šaltas, užšąla 0*C. Šaltas vanduo yra greitas ir karštas laikas reikėjo atvėsti.

Klajoklis, 2016-06-05 12:54 | Aleksui

"c" - šviesos greitis vakuume E=mc^2 - formulė, išreiškianti masės ir energijos ekvivalentą

Albertas, 2016-07-27 08:22

Pirmiausia analogija su kietosios medžiagos(nėra garinimo proceso). Neseniai litavau varį vandens vamzdžiai. Procesas vyksta kaitinant dujų degiklį iki lydmetalio lydymosi temperatūros. Vienos jungties su mova šildymo laikas yra maždaug viena minutė. Prilitavau vieną jungtį prie movos ir po poros minučių supratau, kad neteisingai prilitavau. Reikėjo šiek tiek pasukti vamzdį movoje. Jungtį vėl pradėjau kaitinti degikliu ir, mano nuostabai, siūlę įkaitinti iki lydymosi temperatūros prireikė 3-4 minučių. Kaip tai!? Juk vamzdis vis dar karštas ir atrodytų, kad jam pašildyti iki lydymosi temperatūros reikia kur kas mažiau energijos, bet viskas pasirodė atvirkščiai. Viskas apie šilumos laidumą, kuris yra žymiai didesnis jau šildomam vamzdžiui ir riba tarp šildomo ir šaltas vamzdis per dvi minutes jai pavyko pajudėti toli nuo sankryžos. Dabar apie vandenį. Dirbsime su karšto ir pusiau šildomo indo sąvokomis. Karštame inde tarp karštų, labai judrių dalelių ir lėtai judančių, šaltų dalelių susidaro siaura temperatūros riba, kuri gana greitai juda iš periferijos į centrą, nes ties šia riba greitos dalelės greitai atiduoda savo energiją (atšalusios) kitoje ribos pusėje esančiomis dalelėmis. Kadangi išorinių šaltų dalelių tūris yra didesnis, greitosios dalelės, suteikiančios savo šiluminė energija, negali žymiai sušildyti išorinių šaltų dalelių. Todėl karšto vandens aušinimo procesas vyksta gana greitai. Pusiau pašildyto vandens šilumos laidumas yra daug mažesnis, o ribos tarp pusiau pašildytų ir šaltų dalelių plotis yra daug platesnis. Tokios plačios ribos perėjimas į centrą vyksta daug lėčiau nei karšto indo atveju. Dėl to karštas indas atvėsta greičiau nei šiltas. Manau, kad turime sekti skirtingų temperatūrų vandens aušinimo proceso dinamiką, pastatydami kelis temperatūros jutiklius nuo indo vidurio iki krašto.

Maks., 2016-11-19 05:07

Tai buvo patikrinta: Jamalyje šalta vamzdis su karštu vandeniu užšąla ir jūs turite jį sušildyti, o šaltas - ne!

Artem, 2016-12-09 01:25

Sunku, bet manau, kad šaltas vanduo yra tankesnis už karštą, net geriau nei virintas, o čia greitėja aušinimas ir pan. karštas vanduo pasiekia šaltą temperatūrą ir ją aplenkia, o jei atsižvelgsite į tai, kad karštas vanduo užšąla iš apačios, o ne iš viršaus, kaip parašyta aukščiau, tai labai pagreitina procesą!

Aleksandras Sergejevas, 21.08.2017 10:52

Tokio poveikio nėra. Deja. 2016 metais Natūra buvo paskelbtas išsamus straipsnis šia tema: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Iš jo aišku, kad kruopščiai eksperimentuojant (jei šilto ir šalto vandens mėginiai visame kame vienodi išskyrus temperatūrą) poveikis nepastebimas .

Zavlab, 2017-08-22 05:31

Viktoras , 2017-10-27 03:52

"Tai tikrai yra." - jei mokykloje nesupratote, kas yra šiluminė talpa ir energijos tvermės dėsnis. Tai lengva patikrinti - tam jums reikia: noro, galvos, rankų, vandens, šaldytuvo ir žadintuvo. O čiuožyklos, kaip rašo specialistai, užšaldomos (užpildomos) šaltu vandeniu, o nupjautas ledas išlyginamas šiltu vandeniu. O žiemą į plovimo rezervuarą reikia pilti antifrizo skysčio, o ne vandens. Vanduo bet kokiu atveju užšals, o šaltas – greičiau.

Irina, 2018-01-23 10:58

Viso pasaulio mokslininkai su šiuo paradoksu kovojo nuo Aristotelio laikų, o Viktoras, Zavlabas ir Sergejevas pasirodė protingiausi.

Denisas, 2018-02-01 08:51

Straipsnyje viskas parašyta teisingai. Tačiau priežastis yra šiek tiek kitokia. Virimo metu jame ištirpęs oras išgaruoja iš vandens, todėl verdančiam vandeniui vėsstant jo tankis galiausiai bus mažesnis nei grynas vanduo ta pati temperatūra. Nėra kitų priežasčių, dėl kurių skiriasi šilumos laidumas, išskyrus skirtingą tankį.

Zavlab, 2018-01-03 08:58 | Laboratorijos vadovas

Irina:), „mokslininkai visame pasaulyje“ nekovoja su šiuo „paradoksu“, tikriems mokslininkams šio „paradokso“ tiesiog nėra - jis lengvai patikrinamas gerai atkuriamomis sąlygomis. „Paradoksas“ atsirado dėl nepakartojamų afrikietiško berniuko Mpembos eksperimentų ir buvo išpūstas panašių „mokslininkų“ :)

Didžiosios Britanijos karališkoji chemijos draugija siūlo 1000 svarų sterlingų atlygį kiekvienam, galinčiam moksliškai paaiškinti, kodėl karštas vanduo kai kuriais atvejais užšąla greičiau nei šaltas.

„Šiuolaikinis mokslas vis dar negali atsakyti į šį, atrodytų, paprastą klausimą. Ledų gamintojai ir barmenai šį efektą naudoja kasdieniame darbe, tačiau niekas iš tikrųjų nežino, kodėl jis veikia. Ši problema buvo žinoma tūkstantmečius, o filosofai, tokie kaip Aristotelis ir Dekartas, apie tai galvoja“, – sakė Didžiosios Britanijos karališkosios chemijos draugijos prezidentas profesorius Davidas Phillipsas, cituojamas draugijos pranešime spaudai.

Kaip virėjas iš Afrikos nugalėjo britų fizikos profesorių

Tai ne balandžio 1-osios pokštas, o atšiauri fizinė realybė. Šiuolaikinis mokslas, kuris lengvai veikia su galaktikomis ir juodosiomis skylėmis ir kuria milžiniškus greitintuvus kvarkų ir bozonų paieškai, negali paaiškinti, kaip „veikia“ elementarus vanduo. Mokykliniame vadovėlyje aiškiai parašyta, kad karštesniam kūnui atvėsinti reikia daugiau laiko nei šaltam. Tačiau vandens atveju šio įstatymo ne visada laikomasi. Aristotelis atkreipė dėmesį į šį paradoksą IV amžiuje prieš Kristų. e. Štai ką aš parašiau senovės graikai knygoje „Meteorologica I“: „Prie jo užšalimo prisideda tai, kad vanduo pašildomas. Todėl daugelis, kai nori greičiau atvėsinti karštą vandenį, pirmiausia jį padeda į saulę...“ Viduramžiais šį reiškinį bandė paaiškinti Francis Bacon ir Rene Descartes. Deja, tai nepasisekė nei didiesiems filosofams, nei daugeliui mokslininkų, sukūrusių klasikinę termofiziką, todėl toks nepatogus faktas buvo ilgam „pamirštas“.

Ir tik 1968 m. jie „prisiminė“ moksleivio Erasto Mpembe iš Tanzanijos dėka, toli nuo bet kokio mokslo. 1963 m. besimokydamas kulinarijos mokykloje, 13-metis Mpembe gavo užduotį gaminti ledus. Pagal technologiją reikėjo pieną užvirti, ištirpinti jame cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros, o tada padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo stropus mokinys ir dvejojo. Bijodamas, kad iki pamokos pabaigos nespės, į šaldytuvą įdėjo dar karšto pieno. Jo nuostabai, jis užšalo net anksčiau nei bendražygių pienas, paruoštas pagal visas taisykles.

Kai Mpemba pasidalijo atradimu su savo fizikos mokytoja, jis juokėsi iš jo visos klasės akivaizdoje. Mpemba prisiminė įžeidimą. Po penkerių metų, jau būdamas Dar es Salamo universiteto studentas, jis atsidūrė paskaitoje garsus fizikas Denisas G. Osbornas. Po paskaitos jis uždavė mokslininkui klausimą: „Jei paimsite du vienodus indus su vienodais vandens kiekiais, vieną 35 °C (95 °F), o kitą 100 °C (212 °F), ir padėkite juos. šaldiklyje, tada Vanduo karštame inde greičiau užšals. Kodėl?" Galite įsivaizduoti britų profesoriaus reakciją į jaunuolio iš Dievo apleistos Tanzanijos klausimą. Jis pasijuokė iš studento. Tačiau Mpemba buvo pasiruošusi tokiam atsakymui ir metė mokslininkui iššūkį lažyboms. Jų ginčas baigėsi eksperimentiniu bandymu, kuris patvirtino, kad Mpemba buvo teisus, o Osborne'as nugalėjo. Taigi kulinaras mokinys įrašė savo vardą į mokslo istoriją, o nuo šiol šis reiškinys vadinamas „Mpemba efektu“. Neįmanoma jo išmesti, paskelbti „neegzistuojančiu“. Reiškinys egzistuoja ir, kaip rašė poetas, „neskauda“.

Ar kaltos dulkių dalelės ir tirpios medžiagos?

Bėgant metams daugelis bandė įminti užšalusio vandens paslaptį. Buvo pasiūlyta daugybė šio reiškinio paaiškinimų: garavimas, konvekcija, ištirpusių medžiagų įtaka – tačiau nė vienas iš šių veiksnių negali būti laikomas galutiniu. Nemažai mokslininkų visą savo gyvenimą paskyrė Mpembos efektui. Radiacinės saugos skyriaus darbuotojas Valstijos universitetas Niujorkas – Jamesas Brownridge'as Laisvalaikis jau daugiau nei dešimtmetį tyrinėja paradoksą. Atlikęs šimtus eksperimentų, mokslininkas teigia turintis hipotermijos „kaltės“ įrodymų. Brownridge paaiškina, kad esant 0 ° C temperatūrai vanduo tik peršaldomas ir pradeda užšalti, kai temperatūra nukrenta žemiau. Užšalimo temperatūrą reguliuoja vandenyje esančios priemaišos – jos keičia ledo kristalų susidarymo greitį. Priemaišos, tokios kaip dulkių dalelės, bakterijos ir ištirpusios druskos, turi būdingą branduolio susidarymo temperatūrą, kai aplink kristalizacijos centrus susidaro ledo kristalai. Kai vandenyje vienu metu yra keli elementai, užšalimo temperatūra nustatoma pagal tą, kurio branduolio susidarymo temperatūra yra aukščiausia.

Eksperimentui Brownridge paėmė du tos pačios temperatūros vandens mėginius ir padėjo juos į šaldiklį. Jis išsiaiškino, kad vienas iš egzempliorių visada užšaldavo anksčiau už kitą – tikriausiai dėl to skirtingi deriniai priemaišų.

Brownridge teigia, kad karštas vanduo atvėsta greičiau, nes yra didesnis skirtumas tarp vandens ir šaldiklio temperatūrų – tai padeda jam pasiekti užšalimo tašką anksčiau nei šaltas vanduo pasiekia natūralų užšalimo tašką, kuris yra žemesnis. bent jau, 5°C temperatūroje.

Tačiau Brownridge samprotavimai kelia daug klausimų. Todėl tie, kurie gali paaiškinti Mpemba efektą savaip, turi galimybę varžytis dėl tūkstančio svarų sterlingų iš Didžiosios Britanijos karališkosios chemijos draugijos.

Daugelis tyrinėtojų pateikė ir pateikia savo versijas, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Atrodytų kaip paradoksas – juk norint sušalti, karštas vanduo pirmiausia turi atvėsti. Tačiau faktas lieka faktu, ir mokslininkai tai aiškina įvairiai.

Pagrindinės versijos

Įjungta Šis momentas Yra keletas versijų, paaiškinančių šį faktą:

1. Kadangi karštas vanduo greičiau išgaruoja, jo tūris mažėja. O mažesnio kiekio vandens užšalimas toje pačioje temperatūroje vyksta greičiau.
2. Šaldytuvo šaldiklio skyriuje yra sniego įdėklas. Talpykla su karštu vandeniu ištirpdo sniegą po juo. Tai pagerina šiluminį kontaktą su šaldikliu.
3. Šalto vandens užšalimas, skirtingai nei karštas, prasideda viršuje. Tuo pačiu metu pablogėja konvekcija ir šilumos spinduliavimas, taigi ir šilumos nuostoliai.
4. Šaltame vandenyje yra kristalizacijos centrų – jame ištirpusių medžiagų. Jei jų kiekis vandenyje nedidelis, apledėti sunku, nors tuo pačiu galimas ir peršalimas – esant minusinei temperatūrai jis būna skystos būsenos.

Nors sąžiningai galime pasakyti, kad šis poveikis ne visada pastebimas. Labai dažnai šaltas vanduo užšąla greičiau nei karštas.

Kokioje temperatūroje vanduo užšąla

Kodėl vanduo apskritai užšąla? Jame yra tam tikras mineralinių arba organinių dalelių kiekis. Tai gali būti, pavyzdžiui, labai mažos smėlio, dulkių ar molio dalelės. Kai oro temperatūra mažėja, šios dalelės yra centrai, aplink kuriuos susidaro ledo kristalai.

Kristalizacijos branduolių vaidmenį taip pat gali atlikti oro burbuliukai ir įtrūkimai talpoje, kurioje yra vanduo. Didelę įtaką vandens pavertimo ledu proceso greičiui turi tokių centrų skaičius – jei jų daug, skystis greičiau užšąla. Normaliomis sąlygomis, su normaliomis Atmosferos slėgis, vanduo 0 laipsnių temperatūroje iš skysčio virsta kieta būsena.

Mpemba efekto esmė

Mpemba efektas yra paradoksas, kurio esmė ta, kad tam tikromis aplinkybėmis karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Šį reiškinį pastebėjo Aristotelis ir Dekartas. Tačiau tik 1963 m. Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba nustatė, kad karšti ledai užšaldomi ilgiau. trumpam laikui nei šalta. Tokią išvadą jis padarė atlikdamas maisto gaminimo užduotį.

Jis turėjo ištirpinti cukrų virintame piene ir, atvėsusį, padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin darbštus ir pavėluotai pradėjo atlikti pirmąją užduoties dalį. Todėl nelaukė, kol pienas atvės, o karštą padėjo į šaldytuvą. Jis labai nustebo, kai užšalo net greičiau nei bendramokslių, kurie darbus atliko pagal duotą technologiją.

Šis faktas jaunuolį labai sudomino, ir jis pradėjo eksperimentus su paprastu vandeniu. 1969 metais žurnalas Physics Education paskelbė Mpembos ir Dar Es Salaamo universiteto profesoriaus Denniso Osborne'o tyrimų rezultatus. Jų aprašytam efektui buvo suteiktas Mpemba pavadinimas. Tačiau ir šiandien nėra aiškaus šio reiškinio paaiškinimo. Visi mokslininkai sutinka, kad pagrindinis vaidmuo čia tenka atšaldyto ir karšto vandens savybių skirtumams, tačiau kas tiksliai – nežinoma.

Singapūro versija

Vieno Singapūro universitetų fizikus taip pat domino klausimas, kuris vanduo užšąla greičiau – karštas ar šaltas? Xi Zhang vadovaujama tyrėjų komanda šį paradoksą paaiškino būtent vandens savybėmis. Visi žino vandens sudėtį iš mokyklos – deguonies atomas ir du vandenilio atomai. Deguonis tam tikru mastu atitraukia elektronus nuo vandenilio, todėl molekulė yra tam tikras „magnetas“.

Dėl to tam tikros molekulės vandenyje šiek tiek traukia viena kitą ir jas jungia vandenilinis ryšys. Jo stiprumas daug kartų mažesnis nei kovalentinio ryšio. Singapūro mokslininkai mano, kad Mpembos paradokso paaiškinimas slypi būtent vandeniliniuose ryšiuose. Jei vandens molekulės yra išdėstytos labai sandariai, tada tokia stipri sąveika tarp molekulių gali deformuoti kovalentinį ryšį pačios molekulės viduryje.

Tačiau kaitinant vandenį, surištos molekulės šiek tiek nutolsta viena nuo kitos. Dėl to kovalentiniai ryšiai atsipalaiduoja molekulių viduryje, kai išsiskiria energijos perteklius ir pereinama prie žemesnės. energijos lygis. Tai veda prie to, kad karštas vanduo pradeda greitai atvėsti. Bent jau taip rodo Singapūro mokslininkų atlikti teoriniai skaičiavimai.

Akimirksniu užšąlantis vanduo – 5 neįtikėtini triukai: Vaizdo įrašas