آب گرم سریعتر یخ می زند. چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند؟

21.11.2017 11.10.2018 الکساندر فیرتسف

« کدام آب سرد یا گرم سریعتر یخ می زند؟”- سعی کنید از دوستان خود یک سوال بپرسید، به احتمال زیاد اکثر آنها پاسخ خواهند داد که آب سرد سریعتر یخ می زند - و اشتباه می کنند.

در واقع اگر همزمان دو ظرف هم شکل و یک حجم را در فریزر قرار دهید که یکی حاوی آب سرد و دیگری گرم باشد، آب داغ سریعتر یخ می زند.

چنین اظهاراتی ممکن است پوچ و غیر منطقی به نظر برسد. به طور منطقی، آب گرم ابتدا باید تا دمای سرد خنک شود و آب سرد باید در این زمان به یخ تبدیل شود.

پس چرا آب گرم در مسیر یخ زدن از آب سرد سبقت می گیرد؟ بیایید سعی کنیم آن را بفهمیم.

تاریخچه مشاهدات و تحقیقات

مردم از زمان های قدیم تأثیر متناقض را مشاهده کرده اند، اما هیچ کس اهمیت زیادی به آن نداده است. بنابراین ناهماهنگی در میزان انجماد آب سرد و گرم در یادداشت های خود توسط آرستوتل و همچنین توسط رنه دکارت و فرانسیس بیکن ذکر شد. یک پدیده غیر معمول اغلب در زندگی روزمره خود را نشان می دهد.

برای مدت طولانی، این پدیده به هیچ وجه مورد مطالعه قرار نگرفت و علاقه زیادی در بین دانشمندان برانگیخت.

مطالعه این اثر غیرعادی در سال 1963 آغاز شد، زمانی که یک دانش آموز کنجکاو از تانزانیا، Erasto Mpemba، متوجه شد که شیر داغ برای بستنی سریعتر از شیر سرد یخ می زند. مرد جوان به امید دریافت توضیحی در مورد دلایل تأثیر غیرمعمول، از معلم فیزیک خود در مدرسه پرسید. اما معلم فقط به او خندید.

بعدها، مپمبا آزمایش را تکرار کرد، اما در آزمایش خود دیگر از شیر استفاده نکرد، بلکه از آب استفاده کرد و اثر متناقض دوباره تکرار شد.

شش سال بعد، در سال 1969، مپمبا این سوال را از پروفسور فیزیک دنیس آزبورن که به مدرسه او آمد، پرسید. استاد علاقه مند به مشاهده مرد جوان بود، در نتیجه آزمایشی انجام شد که وجود اثر را تأیید کرد، اما دلایل این پدیده مشخص نشد.

از آن زمان به بعد این پدیده نامیده شد اثر Mpemba.

در طول تاریخ مشاهدات علمی، فرضیه های بسیاری در مورد علل این پدیده مطرح شده است.

بنابراین در سال 2012، انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا مسابقه ای از فرضیه ها را برای توضیح اثر Mpemba اعلام کرد. دانشمندان از سراسر جهان در این مسابقه شرکت کردند و در مجموع 22000 مقاله علمی ثبت شد. با وجود چنین تعداد قابل توجهی از مقالات، هیچ یک از آنها پارادوکس Mpemba را روشن نکردند.

رایج ترین نسخه این بود که بر اساس آن، آب گرم سریعتر یخ می زند، زیرا به سادگی سریعتر تبخیر می شود، حجم آن کوچکتر می شود و با کاهش حجم، سرعت خنک شدن آن افزایش می یابد. متداول ترین نسخه در نهایت رد شد، زیرا آزمایشی انجام شد که در آن تبخیر حذف شد، اما با این وجود اثر تأیید شد.

دانشمندان دیگر معتقد بودند که دلیل اثر Mpemba تبخیر گازهای محلول در آب است. به نظر آنها، در طول فرآیند گرمایش، گازهای حل شده در آب تبخیر می شوند و به همین دلیل چگالی بالاتری نسبت به آب سرد به دست می آورند. همانطور که مشخص است، افزایش چگالی منجر به تغییر در خواص فیزیکی آب (افزایش هدایت حرارتی) و در نتیجه افزایش سرعت خنک‌سازی می‌شود.

علاوه بر این، تعدادی فرضیه ارائه شده است که سرعت گردش آب را به عنوان تابعی از دما توصیف می کند. در بسیاری از مطالعات، تلاش شد تا رابطه بین مواد ظروفی که مایع در آن قرار داشت، برقرار شود. بسیاری از نظریه ها بسیار قابل قبول به نظر می رسیدند، اما به دلیل فقدان داده های اولیه، تناقضات در آزمایشات دیگر، یا به دلیل این واقعیت که عوامل شناسایی شده به سادگی با سرعت خنک شدن آب قابل مقایسه نبودند، نمی توان آنها را از نظر علمی تأیید کرد. برخی از دانشمندان در آثار خود وجود این اثر را زیر سوال بردند.

در سال 2013، محققان دانشگاه فناوری نانیانگ در سنگاپور ادعا کردند که معمای اثر Mpemba را حل کرده اند. بر اساس مطالعه آنها، دلیل این پدیده در این واقعیت نهفته است که مقدار انرژی ذخیره شده در پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب سرد و گرم به طور قابل توجهی متفاوت است.

روش های شبیه سازی کامپیوتری نتایج زیر را نشان داده اند: هر چه دمای آب بیشتر باشد، به دلیل افزایش نیروهای دافعه، فاصله بین مولکول ها بیشتر می شود. در نتیجه، پیوندهای هیدروژنی مولکول‌ها کشیده می‌شوند و انرژی بیشتری ذخیره می‌کنند. هنگامی که سرد می شوند، مولکول ها شروع به نزدیک شدن به یکدیگر می کنند و انرژی را از پیوندهای هیدروژنی آزاد می کنند. در این حالت آزاد شدن انرژی با کاهش دما همراه است.

در اکتبر 2017، فیزیکدانان اسپانیایی، در جریان مطالعه دیگری، دریافتند که حذف ماده از حالت تعادل (گرمایش قوی قبل از سرد شدن قوی) است که نقش زیادی در شکل گیری اثر دارد. آنها شرایطی را تعیین کردند که در آن احتمال تأثیر حداکثر است. علاوه بر این، دانشمندان اسپانیایی وجود اثر معکوس Mpemba را تأیید کرده اند. آنها دریافتند که وقتی گرم می شود، یک نمونه سردتر می تواند سریعتر از یک نمونه گرم به دمای بالا برسد.

علیرغم اطلاعات جامع و آزمایش های متعدد، دانشمندان قصد دارند به مطالعه این اثر ادامه دهند.

اثر Mpemba در زندگی واقعی

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا در زمستان زمین یخ با آب گرم پر می شود و سرد نیست؟ همانطور که قبلاً فهمیدید، آنها این کار را انجام می دهند زیرا یک پیست اسکیت پر از آب گرم سریعتر از زمانی که با آب سرد پر شود یخ می زند. به همین دلیل، سرسره ها در شهرهای یخی زمستانی با آب گرم ریخته می شوند.

بنابراین، دانش در مورد وجود این پدیده به مردم اجازه می دهد تا در زمان آماده سازی سایت ها برای ورزش های زمستانی صرفه جویی کنند.

علاوه بر این، اثر Mpemba گاهی اوقات در صنعت استفاده می شود - برای کاهش زمان انجماد محصولات، مواد و مواد حاوی آب.

اثر Mpemba(پارادوکس Mpemba) - پارادوکسی که بیان می کند که آب گرم در شرایط خاص سریعتر از آب سرد یخ می زند، اگرچه در فرآیند انجماد باید از دمای آب سرد عبور کند. این پارادوکس یک واقعیت تجربی است که با ایده‌های معمولی در تناقض است که بر اساس آن، در شرایط یکسان، جسم داغ‌تر به زمان بیشتری برای خنک شدن تا دمای معینی نیاز دارد تا جسم خنک‌تر تا در همان دما خنک شود.

این پدیده در آن زمان توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963، دانش آموز تانزانیایی Erasto Mpemba متوجه شد که مخلوط بستنی داغ سریعتر از بستنی سرد منجمد می شود.

اراستو امپمبا دانش آموز دبیرستان ماگامبین در تانزانیا بود که کار عملی آشپزی انجام می داد. او مجبور شد بستنی خانگی درست کند - شیر را بجوشاند، شکر را در آن حل کند، آن را تا دمای اتاق خنک کند و سپس آن را در یخچال قرار دهد تا منجمد شود. ظاهراً مپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در بخش اول تکلیف به تعویق انداخت. از ترس اینکه تا پایان درس سر وقت نرسد، شیر هنوز داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، شیر حتی زودتر از شیر رفقای خود که بر اساس یک فناوری خاص تهیه شده بود، یخ زد.

پس از آن، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب ساده نیز آزمایش کرد. در هر صورت، او که قبلاً دانش‌آموز دبیرستان مکواوا بود، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاه دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ایراد سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش‌آموزان) در مورد آب پرسید: «اگر دو ظرف یکسان با حجم های مساوی آب بردارید به طوری که در یکی از آنها دمای آب 35 درجه سانتیگراد و در دیگری - 100 درجه سانتیگراد باشد و آنها را در فریزر قرار دهید سپس در دومی آب یخ بزند. سریعتر چرا؟ آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی در سال 1969 به همراه Mpemba نتایج آزمایشات خود را در مجله "Physics Education" منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند نامیده می شود اثر Mpemba.

تا به حال هیچ کس دقیقاً نمی داند چگونه این اثر عجیب را توضیح دهد. دانشمندان یک نسخه واحد ندارند، اگرچه تعداد زیادی وجود دارد. همه چیز در مورد تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما هنوز مشخص نیست که کدام خواص در این مورد نقش دارند: تفاوت در فوق خنک شدن، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع بر روی آب در دماهای مختلف

پارادوکس اثر Mpemba این است که زمانی که بدن تا دمای محیط خنک می‌شود باید متناسب با اختلاف دمای این بدن و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در همین اثر، آب در 100 درجه سانتیگراد سریعتر از همان مقدار آب در دمای 35 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد خنک می شود.

با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را می توان در فیزیک شناخته شده نیز توضیح داد. در اینجا چند توضیح برای اثر Mpemba آورده شده است:

تبخیر

آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب با همان دما سریعتر یخ می زند. آبی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، با سرد شدن تا دمای 0 درجه سانتیگراد، 16 درصد از جرم خود را از دست می دهد.

اثر تبخیر یک اثر دوگانه است. ابتدا جرم آب مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. و ثانیاً به دلیل کاهش گرمای تبخیر انتقال از فاز آب به فاز بخار، دما کاهش می یابد.

اختلاف دما

با توجه به اینکه اختلاف دمای آب گرم و هوای سرد بیشتر است - بنابراین تبادل حرارت در این حالت شدیدتر است و آب گرم سریعتر خنک می شود.

هیپوترمی

هنگامی که آب زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت شرایط خاص، می‌تواند در حالی که در دماهای زیر نقطه انجماد مایع باقی می‌ماند، تحت ابرسرد شدن قرار گیرد. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد می تواند مایع باقی بماند.

دلیل این اثر این است که برای اینکه اولین بلورهای یخ شروع به تشکیل شدن کنند، به مراکز تشکیل بلور نیاز است. اگر آنها در آب مایع نباشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می یابد که دما به اندازه ای کاهش یابد که کریستال ها شروع به تشکیل خود به خود کنند. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و لجن یخی تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد.

آب گرم بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا گرمایش گازها و حباب های محلول را از بین می برد که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل کریستال های یخ عمل کنند.

چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر رخ می دهد. در این صورت لایه نازکی از یخ روی سطح ظرف تشکیل می شود. این لایه یخ به عنوان عایق بین آب و هوای سرد عمل می کند و از تبخیر بیشتر جلوگیری می کند. سرعت تشکیل کریستال های یخ در این حالت کمتر خواهد بود. در مورد آب گرم که تحت خنک‌سازی فرعی قرار می‌گیرد، آب سرد شده دارای لایه سطحی محافظ یخ نیست. بنابراین، گرما را از طریق قسمت باز بسیار سریعتر از دست می دهد.

هنگامی که فرآیند فوق خنک کننده به پایان می رسد و آب یخ می زند، گرمای بسیار بیشتری از دست می رود و بنابراین یخ بیشتری تشکیل می شود.

بسیاری از محققین این اثر هیپوترمی را عامل اصلی در مورد اثر Mpemba می دانند.

همرفت

آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند.

این اثر با یک ناهنجاری در چگالی آب توضیح داده می شود. حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتیگراد است. اگر آب را تا 4 درجه سانتیگراد خنک کنید و در دمای کمتری قرار دهید، لایه سطحی آب سریعتر یخ میزند. از آنجایی که این آب در دمای 4 درجه سانتی گراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط لایه نازکی از یخ برای مدت کوتاهی روی سطح آب تشکیل می‌شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق محافظت از لایه‌های زیرین آب عمل می‌کند که در دمای 4 درجه سانتی‌گراد باقی می‌مانند. ، روند خنک سازی بیشتر کندتر خواهد بود.

در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب به دلیل تبخیر و اختلاف دما بیشتر سریعتر خنک می شود. همچنین لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه آب سرد فرو می‌رود و لایه آب گرم را به سطح می‌کشد. این گردش آب کاهش سریع دما را تضمین می کند.

اما چرا این فرآیند به نقطه تعادل نمی رسد؟ برای توضیح اثر Mpemba از این دیدگاه جابجایی، باید فرض کرد که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و فرآیند همرفت پس از کاهش متوسط ​​دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد.

با این حال، هیچ شواهد تجربی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که لایه‌های سرد و گرم آب توسط همرفت از هم جدا می‌شوند.

گازهای حل شده در آب

آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی پایین آوردن نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا حلالیت آنها در آب در دمای بالا کمتر است. بنابراین، زمانی که آب گرم خنک می شود، همیشه گازهای محلول کمتری در آن نسبت به آب سرد گرم نشده وجود دارد. بنابراین نقطه انجماد آب گرم شده بیشتر است و سریعتر یخ می زند. این عامل گاهی اوقات به عنوان اصلی ترین عامل در توضیح اثر Mpemba در نظر گرفته می شود، اگرچه هیچ داده تجربی تأیید کننده این واقعیت وجود ندارد.

رسانایی گرمایی

وقتی آب در یخچال فریزر در ظروف کوچک قرار می گیرد، این مکانیسم می تواند نقش بسزایی داشته باشد. در این شرایط مشاهده شده است که ظرف دارای آب گرم یخ فریزر زیر آن را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با دیواره فریزر و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد. در نتیجه گرما از ظرف آب گرم سریعتر از ظرف سرد خارج می شود. به نوبه خود ظرف با آب سرد برف را زیر آن آب نمی کند.

همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پاسخی صریح به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را ارائه می‌کنند - به دست نیامده است.

بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر ابرسرد شدن آب را بر این اثر مطالعه کرد. او کشف کرد که آب داغ، با رسیدن به حالت فوق سرد، در دمای بالاتر از آب سرد و در نتیجه سریعتر از دومی یخ می‌زند. اما آب سرد سریعتر از آب گرم به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند.

علاوه بر این، نتایج اورباخ با داده‌های قبلی که نشان می‌داد آب گرم به دلیل مراکز تبلور کمتر می‌تواند به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، تناقض داشت. هنگامی که آب گرم می شود، گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری املاح حل شده در آن رسوب می کند.

تا کنون، تنها یک چیز را می توان ادعا کرد - بازتولید این اثر اساساً به شرایطی بستگی دارد که تحت آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود.

O. V. Mosin

ادبیمنابع:

"آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. چرا این کار را انجام می دهد؟"، جرل واکر در The Amator Scientist، Scientific American، جلد. 237، شماره 3، صص 246-257; سپتامبر 1977.

«یخ زدن آب سرد و گرم»، جی.S. کل در مجله آمریکایی فیزیک، جلد. 37، شماره 5، صص 564-565; می 1969.

«Supercooling and the Mpemba effect»، دیوید اورباخ، در مجله آمریکایی فیزیک، جلد. 63، شماره 10، ص 882-885; اکتبر 1995.

"اثر Mpemba: زمان های انجماد آب گرم و سرد"، چارلز ای. نایت، در مجله آمریکایی فیزیک، جلد. 64، شماره 5، ص 524; اردیبهشت 96.

در این مقاله به بررسی این موضوع می پردازیم که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند.

آب گرم شده خیلی سریعتر از آب سرد یخ می زند! این خاصیت شگفت انگیز آب، توضیح دقیقی که دانشمندان هنوز نمی توانند برای آن بیابند، از زمان های قدیم شناخته شده است. به عنوان مثال، حتی در ارسطو نیز توصیفی از ماهیگیری زمستانی وجود دارد: ماهیگیران میله های ماهیگیری را در سوراخ های یخ فرو می کردند و برای اینکه سریعتر یخ بزنند، آب گرم روی یخ می ریختند. نام این پدیده به نام Erasto Mpemba در دهه 60 قرن بیستم نامگذاری شد. منمبا هنگام تهیه بستنی متوجه این اثر عجیب شد و برای توضیح به معلم فیزیک خود دکتر دنیس آزبورن مراجعه کرد. Mpemba و دکتر Osborne با آب در دماهای مختلف آزمایش کردند و به این نتیجه رسیدند که آب تقریباً در حال جوش بسیار سریعتر از آب در دمای اتاق شروع به یخ زدن می کند. دانشمندان دیگر آزمایش های خود را انجام داده اند و هر بار به نتایج مشابهی دست یافته اند.

توضیح یک پدیده فیزیکی

هیچ توضیح پذیرفته شده ای در مورد اینکه چرا این اتفاق می افتد وجود ندارد. بسیاری از محققان پیشنهاد می کنند که همه چیز در مورد فوق خنک شدن یک مایع است، که زمانی رخ می دهد که دمای آن به زیر صفر می رسد. به عبارت دیگر، اگر آب در دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد یخ بزند، آنگاه آب فوق سرد می تواند دمایی مثلاً 2- درجه سانتیگراد داشته باشد و همچنان مایع بماند بدون اینکه به یخ تبدیل شود. وقتی سعی می کنیم آب سرد را منجمد کنیم، این احتمال وجود دارد که در ابتدا فوق العاده خنک شود و فقط بعد از مدتی سفت شود. در آب گرم، فرآیندهای دیگری انجام می شود. تبدیل سریعتر آن به یخ با همرفت همراه است.

همرفت- این یک پدیده فیزیکی است که در آن لایه‌های گرم زیرین مایع بالا می‌آیند و لایه‌های بالایی که سرد شده‌اند، سقوط می‌کنند.

بسیاری از محققان در مورد اینکه چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند، نسخه های خود را مطرح کرده و ارائه می کنند. به نظر می رسد پارادوکس باشد - از این گذشته ، برای یخ زدن ، آب گرم ابتدا باید خنک شود. با این حال، این واقعیت باقی است و دانشمندان آن را به روش های مختلف توضیح می دهند.

نسخه های اصلی

در حال حاضر، چندین نسخه وجود دارد که این واقعیت را توضیح می دهد:

1. از آنجایی که تبخیر در آب گرم سریعتر است، حجم آن کاهش می یابد. مقدار کمتری از آب با همان دما سریعتر یخ می زند.
2. قسمت فریزر یخچال دارای روکش برفی است. یک ظرف حاوی آب گرم برف زیر آن را آب می کند. این باعث بهبود تماس حرارتی با فریزر می شود.
3. یخ زدن آب سرد بر خلاف گرم از بالا شروع می شود. در این حالت، همرفت و تابش گرما و در نتیجه تلفات گرما بدتر می شود.
4. در آب سرد مراکز تبلور وجود دارد - مواد حل شده در آن. با مقدار کمی از آنها در آب، یخ زدن دشوار است، اگرچه در همان زمان، هیپوترمی آن امکان پذیر است - زمانی که در دمای زیر صفر حالت مایع دارد.

اگرچه انصافاً می توان گفت که این تأثیر همیشه مشاهده نمی شود. آب سرد اغلب سریعتر از آب گرم یخ می زند.

آب در چه دمایی یخ می زند

اصلا چرا آب یخ می زند؟ حاوی مقدار معینی ذرات معدنی یا آلی است. به عنوان مثال، اینها می توانند ذرات بسیار ریز ماسه، گرد و غبار یا خاک رس باشند. با کاهش دمای هوا، این ذرات به مراکزی تبدیل می شوند که در اطراف آن کریستال های یخ تشکیل می شوند.

نقش هسته های تبلور را می توان توسط حباب های هوا و شکاف های موجود در ظرف حاوی آب نیز انجام داد. سرعت فرآیند تبدیل آب به یخ تا حد زیادی تحت تأثیر تعداد چنین مراکزی است - اگر تعداد زیادی از آنها وجود داشته باشد، مایع سریعتر یخ می زند. در شرایط عادی، با فشار اتمسفر معمولی، آب از مایع در دمای 0 درجه به حالت جامد می رسد.

ماهیت اثر Mpemba

اثر Mpemba به عنوان یک پارادوکس درک می شود که ماهیت آن این است که در شرایط خاص، آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. این پدیده مورد توجه ارسطو و دکارت قرار گرفت. با این حال، تا سال 1963 بود که Erasto Mpemba، یک دانش آموز از تانزانیا، تشخیص داد که بستنی داغ در زمان کوتاه تری نسبت به بستنی سرد منجمد می شود. او در حین انجام وظیفه آشپزی چنین نتیجه گیری کرد.

باید شکر را در شیر جوشانده حل کرده و پس از سرد شدن در یخچال قرار می دهد تا یخ بزند. ظاهراً امپمبا از نظر اهتمام خاصی تفاوتی نداشت و دیر شروع به انجام بخش اول وظیفه کرد. بنابراین صبر نکرد تا شیر خنک شود و آن را داغ در یخچال قرار داد. او بسیار شگفت زده شد که حتی سریعتر از همکلاسی هایش که کار را مطابق با فناوری داده شده انجام می دادند، یخ زد.

این واقعیت مرد جوان را بسیار جالب کرد و او آزمایشاتی را با آب ساده آغاز کرد. در سال 1969، مجله Physics Education نتایج تحقیقات Mpemba و پروفسور Dennis Osborn از دانشگاه دارالسلام را منتشر کرد. اثری که آنها توصیف کردند، نام Mpemba داده شد. با این حال، حتی امروز نیز توضیح روشنی برای این پدیده وجود ندارد. همه دانشمندان موافقند که نقش اصلی در این امر مربوط به تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما دقیقاً چه چیزی ناشناخته است.

نسخه سنگاپور

فیزیکدانان یکی از دانشگاه های سنگاپور نیز به این سوال علاقه داشتند که کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد؟ تیمی از محققان به رهبری شی ژانگ این پارادوکس را دقیقاً با خواص آب توضیح دادند. همه هنوز ترکیب آب را از مدرسه می دانند - یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن. اکسیژن تا حدی الکترون‌ها را از هیدروژن می‌کشد، بنابراین مولکول نوعی «آهن‌ربای» است.

در نتیجه، مولکول های خاصی در آب اندکی به یکدیگر جذب می شوند و توسط یک پیوند هیدروژنی به هم متصل می شوند. استحکام آن چندین برابر کمتر از پیوند کووالانسی است. محققان سنگاپوری معتقدند که توضیح پارادوکس Mpemba دقیقاً در پیوندهای هیدروژنی نهفته است. اگر مولکول های آب بسیار نزدیک به هم قرار گیرند، چنین برهمکنش قوی بین مولکول ها می تواند پیوند کووالانسی را در وسط خود مولکول تغییر شکل دهد.

اما هنگامی که آب گرم می شود، مولکول های محدود شده اندکی از یکدیگر دور می شوند. در نتیجه شل شدن پیوندهای کووالانسی در وسط مولکول ها با بازگشت انرژی اضافی و انتقال به پایین ترین سطح انرژی اتفاق می افتد. این منجر به این واقعیت می شود که آب گرم به سرعت شروع به خنک شدن می کند. حداقل، این چیزی است که محاسبات نظری انجام شده توسط دانشمندان سنگاپوری نشان می دهد.

یخ فوری آب - 5 ترفند باورنکردنی: ویدیو

این درست است، اگرچه باورنکردنی به نظر می رسد، زیرا در فرآیند انجماد، آب از قبل گرم شده باید از دمای آب سرد عبور کند. در این میان از این افکت بسیار استفاده می شود به عنوان مثال پیست های یخ و سرسره ها در زمستان به جای آب سرد با آب گرم پر می شوند. کارشناسان به رانندگان توصیه می کنند در زمستان آب سرد را به جای آب داغ در مخزن ماشین لباسشویی بریزند. این پارادوکس در سراسر جهان به عنوان "اثر Mpemba" شناخته می شود.

این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت ذکر شد، اما تنها در سال 1963 اساتید فیزیک به آن توجه کردند و سعی در بررسی آن کردند. همه چیز از آنجا شروع شد که یک دانش آموز تانزانیایی، Erasto Mpemba متوجه شد که شیر شیرینی که برای تهیه بستنی استفاده می کرد، اگر از قبل گرم شود، سریعتر جامد می شود و پیشنهاد کرد که آب داغ سریعتر از آب سرد یخ می زند. او برای توضیح به معلم فیزیک مراجعه کرد، اما او فقط به دانش آموز خندید و این جمله را گفت: "این فیزیک جهانی نیست، بلکه فیزیک Mpemba است."

خوشبختانه، دنیس آزبورن، استاد فیزیک از دانشگاه دارالسلام، یک روز از مدرسه بازدید کرد. و امپمبا با همان سوال به سمت او برگشت. پروفسور کمتر بدبین بود، گفت که نمی تواند چیزی را که هرگز ندیده قضاوت کند، و پس از بازگشت به خانه از کارکنان خواست آزمایش های مناسب را انجام دهند. انگار حرف پسر را تایید کردند. در هر صورت، در سال 1969، آزبورن در مورد همکاری با Mpemba در مجله "Eng. فیزیکتحصیلات". در همان سال، جورج کل از شورای تحقیقات ملی کانادا مقاله ای را در توصیف این پدیده به زبان انگلیسی منتشر کرد. آمریکاییمجلهازفیزیک».

چندین توضیح ممکن برای این پارادوکس وجود دارد:

• آب داغ سریعتر تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب با همان دما سریعتر یخ می زند. در ظروف بدون هوا، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• وجود پوشش برفی. ظرف آب گرم برف زیر را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با سطح خنک کننده را بهبود می بخشد. آب سرد زیر آن برف را آب نمی کند. بدون پوشش برف، ظرف آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. با هم زدن مکانیکی اضافی آب در ظروف، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• وجود مراکز تبلور در آب سرد شده - مواد محلول در آن. با تعداد کمی از چنین مراکزی در آب سرد، تبدیل آب به یخ دشوار است و حتی ابرسرد شدن آن زمانی امکان پذیر است که در حالت مایع با دمای زیر صفر باقی بماند.

توضیح دیگری به تازگی منتشر شده است. دکتر جاناتان کاتز از دانشگاه واشنگتن به بررسی این پدیده پرداخت و به این نتیجه رسید که مواد محلول در آب نقش مهمی در آن ایفا می کنند که با گرم شدن رسوب می کنند.
منظور دکتر کاتز از املاح، بی کربنات های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت است. هنگامی که آب گرم می شود، این مواد رسوب می کنند، آب "نرم" می شود. آبی که هرگز گرم نشده است حاوی این ناخالصی ها است و «سخت» است. با یخ زدن و تشکیل کریستال های یخ، غلظت ناخالصی ها در آب 50 برابر افزایش می یابد. این امر نقطه انجماد آب را کاهش می دهد.

این توضیح برای من قانع کننده به نظر نمی رسد، زیرا. ما نباید فراموش کنیم که این اثر در آزمایشات با بستنی و نه با آب سخت یافت شد. به احتمال زیاد، دلایل این پدیده ترموفیزیکی است و نه شیمیایی.

تاکنون هیچ توضیح روشنی در مورد پارادوکس Mpemba دریافت نشده است. باید بگویم که برخی از دانشمندان این پارادوکس را شایسته توجه نمی دانند. با این حال، بسیار جالب است که یک پسر مدرسه ای ساده به دلیل کنجکاوی و پشتکار خود، تأثیر فیزیکی را به رسمیت شناخته و محبوبیت پیدا کرده است.

اضافه شده در فوریه 2014

این یادداشت در سال 2011 نوشته شده است. از آن زمان، مطالعات جدیدی در مورد اثر Mpemba و تلاش های جدیدی برای توضیح آن ظاهر شده است. بنابراین، در سال 2012، انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا یک مسابقه بین المللی را برای کشف رمز و راز علمی "اثر Mpemba" با صندوق جایزه 1000 پوندی اعلام کرد. آخرین مهلت در 30 جولای 2012 تعیین شد. برنده نیکولا برگوویک از آزمایشگاه دانشگاه زاگرب بود. او کار خود را منتشر کرد که در آن تلاش های قبلی برای توضیح این پدیده را تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که آنها قانع کننده نیستند. مدلی که او پیشنهاد کرد بر اساس خواص اساسی آب است. علاقه مندان می توانند در http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp کار پیدا کنند.

تحقیق به همین جا ختم نشد. در سال 2013، فیزیکدانان سنگاپور به طور نظری علت اثر مپمبا را ثابت کردند. این اثر را می‌توانید در http://arxiv.org/abs/1310.6514 بیابید.

مقالات مرتبط در سایت:

سایر مقالات این بخش

نظرات:

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:14

چرا آب گرم سریعتر تبخیر می شود؟ دانشمندان عملا ثابت کرده اند که یک لیوان آب داغ سریعتر از آب سرد یخ می زند. دانشمندان نمی توانند این پدیده را توضیح دهند به این دلیل که ماهیت پدیده ها را درک نمی کنند: گرما و سرما! گرما و سرما احساسات فیزیکی هستند که در اثر برهمکنش ذرات ماده به شکل فشردگی متقابل امواج مغناطیسی ایجاد می‌شوند که از سمت فضا و از مرکز زمین حرکت می‌کنند. بنابراین، هر چه اختلاف پتانسیل این ولتاژ مغناطیسی بیشتر باشد، تبادل انرژی با روش نفوذ متقابل یک موج به موج دیگر سریعتر انجام می شود. یعنی با انتشار! یکی از مخالفان در پاسخ به مقاله من می نویسد: 1) "..آب گرم سریعتر تبخیر می شود که در نتیجه آن کمتر است، بنابراین سریعتر یخ می زند" سوال! چه انرژی باعث می شود آب سریعتر تبخیر شود؟ 2) در مقاله من در مورد یک لیوان صحبت می کنیم و نه در مورد تغار چوبی که طرف مقابل آن را به عنوان استدلال متقابل ذکر می کند. چه چیزی درست نیست! من به این سوال پاسخ می دهم: "به چه دلیلی تبخیر آب در طبیعت انجام می شود؟" امواج مغناطیسی که همیشه از مرکز زمین به سمت فضا حرکت می کنند، با غلبه بر فشار متقابل امواج فشردگی مغناطیسی (که همیشه از فضا به مرکز زمین حرکت می کنند)، در همان زمان، ذرات آب را از زمان حرکت به فضا می پاشند. ، حجم آنها افزایش می یابد. یعنی گسترش بده! در صورت غلبه بر امواج مغناطیسی فشردگی، این بخارات آب فشرده (متراکم) می شوند و تحت تأثیر این نیروهای فشردگی مغناطیسی، آب به صورت بارش به زمین باز می گردد! خالصانه! الکسی میشنف. 6 اکتبر 2012.

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:19

دما چیست. دما درجه تنش الکترومغناطیسی امواج مغناطیسی با انرژی فشردگی و انبساط است. در حالت تعادل این انرژی ها، دمای بدن یا ماده در حالت پایدار است. اگر حالت تعادل این انرژی ها به هم بخورد، به سمت انرژی انبساط، جسم یا ماده در حجم فضا افزایش می یابد. در صورت تجاوز از انرژی امواج مغناطیسی در جهت فشردگی، جسم یا ماده در حجم فضا کاهش می یابد. درجه تنش الکترومغناطیسی با درجه انبساط یا انقباض جسم مرجع تعیین می شود. الکسی میشنف.

موسیوا ناتالیا, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

الکسی، شما در مورد مقاله ای صحبت می کنید که افکار شما را در مورد مفهوم دما بیان می کند. اما کسی آن را نخواند. لطفا یک لینک به من بدهید. به طور کلی، دیدگاه شما در مورد فیزیک بسیار عجیب و غریب است. من هرگز در مورد "انبساط الکترومغناطیسی بدن مرجع" نشنیده ام.

یوری کوزنتسوف، 04.12.2012 12:32

فرضیه‌ای پیشنهاد شده است که این کار رزونانس بین مولکولی و جاذبه متحرک بین مولکول‌های تولید شده توسط آن است. در آب سرد، مولکول ها به طور تصادفی و با فرکانس های مختلف حرکت می کنند و ارتعاش می کنند. هنگامی که آب گرم می شود، با افزایش فرکانس نوسان، دامنه آنها باریک می شود (اختلاف فرکانس از آب داغ مایع تا نقطه تبخیر کاهش می یابد)، فرکانس های نوسان مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، در نتیجه رزونانس رخ می دهد. بین مولکول ها هنگامی که سرد می شود، این رزونانس تا حدی حفظ می شود، بلافاصله از بین نمی رود. سعی کنید یکی از دو سیم گیتار را که در رزونانس هستند فشار دهید. اکنون رها کنید - رشته دوباره شروع به ارتعاش می کند، رزونانس ارتعاشات خود را بازیابی می کند. بنابراین در آب منجمد، مولکول‌های سرد شده بیرونی سعی می‌کنند دامنه و فرکانس نوسانات را از دست بدهند، اما مولکول‌های «گرم» درون ظرف، نوسان‌ها را به عقب می‌کشند، به‌عنوان ارتعاش‌کننده عمل می‌کنند و مولکول‌های بیرونی به‌عنوان تشدیدکننده عمل می‌کنند. بین ارتعاش‌کننده‌ها و تشدیدکننده‌ها است که جاذبه‌ی تأمل‌انگیز* پدید می‌آید. هنگامی که نیروی محرک پوندرو بیشتر از نیروی ناشی از انرژی جنبشی مولکول ها (که نه تنها ارتعاش می کنند، بلکه به صورت خطی نیز حرکت می کنند) می شود، تبلور تسریع شده رخ می دهد - "اثر Mpemba". اتصال ponderomotive بسیار ناپایدار است، اثر Mpemba به شدت به همه عوامل همراه بستگی دارد: حجم آب منجمد، ماهیت گرمایش، شرایط انجماد، دما، همرفت، شرایط تبادل حرارت، اشباع گاز، ارتعاش واحد تبرید. ، تهویه ، ناخالصی ها ، تبخیر و ... شاید حتی از نور ... بنابراین ، اثر توضیحات زیادی دارد و گاهی اوقات بازتولید آن دشوار است. به همان دلیل "رزونانس"، آب جوشانده سریعتر از آب جوشانده می جوشد - رزونانس برای مدتی پس از جوشش، شدت ارتعاشات مولکول های آب را حفظ می کند (اتلاف انرژی در هنگام خنک شدن عمدتاً به دلیل از دست دادن انرژی جنبشی حرکت خطی مولکول ها است. ). با گرمایش شدید، مولکول های ویبراتور در مقایسه با انجماد با مولکول های تشدید کننده تغییر نقش می دهند - فرکانس ویبراتورها کمتر از فرکانس تشدید کننده ها است، به این معنی که بین مولکول ها جاذبه وجود ندارد، بلکه دافعه وجود دارد که انتقال به دیگری را تسریع می کند. حالت تجمع (جفت).

Vlad, 11.12.2012 03:42

مغزمو شکست...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. آیا واقعاً این جذابیت محرکه آنقدر زیاد است که بر فرآیند انتقال حرارت تأثیر بگذارد؟ 2. آیا این بدان معناست که وقتی همه اجسام تا دمای خاصی گرم می شوند، ذرات ساختاری آنها وارد تشدید می شوند؟ 3. چرا این رزونانس با سرد شدن از بین می رود؟ 4. آیا این حدس شماست؟ اگر منبعی هست لطفا ذکر کنید 5. طبق این نظریه، شکل ظرف نقش مهمی خواهد داشت و اگر نازک و مسطح باشد، اختلاف زمان انجماد زیاد نخواهد بود، یعنی. می توانید آن را بررسی کنید

Gudrat , 1392/03/11 10:12 | متاک

آب سرد از قبل دارای اتم های نیتروژن است و فواصل بین مولکول های آب نزدیک تر از آب گرم است. یعنی نتیجه: آب داغ اتم های نیتروژن را سریعتر جذب می کند و در عین حال سریعتر از آب سرد منجمد می شود - این با سخت شدن آهن قابل مقایسه است، زیرا آب گرم به یخ تبدیل می شود و آهن داغ با سرد شدن سریع سخت می شود!

ولادیمیر , 03/13/2013 06:50

یا شاید این باشد: چگالی آب گرم و یخ کمتر از چگالی آب سرد است و بنابراین آب نیازی به تغییر چگالی ندارد و مقداری از زمان خود را از دست می دهد و یخ می زند.

الکسی میشنف، 2013/03/21، 11:50 صبح

قبل از صحبت در مورد تشدید، جاذبه و ارتعاش ذرات، لازم است به این سوال پی ببریم که چه نیروهایی باعث ارتعاش ذرات می شوند؟ از آنجا که، بدون انرژی جنبشی، هیچ فشرده سازی وجود ندارد. بدون فشرده سازی، هیچ انبساط وجود ندارد. بدون انبساط، انرژی جنبشی وجود ندارد! وقتی شروع به صحبت در مورد طنین سیم ها می کنید، ابتدا تلاش کردید تا یکی از این سیم ها شروع به ارتعاش کنید! وقتی صحبت از جاذبه می شود، اول از همه باید نیرویی که باعث جذب این اجسام می شود را مشخص کنید! من تأیید می کنم که تمام اجسام توسط انرژی الکترومغناطیسی جو فشرده می شوند و تمام اجسام، مواد و ذرات بنیادی را با نیروی 1.33 کیلوگرم فشرده می کند. نه در سانتی متر مربع بلکه به ازای هر ذره بنیادی.چون فشار جو نمی تواند انتخابی باشد!آن را با مقدار نیرو اشتباه نگیرید!

Dodik , 05/31/2013 02:59

به نظر من یک حقیقت را فراموش کرده اید - "علم از جایی شروع می شود که اندازه گیری ها شروع می شود." دمای آب "گرم" چقدر است؟ دمای آب "سرد" چقدر است؟ مقاله یک کلمه در مورد آن نمی گوید. از این می توان نتیجه گرفت - کل مقاله مزخرف است!

گریگوری، 1392/06/04 12:17

دودیک، قبل از اینکه یک مقاله را مزخرف بدانیم، باید فکر کنیم تا حداقل کمی یاد بگیریم. و نه فقط اندازه گیری.

دیمیتری، 1392/12/24 10:57 ق.ظ

مولکول‌های آب گرم سریع‌تر از آب سرد حرکت می‌کنند، به همین دلیل تماس نزدیک‌تری با محیط وجود دارد، به نظر می‌رسد که تمام سرما را جذب می‌کنند و به سرعت کند می‌شوند.

ایوان, 1393/01/10 05:53

جای تعجب است که چنین مقاله ناشناس در این سایت ظاهر شده است. مقاله کاملا غیر علمی است. هم نویسنده و هم مفسران در جست‌وجوی توضیحی از پدیده با یکدیگر رقابت می‌کردند و به خود زحمت نمی‌دادند بفهمند که آیا اصلاً این پدیده مشاهده می‌شود و اگر مشاهده می‌شود، پس در چه شرایطی. علاوه بر این، حتی توافقی در مورد آنچه ما در واقع مشاهده می کنیم وجود ندارد! بنابراین نویسنده بر لزوم توضیح اثر انجماد سریع بستنی داغ پافشاری می‌کند، اگرچه از کل متن (و عبارت "اثر در آزمایشات با بستنی پیدا شد") چنین بر می‌آید که خود او چنین چیزی را تنظیم نکرده است. آزمایش. از انواع "توضیحات" پدیده ذکر شده در مقاله، می توان دریافت که آزمایش های کاملاً متفاوتی شرح داده شده است که در شرایط مختلف با محلول های آبی مختلف تنظیم شده اند. هم ماهیت توضیحات و هم حالت فرعی در آنها نشان می دهد که حتی یک راستی آزمایی ابتدایی از ایده های بیان شده انجام نشده است. شخصی به طور تصادفی یک داستان کنجکاو شنید و به طور اتفاقی نتیجه گمانه زنی خود را بیان کرد. متاسفم، اما این یک مطالعه علمی فیزیکی نیست، بلکه یک مکالمه در یک اتاق سیگار است.

ایوان , 1393/01/10 06:10

با توجه به نظرات مقاله در مورد پرکردن غلتک از مخزن آب گرم و واشر سرد. همه چیز از نظر فیزیک ابتدایی ساده است. پیست اسکیت فقط به این دلیل که کندتر یخ می زند با آب داغ پر می شود. پیست باید صاف و صاف باشد. سعی کنید آن را با آب سرد پر کنید - برآمدگی و "هجوم" خواهید داشت، زیرا. آب به سرعت یخ می زند بدون اینکه فرصت پخش شدن در یک لایه یکنواخت داشته باشد. و داغ زمان خواهد داشت که در یک لایه یکنواخت پخش شود و یخ و برف گیرهای موجود را آب می کند. با واشر نیز دشوار نیست: ریختن آب تمیز در یخبندان بی فایده است - روی شیشه یخ می زند (حتی داغ). و مایع یخ نزن داغ می تواند منجر به ترک خوردن شیشه سرد شود، به علاوه به دلیل تبخیر سریع الکل ها در مسیر شیشه، نقطه انجماد بیشتری روی شیشه خواهد داشت (آیا همه با اصل عملکرد مهتابی آشنا هستند. هنوز؟ - الکل تبخیر می شود، آب باقی می ماند).

ایوان , 1393/01/10 06:34

اما در واقع این پدیده احمقانه است که بپرسیم چرا دو آزمایش مختلف در شرایط مختلف به طور متفاوت انجام می شوند. اگر آزمایش به طور تمیز تنظیم شود، باید آب گرم و سرد با همان ترکیب شیمیایی مصرف کنید - آب جوش از قبل سرد شده را از همان کتری می گیریم. در ظروف یکسان (مثلاً لیوان های دیواره نازک) بریزید. ما نه روی برف، بلکه روی همان پایه خشک و یکنواخت، به عنوان مثال، یک میز چوبی قرار می دهیم. و نه در یک میکروفریزر، بلکه در یک ترموستات به اندازه کافی حجیم - من آزمایشی را چند سال پیش در کشور انجام دادم، زمانی که هوای یخبندان پایدار در خارج وجود داشت، حدود -25 درجه سانتیگراد. آب پس از آزاد شدن گرمای تبلور در دمای معینی متبلور می شود. این فرضیه به این ادعا خلاصه می‌شود که آب گرم سریع‌تر سرد می‌شود (این درست است، طبق فیزیک کلاسیک، نرخ انتقال حرارت متناسب با اختلاف دما است)، اما حتی زمانی که دمای آن با دمای آب سرد برابری می‌کند، نرخ خنک‌سازی افزایش می‌یابد. . سوال اینجاست که آبی که در بیرون تا دمای +20 درجه سانتیگراد سرد شده است دقیقاً با همان آبی که یک ساعت قبل تا دمای +20 درجه سانتیگراد خنک شده است اما در یک اتاق چه تفاوتی دارد؟ فیزیک کلاسیک (به هر حال، نه بر اساس پچ پچ در یک اتاق سیگار، بلکه بر اساس صدها هزار و میلیون ها آزمایش) می گوید: بله، هیچ، دینامیک خنک کننده بیشتر یکسان خواهد بود (فقط آب جوش بعداً به نقطه +20 می رسد. ). و آزمایش هم همین را نشان می‌دهد: وقتی در یک لیوان آب سرد ابتدا یک پوسته جامد از یخ وجود دارد، آب گرم حتی فکر یخ زدن هم نمی‌کرد. P.S. به نظرات یوری کوزنتسوف. زمانی که شرایط وقوع آن توضیح داده می شود و به طور پایدار بازتولید می شود، می توان وجود یک اثر خاص را ثابت در نظر گرفت. و وقتی آزمایش‌های نامفهومی با شرایط ناشناخته داریم، ساختن نظریه‌هایی برای توضیح آنها زود است و این از نظر علمی چیزی به دست نمی‌دهد. P.P.S. خوب، خواندن نظرات الکسی میشنف بدون اشک احساسات غیرممکن است - یک فرد در نوعی دنیای تخیلی زندگی می کند که ربطی به فیزیک و آزمایش های واقعی ندارد.

گریگوری، 1393/01/13 10:58 ق.ظ

ایوان، متوجه شدم که شما اثر Mpemba را رد می کنید؟ همانطور که آزمایشات شما نشان می دهد وجود ندارد؟ چرا در فیزیک اینقدر معروف است و چرا بسیاری سعی در توضیح آن دارند؟

ایوان , 1393/02/14 01:51

عصر بخیر، گرگوری! اثر یک آزمایش مرحله‌ای ناخالص وجود دارد. اما، همانطور که متوجه شدید، این دلیلی برای جستجوی الگوهای جدید در فیزیک نیست، بلکه دلیلی برای بهبود مهارت آزمایشگر است. همانطور که قبلاً در نظرات اشاره کردم، در تمام تلاش های ذکر شده برای توضیح "اثر Mpemba"، محققان حتی نمی توانند به وضوح بیان کنند که دقیقاً چه چیزی و در چه شرایطی اندازه گیری می کنند. و شما می خواهید بگویید که اینها فیزیکدانان تجربی هستند؟ من را به خنده نیانداز. این اثر نه در فیزیک، بلکه در بحث های شبه علمی در انجمن ها و وبلاگ های مختلف، که اکنون دریا از آن است، شناخته شده است. به عنوان یک اثر فیزیکی واقعی (به معنای نتیجه برخی قوانین فیزیکی جدید، و نه به عنوان پیامد یک تفسیر نادرست یا فقط یک افسانه)، افرادی که از فیزیک دور هستند آن را درک می کنند. بنابراین دلیلی وجود ندارد که به عنوان یک اثر فیزیکی واحد در مورد نتایج آزمایش های مختلف که در شرایط کاملاً متفاوت تنظیم شده اند صحبت کنیم.

پاول، 1393/02/18 09:59

بچه ها ... مقاله برای "اطلاعات سرعت" ... توهین نیست ... ;) ایوان در مورد همه چیز درست می گوید ...

گریگوری، 1393/02/19 ساعت 12:50 بعد از ظهر

ایوان من موافقم که الان سایت های شبه علمی زیادی هستن که مطالب جنجالی تایید نشده منتشر میکنن. از این گذشته ، تأثیر Mpemba هنوز در حال مطالعه است. علاوه بر این، دانشمندان از دانشگاه ها در حال تحقیق هستند. به عنوان مثال، در سال 2013، این اثر توسط گروهی از دانشگاه صنعتی سنگاپور مورد مطالعه قرار گرفت. به لینک http://arxiv.org/abs/1310.6514 نگاه کنید. آنها معتقدند که توضیحی برای این اثر یافته اند. من جزئیات در مورد ماهیت کشف نمی نویسم، اما به نظر آنها، این اثر با تفاوت در انرژی های ذخیره شده در پیوندهای هیدروژنی همراه است.

موسیوا N.P. , 1393/02/19 03:04

برای همه علاقه مندان به تحقیق در مورد اثر Mpemba، من مطالب مقاله را کمی تکمیل کردم و پیوندهایی را ارائه دادم که می توانید با آخرین نتایج آشنا شوید (متن را ببینید). با تشکر از نظرات.

ایلدار , 1393/02/24 04:12 | بی معنی است که همه چیز را فهرست کنید

اگر این اثر Mpemba واقعاً رخ دهد، پس توضیح را باید در ساختار مولکولی آب جستجو کرد. آب (همانطور که از ادبیات علم عامه آموختم) نه به عنوان مولکول های H2O، بلکه به صورت خوشه هایی از چندین مولکول (حتی ده ها) وجود دارد. با افزایش دمای آب، سرعت حرکت مولکول ها افزایش می یابد، خوشه ها در برابر یکدیگر شکسته می شوند و پیوندهای ظرفیتی مولکول ها زمان برای جمع آوری خوشه های بزرگ را ندارند. تشکیل خوشه ها کمی بیشتر از کاهش سرعت مولکول ها طول می کشد. و از آنجایی که خوشه ها کوچکتر هستند، تشکیل شبکه کریستالی سریعتر است. ظاهراً در آب سرد، خوشه‌های بزرگ و نسبتاً پایدار از تشکیل شبکه جلوگیری می‌کنند؛ تخریب آنها مدتی طول می‌کشد. من خودم در تلویزیون یک اثر کنجکاو دیدم، زمانی که آب سردی که آرام در یک شیشه ایستاده بود برای چندین ساعت در سرما مایع باقی ماند. اما به محض اینکه کوزه برداشته شد، یعنی کمی از جای خود حرکت کرد، آب داخل کوزه بلافاصله متبلور شد، مات شد و کوزه ترکید. خوب، کشیشی که این تأثیر را نشان داد، آن را با این واقعیت توضیح داد که آب تقدیس شده است. به هر حال، معلوم می شود که آب بسته به دما ویسکوزیته خود را به شدت تغییر می دهد. ما به عنوان موجودات بزرگ متوجه این موضوع نمی شویم، اما در سطح سخت پوستان کوچک (میلی متر و کمتر) و حتی بیشتر از آن باکتری ها، ویسکوزیته آب عامل بسیار مهمی است. این ویسکوزیته، به نظر من، با اندازه خوشه های آب نیز مشخص می شود.

خاکستری , 03/15/2014 05:30

هر چیزی که در اطراف ما می بینیم ویژگی های سطحی است (خواص) بنابراین ما فقط آن چیزی را به عنوان انرژی می گیریم که بتوانیم وجود را به هر طریقی اندازه گیری یا اثبات کنیم، در غیر این صورت یک بن بست است. این پدیده، اثر Mpemba، تنها با یک تئوری حجمی ساده قابل توضیح است که همه مدل‌های فیزیکی را در یک ساختار واحد از تعامل متحد می‌کند. در واقع ساده است

نیکیتا, 1393/06/06 04:27 | ماشین

اما چگونه کاری کنیم که وقتی سوار ماشین می شوید آب سرد بماند و گرم نباشد!

alexey, 03.10.2014 01:09

و در اینجا یکی دیگر از "کشف"، در حال حرکت است. آب در یک بطری پلاستیکی با درپوش باز خیلی سریعتر یخ می زند. برای سرگرمی، بارها در یخبندان شدید آزمایش کردم. اثر آشکار است. سلام نظریه پردازان!

یوجین، 12/27/2014 08:40

اصل یک کولر تبخیری. دو بطری هرمتیک با آب سرد و گرم می گیریم. در سرما می گذاریم. آب سرد سریعتر یخ می زند. حالا همان بطری ها را با آب سرد و گرم برمی داریم و باز می کنیم و در سرد می گذاریم. آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اگر دو لگن با آب سرد و گرم بگیریم، آب گرم خیلی سریعتر یخ می زند. این به این دلیل است که ما تماس با جو را افزایش می دهیم. هر چه شدت تبخیر بیشتر باشد، افت دما سریعتر است. در اینجا لازم است به عامل رطوبت اشاره شود. هرچه رطوبت کمتر باشد، تبخیر قوی تر و خنک کننده قوی تر است.

خاکستری تامسک، 03/01/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - ادامه آنچه در مورد دما می دانید همه چیز نیست. یه چیز دیگه هم هست اگر یک مدل فیزیکی دما را به درستی بسازید، آنگاه کلید توصیف فرآیندهای انرژی از انتشار، ذوب و تبلور تا مقیاس هایی مانند افزایش دما با افزایش فشار، افزایش فشار با افزایش دما خواهد شد. حتی مدل فیزیکی انرژی خورشید نیز از مطالب بالا مشخص خواهد شد. من در زمستان هستم. . در اوایل بهار سال 20013، پس از بررسی مدل‌های دما، یک مدل دمای کلی را تهیه کردم. پس از چند ماه، من پارادوکس دما را به یاد آوردم و سپس متوجه شدم ... که مدل دمای من نیز پارادوکس Mpemba را توصیف می کند. این در ماه مه - ژوئن 2013 بود. یک سال تاخیر، اما این برای بهترین است. مدل فیزیکی من یک فریم فریز است و می توان آن را هم به جلو و هم به عقب پیمایش کرد و دارای مهارت های حرکتی فعالیت است، همان فعالیتی که در آن همه چیز حرکت می کند. من 8 کلاس مدرسه و 2 سال دانشگاه با تکرار موضوع دارم. 20 سال گذشت. بنابراین من نمی توانم هیچ نوع مدل فیزیکی دانشمندان مشهور و همچنین فرمول ها را نسبت دهم. خیلی متاسفم.

Andrey , 08.11.2015 08:52

به طور کلی، من یک ایده دارم که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. و در توضیحات من همه چیز بسیار ساده است اگر علاقه مند هستید، برای من یک ایمیل بنویسید: [ایمیل محافظت شده]

Andrey , 08.11.2015 08:58

متاسفم، من صندوق پستی اشتباهی دادم اینجا ایمیل صحیح است: [ایمیل محافظت شده]

ویکتور , 1394/12/23 10:37 ق.ظ

به نظر من همه چیز ساده تر است، برف با ما می بارد، گاز تبخیر شده است، خنک می شود، بنابراین شاید در یخبندان سریعتر سرد شود، زیرا تبخیر می شود و بلافاصله به دور از بالا آمدن متبلور می شود، و آب در حالت گازی سریعتر از مایع سرد می شود. )

Bekzhan , 1395/01/28 09:18

حتی اگر کسی این قوانین جهان را که مرتبط با این اثر است فاش کند، اینجا نمی نویسد، از نظر من منطقی نیست که اسرار او را برای کاربران اینترنت فاش کند زمانی که بتواند آن را در مجلات علمی معروف منتشر کند. خودش رو جلوی مردم ثابت کنه پس چیزی که در مورد این تاثیر اینجا نوشته میشه این همه اکثریت منطقی نیست.)))

الکس , 1395/02/22 12:48 ب.ظ

سلام تجربیان شما درست می گویید علم از جایی شروع می شود که... نه اندازه گیری، بلکه محاسبات. "آزمایش" - یک استدلال ابدی و ضروری برای کسانی که از تخیل و تفکر خطی محروم هستند همه را توهین کرد ، اکنون در مورد E \u003d mc2 - آیا همه به یاد دارند؟ سرعت پرواز مولکول‌ها از آب سرد به داخل اتمسفر، مقدار انرژی را که از آب می‌برند (سرد شدن - از دست دادن انرژی) تعیین می‌کند. خنک کردن جرم باقیمانده آب) همین است، اگر از "آزمایش" خارج شوید و مبانی علم را به خاطر بسپارید.

ولادیمیر , 1395/04/25 10:53 ق.ظ | متئو

در آن روزهایی که ضدیخ امری نادر بود، آب سیستم خنک‌کننده خودروها در گاراژ گرم نشده یک ناوگان خودرو پس از یک روز کاری تخلیه می‌شد تا بلوک سیلندر یا رادیاتور یخ‌زدایی نشود - گاهی اوقات هر دو با هم. صبح آب گرم ریخته شد. در یخبندان شدید موتورها بدون مشکل روشن می شدند. به نوعی به دلیل نبود آب گرم، آب از شیر آب ریخته شد. آب بلافاصله یخ زد. این آزمایش گران بود - دقیقاً به اندازه هزینه خرید و تعویض بلوک سیلندر و رادیاتور یک ماشین ZIL-131. کسی که باور نمی کند، بررسی کند. و امپمبا بستنی را آزمایش کردند. در بستنی، کریستالیزاسیون متفاوت از آب است. سعی کنید یک تکه بستنی و یک تکه یخ را با دندان گاز بگیرید. به احتمال زیاد منجمد نشد، اما در نتیجه سرد شدن ضخیم شد. و آب شیرین چه سرد و چه گرم در دمای 0*C یخ می زند. آب سرد سریع است، اما آب گرم برای خنک شدن نیاز به زمان دارد.

سرگردان , 1395/06/05 12:54 | به الکس

"c" - سرعت نور در خلاء E=mc^2 - فرمول بیان کننده هم ارزی جرم و انرژی

آلبرت، 1395/07/27 08:22

اول، قیاس با جامدات (فرایند تبخیر وجود ندارد). لوله های مسی آب که به تازگی لحیم شده اند. این فرآیند با گرم کردن مشعل گاز تا دمای ذوب لحیم انجام می شود. زمان گرم شدن یک اتصال با کوپلینگ تقریباً یک دقیقه است. من یک اتصال را با کوپلینگ لحیم کردم و بعد از چند دقیقه متوجه شدم که آن را اشتباه لحیم کرده ام. پیمایش لوله در کوپلینگ کمی طول کشید. من دوباره شروع به گرم کردن مفصل با مشعل کردم و در کمال تعجب 3-4 دقیقه طول کشید تا اتصال تا نقطه ذوب گرم شود. چطوره!؟ از این گذشته ، لوله هنوز داغ است و به نظر می رسد انرژی بسیار کمتری برای گرم کردن آن تا نقطه ذوب مورد نیاز است ، اما همه چیز برعکس شد. همه چیز در مورد هدایت حرارتی است، که برای یک لوله از قبل گرم شده بسیار بالاتر است و مرز بین لوله های گرم و سرد توانسته در دو دقیقه از محل اتصال دور شود. حالا در مورد آب ما با مفاهیم رگ گرم و نیمه گرم کار خواهیم کرد. در یک ظرف گرم، مرز دمایی باریکی بین ذرات داغ و بسیار متحرک و ذرات سرد و کم حرکت تشکیل می شود که نسبتاً سریع از محیط به مرکز حرکت می کند، زیرا در این مرز، ذرات سریع به سرعت انرژی خود را از دست می دهند (سرد). ) توسط ذرات در طرف دیگر مرز. از آنجایی که حجم ذرات سرد بیرونی بزرگتر است، ذرات سریع که انرژی حرارتی خود را از دست می دهند، نمی توانند ذرات سرد بیرونی را به میزان قابل توجهی گرم کنند. بنابراین، فرآیند خنک سازی آب گرم نسبتا سریع اتفاق می افتد. از طرف دیگر، آب نیمه گرم رسانایی حرارتی بسیار کمتری دارد و عرض مرز بین ذرات نیمه گرم و سرد بسیار گسترده تر است. جابجایی به مرکز چنین مرز وسیعی بسیار کندتر از یک رگ داغ اتفاق می افتد. در نتیجه یک ظرف داغ سریعتر از ظرف گرم سرد می شود. به نظر من لازم است با قرار دادن چندین سنسور دما از وسط تا لبه ظرف، دینامیک فرآیند خنک‌سازی آب در دماهای مختلف را دنبال کرد.

حداکثر , 1395/11/19 05:07

تأیید شده است: در یامال در یخبندان لوله ای با آب گرم یخ می زند و باید گرم شود اما سرد نیست!

Artem, 1395/09/12 01:25

سخت است، اما من فکر می کنم که آب سرد متراکم تر از آب گرم است، حتی بهتر از آب جوشیده، و سپس یک شتاب در خنک شدن وجود دارد، یعنی. آب گرم به دمای سرد می رسد و از آن سبقت می گیرد و اگر همانطور که در بالا نوشته شد آب گرم از پایین یخ می زند نه از بالا، این روند را بسیار تسریع می کند!

الکساندر سرگئیف, 21.08.2017 10:52

چنین تأثیری وجود ندارد. افسوس. در سال 2016، مقاله مفصلی در مورد این موضوع در Nature منتشر شد: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect از آن مشخص است که اگر آزمایش ها با دقت انجام شود (اگر نمونه های آب گرم و سرد باشند در همه چیز به جز دما یکسان است)، اثر مشاهده نمی شود.

هدلب 1396/08/22 05:31

ویکتور , 1396/10/27 03:52 ق.ظ

"واقعا هست." - اگر مدرسه نفهمید ظرفیت گرمایی و قانون بقای انرژی چیست. بررسی آن آسان است - برای این شما نیاز دارید: یک میل، یک سر، دست ها، آب، یک یخچال و یک ساعت زنگ دار. و پیست های اسکیت همانطور که کارشناسان می نویسند با آب سرد یخ زده (پر می شوند) و با آب گرم یخ های بریده شده را صاف می کنند. و در زمستان باید مایع ضد یخ را در مخزن واشر بریزید نه آب. آب به هر حال یخ می زند و آب سرد سریعتر یخ می زند.

ایرینا , 1397/01/23 10:58

دانشمندان در سراسر جهان از زمان ارسطو با این پارادوکس دست و پنجه نرم می کردند و ویکتور، زاولاب و سرگیف باهوش ترین آنها بودند.

دنیس , 02/01/2018 08:51

همه چیز در مقاله درست است. اما دلیل آن تا حدودی متفاوت است. در فرآیند جوش، هوای محلول در آن از آب تبخیر می شود، بنابراین با سرد شدن آب در حال جوش، در نتیجه چگالی آن از آب خام هم دما کمتر می شود. هیچ دلیل دیگری برای هدایت حرارتی متفاوت به جز چگالی متفاوت وجود ندارد.

هدلب, 1397/03/01 08:58 | سر آزمایشگاه

ایرینا :)، "دانشمندان کل جهان" با این "پارادوکس" مبارزه نمی کنند، برای دانشمندان واقعی این "پارادوکس" به سادگی وجود ندارد - این به راحتی در شرایط قابل تکرار تأیید می شود. "پارادوکس" به دلیل آزمایشات تکرار نشدنی پسر آفریقایی Mpemba ظاهر شد و توسط "دانشمندان" مشابه متورم شد :)