عوامل زیادی وجود دارد که بر یخ زدن سریعتر آب تأثیر می گذارد، گرم یا سرد، اما خود این سؤال کمی عجیب به نظر می رسد. مفهوم، و این از فیزیک شناخته شده است، این است که آب گرم برای تبدیل شدن به یخ هنوز به زمان نیاز دارد تا با دمای آب سرد مقایسه شود. آب سرد می تواند از این مرحله بگذرد و بر این اساس زمان می برد.

اما پاسخ به این سوال که کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم - در بیرون در سرما، هر ساکن در عرض های جغرافیایی شمالی می داند. در واقع از نظر علمی معلوم می شود که در هر صورت آب سردفقط باید سریعتر یخ بزند.

معلم فیزیک، که در سال 1963 توسط یک دانش آموز Erasto Mpemba به او مراجعه کرد، همین موضوع را با درخواست توضیح داد که چرا مخلوط سرد بستنی آینده نسبت به بستنی مشابه، اما داغ، زمان بیشتری برای یخ زدن دارد.

"این فیزیک جهانی نیست، بلکه نوعی فیزیک Mpemba است"

در آن زمان معلم فقط به این موضوع خندید، اما دنیس آزبورن، استاد فیزیک، که زمانی از همان مدرسه ای که اراستو در آن تحصیل می کرد بازدید کرد، به طور تجربی وجود چنین تأثیری را تأیید کرد، اگرچه در آن زمان هیچ توضیحی برای آن وجود نداشت. در سال 1969 مقاله مشترک این دو نفر در یک مجله علمی معروف منتشر شد که این اثر عجیب و غریب را شرح داد.

از آن زمان، به هر حال، این سوال که کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - نام خاص خود را دارد - اثر Mpemba یا پارادوکس.

این سوال برای مدت طولانی مطرح بوده است

طبیعتاً چنین پدیده ای قبلاً رخ داده است و در آثار دانشمندان دیگر نیز به آن اشاره شده است. نه تنها دانش آموز به این موضوع علاقه مند بود، بلکه رنه دکارت و حتی ارسطو نیز زمانی به آن فکر می کردند.

اما آنها فقط در پایان قرن بیستم به دنبال رویکردهایی برای حل این پارادوکس بودند.

شرایط برای وقوع یک پارادوکس

مانند بستنی، آسان نیست آب سادهدر طول آزمایش یخ می زند. برای شروع بحث در مورد اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم - باید شرایط خاصی وجود داشته باشد. چه چیزی بر روند این فرآیند تأثیر می گذارد؟

اکنون، در قرن بیست و یکم، گزینه های متعددی مطرح شده است که می تواند این تناقض را توضیح دهد. اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند، گرم یا سرد، ممکن است به این واقعیت بستگی داشته باشد که میزان تبخیر آن بیشتر از آب سرد است. بنابراین حجم آن کاهش می یابد و با کاهش حجم، زمان انجماد کمتر از زمانی می شود که همان حجم اولیه آب سرد را بگیریم.

مدتی است که فریزر را یخ زدایی کرده اید.

اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند و چرا این اتفاق می افتد می تواند تحت تأثیر پوشش برفی باشد که ممکن است در فریزر یخچال مورد استفاده برای آزمایش وجود داشته باشد. اگر دو ظرف را بردارید که از نظر حجم یکسان هستند، اما یکی از آنها حاوی است آب گرم، و در دیگر - سرد، ظرف با آب گرمبرف زیر را آب می کند و در نتیجه تماس را بهبود می بخشد سطح حرارتیبا دیواره یخچال ظرف با آب سردنمی تواند این کار را انجام دهد. اگر چنین پوششی با برف وجود داشته باشد اتاق تبریدنه، آب سرد باید سریعتر یخ بزند.

بالا - پایین

همچنین پدیده ای که آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - به شرح زیر توضیح داده شده است. با پیروی از قوانین خاصی، آب سرد شروع به یخ زدن می کند لایه های بالایی، وقتی گرم است برعکس عمل می کند - از پایین به بالا شروع به یخ زدن می کند. به نظر می رسد که آب سرد، داشتن یک لایه سرد در بالای آن با یخ که قبلاً در مکان هایی تشکیل شده است، بنابراین فرآیندهای همرفت و تابش حرارتی را بدتر می کند، در نتیجه توضیح می دهد که کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم. عکس‌هایی از آزمایش‌های آماتور پیوست شده‌اند و این به وضوح در اینجا قابل مشاهده است.

گرما خاموش می شود، با عجله به سمت بالا می رود و در آنجا با یک لایه بسیار خنک برخورد می کند. هیچ مسیر آزاد برای تشعشع گرما وجود ندارد، بنابراین فرآیند خنک سازی دشوار می شود. آب گرم مطلقاً چنین مانعی در مسیر خود ندارد. کدام یک سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم، چه چیزی نتیجه احتمالی را تعیین می کند.

ناخالصی های موجود در آب به عنوان یک عامل موثر بر نتیجه

اگر تقلب نکنید و از آب با همان ترکیب استفاده نکنید، جایی که غلظت برخی از مواد یکسان است، آب سرد باید سریعتر یخ بزند. اما اگر موقعیتی در هنگام منحل شدن رخ دهد عناصر شیمیاییفقط در آب گرم موجود هستند و آب سرد آنها را ندارد، پس امکان یخ زدن زودتر آب گرم وجود دارد. این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که مواد محلول در آب، مراکز تبلور ایجاد می کنند و با تعداد کمی از این مراکز، تبدیل آب به حالت جامد دشوار است. حتی ممکن است آب فوق خنک شود، به این معنا که در دمای زیر صفر در حالت مایع باشد.

اما ظاهراً همه این نسخه ها کاملاً مناسب دانشمندان نبود و آنها به کار روی این موضوع ادامه دادند. در سال 2013، تیمی از محققان در سنگاپور گفتند که یک معمای قدیمی را حل کرده اند.

گروهی از دانشمندان چینی ادعا می کنند که راز این اثر در مقدار انرژی است که بین مولکول های آب در پیوندهای آن ذخیره می شود که پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

پاسخ دانشمندان چینی

آنچه در ادامه می آید اطلاعاتی است که برای درک آن ها باید دانش شیمی داشته باشید تا بفهمید کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد. همانطور که مشخص است، از دو اتم H (هیدروژن) و یک اتم O (اکسیژن) تشکیل شده است که توسط پیوندهای کووالانسی در کنار هم نگه داشته می شوند.

اما همچنین اتم های هیدروژن یک مولکول به مولکول های مجاور، به جزء اکسیژن آنها جذب می شوند. به این پیوندها پیوند هیدروژنی می گویند.

شایان ذکر است که در عین حال، مولکول های آب اثر دافعه ای روی یکدیگر دارند. دانشمندان خاطرنشان کردند که وقتی آب گرم می شود، فاصله بین مولکول های آن افزایش می یابد و این توسط نیروهای دافعه تسهیل می شود. معلوم می شود که با اشغال همان فاصله بین مولکول ها در حالت سرد، می توان گفت که کش می شوند و منبع انرژی بیشتری دارند. این ذخیره انرژی است که زمانی آزاد می شود که مولکول های آب شروع به نزدیک شدن به یکدیگر می کنند، یعنی خنک شدن اتفاق می افتد. معلوم شد که ذخیره بیشتر انرژی در آب گرم و آزاد شدن بیشتر آن هنگام خنک شدن تا دمای زیر صفر سریعتر از آب سرد اتفاق می افتد که ذخیره کمتری از چنین انرژی دارد. بنابراین کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم؟ در خیابان و در آزمایشگاه، پارادوکس Mpemba باید رخ دهد، و آب داغ باید سریعتر به یخ تبدیل شود.

اما سوال همچنان باز است

تنها تأیید نظری این راه حل وجود دارد - همه اینها در فرمول های زیبا نوشته شده است و قابل قبول به نظر می رسد. اما زمانی که داده های تجربی که در آن آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - مورد استفاده عملی قرار گیرد و نتایج آنها ارائه شود، آنگاه می توان سؤال پارادوکس Mpemba را بسته در نظر گرفت.

یکی از دروس مورد علاقه من در مدرسه شیمی بود. یک بار یک معلم شیمی یک کار بسیار عجیب و دشوار به ما داد. او لیستی از سوالات را به ما داد که باید از نظر شیمی به آنها پاسخ می دادیم. چند روز برای این کار به ما فرصت داده شد و اجازه استفاده از کتابخانه ها و غیره را داشتیم منابع موجوداطلاعات یکی از این سوالات مربوط به نقطه انجماد آب بود. دقیقاً یادم نیست که سؤال چگونه بود، اما در مورد این بود که اگر دو سطل چوبی هم اندازه، یکی با آب گرم، دیگری سرد (با دمای مشخص شده) بردارید و آنها را در آن قرار دهید. محیطی با دمای معین، کدام یک را سریعتر یخ می زنند؟ البته، پاسخ بلافاصله خود را نشان داد - یک سطل آب سرد، اما ما فکر کردیم که خیلی ساده است. اما این برای دادن پاسخ کامل کافی نبود. با تمام فکر و تحقیقم نتوانستم به نتیجه منطقی برسم. من حتی آن روز تصمیم گرفتم از این درس صرف نظر کنم، بنابراین هرگز راه حل این معما را یاد نگرفتم.

سال ها گذشت و من افسانه های روزمره زیادی را در مورد نقطه جوش و نقطه انجماد آب یاد گرفتم و یک افسانه می گفت: "آب گرم سریعتر یخ می زند." من به وب سایت های زیادی نگاه کردم، اما اطلاعات بسیار متناقض بود. و اینها فقط نظراتی بودند که از نظر علمی بی اساس بودند. و تصمیم گرفتم آزمایش خودم را انجام دهم. چون سطل های چوبی پیدا نکردم استفاده کردم فریزر، یک اجاق گاز، مقداری آب و یک دماسنج دیجیتال. در مورد نتایج تجربیاتم کمی بعد به شما خواهم گفت. ابتدا چند استدلال جالب در مورد آب را با شما در میان می گذارم:

آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اکثر کارشناسان می گویند که آب سرد سریعتر از آب گرم یخ می زند. اما یک پدیده خنده دار (به اصطلاح اثر ممبا)، به دلایل نامعلوم، خلاف آن را ثابت می کند: آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. یکی از چندین توضیح، فرآیند تبخیر است: اگر آب بسیار گرم در یک محیط سرد قرار گیرد، آب شروع به تبخیر می کند (مقدار باقیمانده آب سریعتر یخ می زند). و طبق قوانین شیمی، این اصلاً افسانه نیست و به احتمال زیاد این چیزی است که معلم می خواست از ما بشنود.

آب جوشیده سریعتر یخ می زند آب لوله کشی. علیرغم توضیحات قبلی، برخی کارشناسان معتقدند که آب جوشوقتی تا دمای اتاق سرد شود باید سریعتر یخ بزند زیرا جوشاندن مقدار اکسیژن را کاهش می دهد.

آب سرد سریعتر از آب داغ می جوشد. اگر آب گرم سریعتر یخ می زند، شاید آب سرد زودتر بجوشد! این برخلاف عقل سلیم است و دانشمندان می گویند که این به سادگی نمی تواند باشد. آب داغ در واقع باید سریعتر از آب سرد بجوشد. اما استفاده از آب داغ برای جوشاندن باعث صرفه جویی در مصرف انرژی نمی شود. ممکن است گاز یا نور کمتری مصرف کنید، اما آبگرمکن همان مقدار انرژی مورد نیاز را برای گرم کردن آب سرد مصرف می کند. (با انرژی خورشیدیاوضاع کمی متفاوت است). در نتیجه گرم کردن آب توسط آبگرمکن، ممکن است رسوب ایجاد شود، بنابراین گرم شدن آب بیشتر طول می کشد.

اگر به آب نمک اضافه کنید، سریعتر می جوشد. نمک نقطه جوش را افزایش می دهد (و بر این اساس نقطه انجماد را کاهش می دهد - به همین دلیل است که برخی از خانم های خانه دار کمی سنگ نمک به بستنی خود اضافه می کنند). اما در این مورد ما به یک سوال دیگر علاقه مند هستیم: مدت زمان جوشیدن آب و اینکه آیا نقطه جوش در این حالت می تواند به بالای 100 درجه سانتیگراد برسد یا خیر. علیرغم آنچه در کتاب های آشپزی می گویند، دانشمندان می گویند که مقدار نمکی که به آب جوش اضافه می کنیم به اندازه ای نیست که بر زمان یا دمای جوش تأثیر بگذارد.

اما این چیزی است که من دریافت کردم:

آب سرد: من از سه لیوان 100 میلی لیتری آب تصفیه شده استفاده کردم: یک لیوان با دمای اتاق (72 درجه فارنهایت / 22 درجه سانتیگراد)، یکی با آب گرم (115 درجه فارنهایت / 46 درجه سانتیگراد) و یکی با آب جوشیده (212 درجه سانتیگراد). درجه سانتیگراد). من هر سه لیوان را در فریزر 18- درجه سانتی گراد گذاشتم. و از آنجایی که می دانستم آب بلافاصله به یخ تبدیل نمی شود، با استفاده از "شناور چوبی" درجه یخ زدگی را تعیین کردم. وقتی چوب قرار داده شده در مرکز لیوان دیگر با پایه تماس نداشت، آب را یخ زده در نظر گرفتم. هر پنج دقیقه یکبار عینک را چک می کردم. و نتایج من چیست؟ آب اولین لیوان بعد از 50 دقیقه یخ زد. آب داغ بعد از 80 دقیقه یخ زد. آب پز - بعد از 95 دقیقه. یافته های من: با توجه به شرایط موجود در فریزر و آبی که استفاده کردم، نتوانستم اثر ممبا را بازتولید کنم.

من همچنین این آزمایش را با آب جوشانده قبلی که تا دمای اتاق خنک شده بود امتحان کردم. ظرف 60 دقیقه یخ زد - هنوز بیشتر از آب سرد طول کشید تا یخ بزند.

آب جوشیده: یک لیتر آب با دمای محیط برداشتم و روی آتش گذاشتم. در 6 دقیقه جوش آمد. سپس آن را تا دمای اتاق خنک کردم و در حالی که داغ بود به آن اضافه کردم. با همین آتش آب داغ در 4 ساعت و 30 دقیقه جوشید. نتیجه گیری: همانطور که انتظار می رود، آب داغ بسیار سریعتر می جوشد.

آب جوشیده (با نمک): به ازای هر 1 لیتر آب 2 قاشق غذاخوری نمک غذا اضافه کردم. در 6 دقیقه و 33 ثانیه به جوش آمد و همانطور که دماسنج نشان داد به دمای 102 درجه سانتیگراد رسید. بدون شک نمک روی نقطه جوش تاثیر می گذارد اما نه چندان. نتیجه گیری: نمک موجود در آب تاثیر زیادی بر دما و زمان جوش ندارد. من صادقانه اعتراف می کنم که به سختی می توان آشپزخانه من را آزمایشگاه نامید و شاید نتیجه گیری های من با واقعیت در تضاد باشد. فریزر من ممکن است مواد غذایی را به طور یکنواخت منجمد نکند. عینک شیشه ای من می تواند باشد شکل نامنظم، و غیره. اما مهم نیست در آن چه اتفاقی می افتد شرایط آزمایشگاهیوقتی صحبت از یخ زدن یا جوشاندن آب در آشپزخانه می شود، مهمترین چیز عقل سلیم است.

پیوند با حقایق جالبدرباره waterall درباره آب
همانطور که در forum.ixbt.com پیشنهاد شده است، این اثر (اثر یخ زدن آب گرم سریعتر از آب سرد) "اثر ارسطو-مپمبا" نامیده می شود.

آن ها آب جوشیده (سرد) سریعتر از "خام" منجمد می شود

آب یکی از شگفت انگیزترین مایعات جهان است که خواص غیرعادی دارد. به عنوان مثال، یخ یک حالت جامد از مایع، است وزن مخصوصپایین تر از خود آب که خیلی کار کرد وقوع احتمالیو توسعه حیات روی زمین علاوه بر این، در دنیای شبه علمی و علمی بحث هایی در مورد اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند وجود دارد - گرم یا سرد. هر کسی که بتواند ثابت کند که مایع داغ تحت شرایط خاص سریعتر یخ می زند و راه حل خود را به طور علمی ثابت کند، یک جایزه 1000 پوندی از طرف انجمن سلطنتی شیمیدانان بریتانیا دریافت خواهد کرد.

زمینه

این واقعیت که تحت تعدادی از شرایط، آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند، در قرون وسطی مورد توجه قرار گرفت. فرانسیس بیکن و رنه دکارت برای توضیح این پدیده تلاش زیادی کردند. با این حال، از نقطه نظر مهندسی گرما کلاسیک، این تناقض قابل توضیح نیست و آنها سعی کردند با شرمندگی در مورد آن سکوت کنند. انگیزه ادامه بحث، داستان کمی کنجکاو بود که در سال 1963 برای دانش آموز تانزانیایی Erasto Mpemba اتفاق افتاد. یک روز، در خلال درس درست کردن دسر در یک مدرسه سرآشپز، پسر که حواسش به چیزهای دیگر پرت شده بود، وقت نداشت مخلوط بستنی را به موقع خنک کند و محلول داغ شکر را در شیر در فریزر قرار دهد. در کمال تعجب، محصول تا حدودی سریعتر از هم‌تمرین‌کنندگانش که مشاهده کردند، خنک شد رژیم دماساخت بستنی

در تلاش برای درک ماهیت این پدیده، پسر به یک معلم فیزیک مراجعه کرد، که بدون پرداختن به جزئیات، آزمایش های آشپزی خود را به سخره گرفت. با این حال، اراستو با سرسختی حسادت‌انگیز متمایز شد و آزمایشات خود را نه روی شیر، بلکه روی آب ادامه داد. او متقاعد شد که در برخی موارد آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند.

پس از ورود به دانشگاه دارالسلام، اراستو امپمبه در سخنرانی پروفسور دنیس جی. آزبورن شرکت کرد. پس از اتمام آن، دانش آموز دانشمند را با مشکلی در مورد میزان انجماد آب بسته به دمای آن متحیر کرد. D.G. آزبورن طرح این سوال را به سخره گرفت و با تعجب اعلام کرد که هر دانش آموز فقیری می داند که آب سرد سریعتر یخ می زند. با این حال، سرسختی طبیعی مرد جوان خود را احساس کرد. او با پروفسور شرط بندی کرد و پیشنهاد کرد که یک آزمایش آزمایشی را در اینجا در آزمایشگاه انجام دهد. اراستو دو ظرف آب در فریزر قرار داد، یکی در دمای 95 درجه فارنهایت (35 درجه سانتیگراد) و دیگری در 212 درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد). تعجب استاد و هواداران اطراف را تصور کنید که آب در ظرف دوم سریعتر یخ زد. از آن زمان، این پدیده "پارادوکس Mpemba" نامیده می شود.

با این حال، تا به امروز هیچ فرضیه نظری منسجمی برای توضیح "پارادوکس Mpemba" وجود ندارد. معلوم نیست کدوم عوامل خارجی، ترکیب شیمیایی آب، وجود گازهای محلول در آن و مواد معدنیبر سرعت انجماد مایعات در دماهای مختلف تأثیر می گذارد. تناقض "اثر Mpemba" این است که با یکی از قوانین کشف شده توسط نیوتن، که بیان می کند زمان خنک شدن آب نسبت مستقیمی با اختلاف دمای بین مایع و محیط دارد، در تضاد است. و اگر تمام مایعات دیگر به طور کامل از این قانون پیروی کنند، آب در برخی موارد استثنا است.

چرا آب گرم سریعتر یخ می زند؟تی

چندین نسخه وجود دارد که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد منجمد می شود. اصلی ترین آنها عبارتند از:

• آب گرم سریعتر تبخیر می شود، در حالی که حجم آن کاهش می یابد، و حجم کمتری از مایع سریعتر سرد می شود - هنگام خنک کردن آب از + 100 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد، تلفات حجمی فشار جورسیدن به 15٪؛
• شدت تبادل حرارت بین مایع و محیطهرچه بیشتر باشد ، اختلاف دما بیشتر است ، بنابراین اتلاف حرارت آب جوش سریعتر می گذرد.
• هنگامی که آب داغ سرد می شود، پوسته ای از یخ روی سطح آن تشکیل می شود و از یخ زدن و تبخیر کامل مایع جلوگیری می کند.
• در دمای بالای آب، اختلاط همرفتی رخ می دهد و زمان انجماد را کاهش می دهد.
• گازهای حل شده در آب نقطه انجماد را کاهش می دهند و انرژی برای تشکیل کریستال را از بین می برند - هیچ گاز محلول در آب گرم وجود ندارد.

همه این شرایط بارها و بارها به صورت تجربی آزمایش شده اند. به طور خاص، دانشمند آلمانی دیوید اورباخ کشف کرد که دمای تبلور آب گرم کمی بالاتر از دمای آب سرد است که باعث می شود آب سرد سریعتر یخ بزند. با این حال، بعداً آزمایش‌های او مورد انتقاد قرار گرفت و بسیاری از دانشمندان متقاعد شدند که "اثر Mpemba" که تعیین می‌کند کدام آب سریع‌تر یخ می‌زند - گرم یا سرد، فقط تحت شرایط خاصی قابل بازتولید است که تا به حال هیچ‌کس به دنبال آن نبوده و مشخص نکرده است.

21.11.2017 11.10.2018 الکساندر فیرتسف

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

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

پس چرا آب گرم در مسیر یخ زدن آب سرد را شکست می دهد؟ بیایید سعی کنیم آن را بفهمیم.

تاریخچه مشاهدات و تحقیقات

مردم از زمان های قدیم این اثر متناقض را مشاهده کرده اند، اما هیچ کس اهمیت زیادی به آن نداده است. بنابراین، ارسطو، و همچنین رنه دکارت و فرانسیس بیکن، در یادداشت های خود به ناهماهنگی در میزان انجماد آب سرد و گرم اشاره کردند. یک پدیده غیر معمول اغلب در زندگی روزمره ظاهر می شود.

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 منجمد می شود. مرد جوان به امید اینکه توضیحی در مورد دلایل اثر غیرمعمول پیدا کند، 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.

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

از آن زمان این پدیده نامیده می شود 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 رقابتی از فرضیه‌ها را در توضیح اثر Mpemba اعلام کرد. دانشمندان از سراسر جهان در این مسابقه شرکت کردند که در مجموع 22000 نفر ثبت نام کردند آثار علمی. با وجود چنین تعداد قابل توجهی از مقالات، هیچ یک از آنها به پارادوکس Mpemba شفافیت ندادند.

رایج ترین نسخه بر اساس آن بود که 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 تأثیر آن تأیید شد.

دانشمندان دیگر معتقد بودند که علت 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 مقدار بیشتری جذب می شود. تراکم بالااز سرد همانطور که مشخص است، افزایش چگالی منجر به تغییر می شود مشخصات فیزیکیآب (افزایش رسانایی حرارتی) و در نتیجه افزایش سرعت خنک کننده.

علاوه بر این، تعدادی فرضیه ارائه شده است که نرخ گردش آب را بسته به دما توصیف می کند. بسیاری از مطالعات تلاش کرده اند تا رابطه بین مواد ظروفی را که مایع در آن قرار دارد، ایجاد کنند. بسیاری از نظریه ها بسیار قابل قبول به نظر می رسیدند، اما به دلیل کمبود داده های اولیه، تناقضات در آزمایشات دیگر، یا به دلیل اینکه عوامل شناسایی شده به سادگی با سرعت سرد 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 تحقیقات 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.

روش‌های مدل‌سازی کامپیوتری نتایج زیر را نشان دادند: هر چه دمای آب بیشتر باشد، به دلیل افزایش نیروهای دافعه، فاصله بین مولکول‌ها بیشتر می‌شود. 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 یک ماده از حالت تعادل (گرمایش قوی قبل از سرد شدن قوی) نقش عمده ای در شکل گیری اثر دارد. آنها شرایطی را تعیین کردند که در آن احتمال وقوع اثر حداکثر است. علاوه بر این، دانشمندان اسپانیایی وجود اثر معکوس Mpemba را تأیید کردند. آنها دریافتند که وقتی گرم می شود، نمونه سردتر می تواند به آن برسد درجه حرارت بالاسریعتر از گرم

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 فکر کرده اید که چرا؟ زمان زمستانآیا پیست اسکیت با آب گرم پر شده است نه سرد؟ 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 شده باشد یخ می زند. به همین دلیل، آب گرم در شهرهای یخی زمستانی به داخل سرسره ها ریخته می شود.

بنابراین، آگاهی از وجود پدیده به مردم اجازه می دهد تا در زمان آماده سازی سایت ها برای آن صرفه جویی کنند گونه های زمستانیورزش ها.

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

این درست است، اگرچه باورنکردنی به نظر می رسد، زیرا در طول فرآیند انجماد، آب از قبل گرم شده باید از دمای آب سرد عبور کند. در همین حال، این اثر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال، پیست های اسکیت و سرسره ها با آب گرم به جای سرد پر می شوند. کارشناسان به رانندگان توصیه می کنند در زمستان آب سرد و نه گرم را در مخزن ماشین لباسشویی بریزند. این پارادوکس در 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 مطالعه 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 شده باشد، سریعتر یخ می زند و این فرضیه را مطرح کرد که آب داغ سریعتر از آب سرد منجمد می شود. 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 مپمبا با همان سوال به سمت او برگشت. پروفسور کمتر بدبین بود، گفت که نمی تواند چیزی را که هرگز ندیده است قضاوت کند و پس از بازگشت به خانه از کارکنانش خواست تا 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 انگلیسی صحبت کرد. 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 در همان دما سریعتر یخ می زند. در ظروف بدون هوا، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• در دسترس بودن پوشش برفی ظرفی با آب داغ برف زیر را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با سطح خنک کننده را بهبود می بخشد. آب سرد برف زیر را آب نمی کند. اگر آستر برفی وجود نداشته باشد، ظرف آب سرد باید سریعتر یخ بزند.
• 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 اختلاط مکانیکی اضافی آب در ظروف، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• وجود مراکز تبلور در آب سرد - مواد محلول در آن. با تعداد کمی از چنین مراکزی در آب سرد، تبدیل آب به یخ دشوار است و حتی ممکن است فوق خنک شود، زمانی که در حالت مایع با دمای زیر صفر باقی بماند.

اخیرا توضیح دیگری منتشر شده است. دکتر جاناتان کاتز از دانشگاه واشنگتن این پدیده را مطالعه کرد و به این نتیجه رسید که مواد محلول در آب که هنگام گرم شدن رسوب می کنند، نقش مهمی در آن دارند.
تحت منحل شده است مواد Dr.کاتز به بی کربنات های کلسیم و منیزیم اشاره دارد که در آب سخت یافت می شود. وقتی آب گرم می شود، این مواد رسوب می کنند و 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. به همین دلیل نقطه انجماد آب کاهش می یابد.

این توضیح به نظر من قانع کننده نیست، زیرا ... ما نباید فراموش کنیم که این اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد و نه با آب سخت. به احتمال زیاد، علل این پدیده ترموفیزیکی است، نه شیمیایی.

تاکنون هیچ توضیح روشنی برای پارادوکس Mpemba به دست نیامده است. باید گفت 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 شناخت و محبوبیت پیدا کرد.

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 برای حل معمای علمی "اثر Mpemba" با صندوق جایزه 1000 پوندی اعلام کرد. آخرین مهلت در 30 جولای 2012 تعیین شد. برنده نیکولا برگوویچ 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 اصل پدیده ها را درک نمی کنند: گرما و سرما! گرما و سرما یک احساس فیزیکی است که باعث برهمکنش ذرات ماده می شود، به شکل فشردگی متقابل امواج مغناطیسی که از فضا و از مرکز زمین حرکت می کنند. بنابراین، هر چه اختلاف پتانسیل، این ولتاژ مغناطیسی بیشتر باشد، تبادل انرژی با روش نفوذ متقابل یک موج به موج دیگر سریعتر رخ می دهد. یعنی به روش دیفیوژن! در پاسخ به مقاله من، یکی از مخالفان می نویسد: 1) ".. آب گرم سریعتر تبخیر می شود، در نتیجه آن کمتر می شود، بنابراین سریعتر یخ می زند" سوال! چه انرژی باعث می شود آب سریعتر تبخیر شود؟ 2) مقاله من در مورد یک لیوان است و نه در مورد یک تغار چوبی که طرف مقابل آن را به عنوان استدلال متقابل ذکر می کند. که درست نیست! من به این سوال پاسخ می دهم: "چرا آب در طبیعت تبخیر 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 در حال گسترش هستند! در صورت غلبه بر امواج فشردگی مغناطیسی، این بخارات آب فشرده (متراکم) شده و تحت تأثیر این نیروهای فشرده سازی 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 کشش الکترومغناطیسی امواج مغناطیسی با انرژی فشرده سازی و انبساط است. در حالت تعادل این انرژی ها، دمای بدن یا ماده در حالت پایدار است. هنگامی که حالت تعادل این انرژی ها به هم می خورد، به سمت انرژی انبساط، جسم یا ماده در حجم فضا افزایش می یابد. اگر انرژی امواج مغناطیسی در جهت فشردگی بیشتر شود، جسم یا ماده در حجم فضا کاهش می یابد. درجه ولتاژ الکترومغناطیسی با درجه انبساط یا فشرده سازی بدنه 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 منحصر به فرد است. من هرگز در مورد "انبساط الکترومغناطیسی یک جسم مرجع" نشنیده ام.

یوری کوزنتسوف، 04.12.2012 12:32

فرضیه ای پیشنهاد شده است که این به دلیل رزونانس بین مولکولی و جاذبه متحرک بین مولکول هایی است که ایجاد می کند. در آب سرد، مولکول‌ها به‌طور بی‌نظمی حرکت می‌کنند و ارتعاش می‌کنند فرکانس های مختلف. هنگامی که آب گرم می شود، با افزایش فرکانس ارتعاشات، دامنه آنها باریک می شود (تفاوت فرکانس ها از آب داغ مایع تا نقطه تبخیر کاهش می یابد)، فرکانس های ارتعاشی مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، در نتیجه تشدید می شود. بین مولکول ها رخ می دهد. در طول خنک شدن، این رزونانس تا حدی حفظ می شود و 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. به همین ترتیب، در آب یخ زده، مولکول‌های خنک‌شده خارجی سعی می‌کنند دامنه و فرکانس ارتعاشات را از دست بدهند، اما مولکول‌های «گرم» درون ظرف، ارتعاشات را به عقب می‌کشند و به‌عنوان ارتعاش‌کننده عمل می‌کنند، و مولکول‌های خارجی به‌عنوان تشدیدکننده. جاذبه ی پوندرو حرکتی* بین ارتعاش کننده ها و تشدید کننده ها به وجود می آید. 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 مرتبط بستگی دارد: حجم آب یخ زده، ماهیت گرمایش، شرایط انجماد، دما، همرفت، شرایط تبادل حرارت، اشباع گاز، ارتعاش واحد تبرید. ، تهویه ، ناخالصی ها ، تبخیر و ... احتمالاً حتی از نور ... بنابراین ، اثر توضیحات زیادی دارد و گاهی اوقات بازتولید آن دشوار است. به همان دلیل "رزونانس"، آب جوشیده سریعتر از آب جوشانده می جوشد - رزونانس شدت ارتعاشات مولکول های آب را برای مدتی پس از جوش حفظ می کند (از دست دادن انرژی در هنگام خنک شدن عمدتاً به دلیل از دست دادن انرژی جنبشی حرکت خطی است. از مولکول ها). با گرمایش شدید، مولکول های ویبراتور در مقایسه با انجماد با مولکول های تشدید کننده تغییر نقش می دهند - فرکانس ویبراتورها از فرکانس تشدید کننده ها کمتر است، به این معنی که بین مولکول ها نه جاذبه، بلکه دافعه رخ می دهد که انتقال به مولکول دیگر را تسریع می کند. حالت تجمع(جفت).

Vlad, 12/11/2012 03:42

مغزمو شکست...

Anton, 02/04/2013 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 این را بررسی کنید

قدرت, 1392/03/11 10:12 | متاک

در آب سرد از قبل اتم های نیتروژن وجود دارد و فاصله 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 خنک شدن سریع سخت می شود!

ولادیمیر، 1392/03/13 06:50

یا شاید این باشد: چگالی آب گرم و یخ کمتر از چگالی آب سرد است و در نتیجه آب نیازی به تغییر چگالی ندارد و مدتی از دست می دهد و یخ می زند.

الکسی میشنف، 2013/03/21 11:50

قبل از صحبت در مورد رزونانس ها، جاذبه ها و ارتعاشات ذرات، باید به این سوال پی ببریم که چه نیروهایی باعث ارتعاش ذرات می شوند؟ از آنجایی 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 می کنید تا یکی از این سیم ها شروع به ارتعاش کند! وقتی صحبت از جاذبه می شود، اول از همه باید نیرویی که باعث جذب این اجسام می شود را مشخص کنید! من ادعا 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 به ازای هر سانتی متر مربع، بلکه به ازای هر ذره ابتدایی، از آنجایی که فشار اتمسفر نمی تواند با مقدار نیرو اشتباه گرفته شود!

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 شوند." دمای آب "گرم" چقدر است؟ دمای آب "سرد" چقدر است؟ مقاله یک کلمه در این مورد 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 خطاب کنید، باید حداقل کمی به یادگیری فکر کنید. و نه فقط اندازه گیری.

دیمیتری، 1392/12/24 10:57

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 می شود. مقاله کاملا غیر علمی است. هم نویسنده و هم مفسران در جست‌وجوی توضیحی برای این پدیده با یکدیگر رقابت می‌کنند، بدون اینکه به خود زحمت پیدا کنند که آیا اصلاً این پدیده مشاهده می‌شود و در صورت مشاهده، تحت چه شرایطی. علاوه بر این، حتی توافقی در مورد آنچه ما واقعاً مشاهده می کنیم وجود ندارد! بنابراین، نویسنده بر لزوم توضیح اثر انجماد سریع بستنی داغ پافشاری می کند، اگرچه از کل متن (و عبارت "اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد") چنین بر می آید که خود او چنین کاری انجام نداده است. آزمایش. از گزینه های "توضیح" پدیده ذکر شده در مقاله، واضح است که آنها آزمایش های کاملاً متفاوتی را توصیف می کنند که در شرایط مختلفبا محلول های آبی مختلف هم اصل توضیحات و هم حالت فرعیآنها پیشنهاد می کنند که حتی آزمایش اولیه ایده های بیان شده انجام نشده است. شخصی به طور تصادفی یک داستان خنده دار شنید و به طور اتفاقی نتیجه گمانه زنی خود را بیان کرد. متاسفم، اما فیزیکی نیست. تحقیق علمی، و گفتگو در اتاق سیگار است.

ایوان, 1393/01/10 06:10

با توجه به نظرات مقاله در مورد پرکردن غلتک با آب گرم و مخازن شیشه شوی با آب سرد. اینجا همه چیز از نظر فیزیک ابتدایی ساده است. پیست اسکیت دقیقاً به این دلیل که کندتر یخ می زند با آب داغ پر می شود. پیست اسکیت باید صاف و هموار باشد. سعی کنید آن را با آب سرد پر کنید - دچار برآمدگی و "ورم" خواهید شد، زیرا ... آب به سرعت یخ می زند بدون اینکه فرصتی برای پخش شدن در یک لایه یکنواخت داشته باشد. و داغ زمان خواهد داشت که در یک لایه یکنواخت پخش شود و یخ و غده های برفی موجود را ذوب کند. همچنین با واشر دشوار نیست: بریزید آب تمیزهیچ نقطه ای در یخبندان وجود ندارد - روی شیشه یخ می زند (حتی گرم). و مایع ضد یخ داغ می تواند منجر به ترک خوردن شیشه سرد شود، به علاوه شیشه خواهد داشت درجه حرارت بالایخ زدن به دلیل تبخیر سریع الکل ها در راه رسیدن به شیشه (آیا همه با اصل عملکرد مهتابی هنوز آشنا هستند؟ - الکل تبخیر می شود، آب باقی می ماند).

ایوان, 1393/01/10 06:34

اما در اصل این پدیده احمقانه است که بپرسیم چرا دو آزمایش مختلف در شرایط مختلف به طور متفاوتی پیش می روند. اگر آزمایش صرفاً انجام شود، باید از همان آب سرد و گرم استفاده کنید ترکیب شیمیایی- از همان کتری آب جوش از قبل سرد شده بردارید. در ظروف یکسان (مثلاً لیوان های دیواره نازک) بریزید. ما آن را روی برف قرار نمی دهیم، بلکه روی یک پایه به همان اندازه صاف و خشک، به عنوان مثال، میز چوبی. و نه در یک میکرو فریزر، بلکه در یک ترموستات نسبتاً حجیم - من آزمایشی را چند سال پیش در ویلا انجام دادم، زمانی که هوای بیرون پایدار و یخبندان بود، حدود -25 درجه سانتیگراد. آب پس از آزاد شدن گرمای تبلور در دمای معینی متبلور می شود. این فرضیه به این نتیجه می رسد که آب گرم سریعتر سرد می شود (این درست است، مطابق با فیزیک کلاسیک، سرعت انتقال حرارت متناسب با اختلاف دما است)، اما حتی زمانی که دمای آن برابر با دمای آب سرد 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 اتاق سیگار، بلکه بر اساس صدها هزار و میلیون ها آزمایش) می گوید: هیچ چیز، پویایی بیشتر خنک کننده یکسان خواهد بود (فقط آب جوش به نقطه +20 می رسد. بعد). و آزمایش همین را نشان می‌دهد: وقتی یک لیوان آب سرد در ابتدا دارای پوسته قوی یخ بود، آب داغ حتی به یخ زدن فکر نمی‌کرد. P.S. به نظرات یوری کوزنتسوف. زمانی که شرایط وقوع آن توضیح داده می شود و به طور مداوم بازتولید می شود، می توان وجود یک اثر خاص را ثابت در نظر گرفت. و وقتی آزمایش‌های ناشناخته‌ای با شرایط ناشناخته داریم، ساختن نظریه‌هایی برای توضیح آنها زود است و این چیزی نمی‌دهد. نکته علمیچشم انداز. P.P.S. خوب ، خواندن نظرات الکسی میشنف بدون اشک محبت غیرممکن است - شخصی در نوعی دنیای تخیلی زندگی می کند که ربطی به فیزیک و آزمایشات واقعی ندارد.

گریگوری، 1393/01/13 10:58

ایوان، فهمیدم که داری اثر Mpemba را رد می کنی؟ همانطور که آزمایشات شما نشان می دهد وجود ندارد؟ چرا در فیزیک اینقدر معروف است و چرا بسیاری در تلاش برای توضیح آن هستند؟

ایوان, 1393/02/14 01:51

عصر بخیر، گرگوری! اثر آزمایش ناخالص وجود دارد. اما، همانطور که متوجه شدید، این دلیلی برای جستجوی قوانین جدید در فیزیک نیست، بلکه دلیلی برای بهبود مهارت یک 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 مشخص کنند که دقیقاً چه چیزی و تحت چه شرایطی اندازه گیری می کنند. و شما می خواهید بگویید که اینها فیزیکدانان تجربی هستند؟ مرا نخندان. این اثر نه در فیزیک، بلکه در بحث‌های شبه علمی در انجمن‌ها و وبلاگ‌های مختلف، که اکنون دریایی از آن‌ها وجود دارد، شناخته شده است. این به عنوان یک اثر فیزیکی واقعی (به معنای پیامد برخی قوانین فیزیکی جدید، و نه به عنوان نتیجه یک تفسیر نادرست یا فقط یک افسانه) توسط افراد دور از فیزیک درک می شود. بنابراین دلیلی وجود ندارد که از نتایج آزمایش های مختلف انجام شده در شرایط کاملاً متفاوت به عنوان یک اثر فیزیکی واحد 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 12:50

ایوان، موافقم که الان سایت های شبه علمی زیادی وجود دارند که مطالب هیجان انگیز تایید نشده را منتشر می کنند. از این گذشته، اثر 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 هر کسی که علاقه مند به تحقیق در مورد اثر Mpemba است، من مطالب موجود در مقاله را کمی تکمیل کرده ام و پیوندهایی ارائه کرده ام که می توانید با آخرین نتایج آشنا شوید (متن را ببینید). با تشکر از نظرات شما.

ایلدار, 1393/02/24 04:12 | فهرست کردن همه چیز فایده ای ندارد

اگر این اثر Mpemba واقعاً اتفاق بیفتد، به نظر من باید توضیح را در ساختار مولکولی آب جستجو کرد. آب (همانطور که از ادبیات علم عامه آموختم) نه به عنوان مولکول های منفرد 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 ندارند. تشکیل خوشه ها کمی بیشتر از کاهش سرعت حرکت مولکولی طول می کشد. و از آنجایی که خوشه ها کوچکتر هستند، تشکیل شبکه کریستالیسریعتر اتفاق می افتد در آب سرد، ظاهراً خوشه‌های بزرگ و نسبتاً پایدار مانع از تشکیل شبکه می‌شوند. من خودم در تلویزیون یک اثر کنجکاو دیدم که آب سرد 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. خب، کشیشی که این اثر را نشان داد، آن را با این واقعیت که آب برکت داشت توضیح داد. به هر حال، معلوم می شود که آب بسته به دما ویسکوزیته خود را به شدت تغییر می دهد. این برای ما به عنوان موجودات بزرگ نامحسوس است، اما در سطح سخت پوستان کوچک (میلی متر یا کوچکتر) و حتی بیشتر از آن باکتری ها، ویسکوزیته آب یک عامل بسیار مهم است. این ویسکوزیته، به نظر من، با اندازه خوشه های آب نیز تعیین می شود.

خاکستری، 1393/03/15 05:30

هر چیزی که در اطرافمان می‌بینیم، ویژگی‌های (خواص) سطحی است، بنابراین فقط آنچه را که بتوانیم وجودش را اندازه‌گیری یا اثبات کنیم، به عنوان انرژی می‌پذیریم، در غیر این صورت بن‌بست است. این پدیده، اثر Mpemba، تنها با یک نظریه حجمی ساده قابل توضیح است که همه مدل‌های فیزیکی را در یک ساختار برهمکنش واحد متحد می‌کند. در واقع ساده است

نیکیتا, 1393/06/06 04:27 | ماشین

اما چگونه می توانید مطمئن شوید که هنگام رانندگی در ماشین، آب سرد می ماند نه گرم؟

الکسی، 03.10.2014 01:09

در اینجا یک "کشف" دیگر در راه است. آب در بطری پلاستیکیبا باز کردن درپوش خیلی سریعتر یخ می زند. برای تفریح، آزمایش را بارها در یخبندان شدید انجام دادم. اثر آشکار است. سلام نظریه پردازان!

Evgeniy, 12/27/2014 08:40

اصل یک کولر تبخیری. دو بطری در بسته 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 در حال افزایش تماس با جو هستیم. هر چه شدت تبخیر بیشتر باشد، دما سریعتر کاهش می یابد. در اینجا باید به ضریب رطوبت اشاره کرد. هر چه رطوبت کمتر باشد، تبخیر قوی تر و خنک کننده قوی تر است.

خاکستری تامسک، 03/01/2015 10:55

خاکستری، 03/15/2014 05:30 - ادامه آنچه در مورد دما می دانید همه چیز نیست. یه چیز دیگه اونجا هست اگر یک مدل فیزیکی دما را درست بسازید، 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، با نگاهی به مدل‌های دما، یک مدل دمای کلی را گردآوری کردم. چند ماه بعد من پارادوکس دما را به یاد آوردم و بعد متوجه شدم ... که مدل دمای من نیز پارادوکس Mpemba را توصیف می کند. این در ماه مه - ژوئن 2013 بود. من یک سال تاخیر دارم، اما این برای بهترین است. مدل فیزیکی من یک فریم فریز است و می توان آن را هم به جلو و هم به عقب برگرداند و شامل فعالیت حرکتی است، همان فعالیتی که در آن همه چیز حرکت می کند. من 8 سال مدرسه و 2 سال دانشگاه با تکرار موضوع دارم. 20 سال گذشت. بنابراین من نمی توانم هیچ نوع مدل فیزیکی را به دانشمندان مشهور نسبت دهم و همچنین نمی توانم فرمول هایی را نسبت دهم. خیلی متاسفم.

Andrey, 08.11.2015 08:52

به طور کلی، من فکر می کنم که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. و در توضیحات من همه چیز بسیار ساده است، اگر علاقه دارید، از طریق ایمیل برای من بنویسید: [ایمیل محافظت شده]

Andrey, 08.11.2015 08:58

متاسفم، آدرس ایمیل اشتباهی دادم، این ایمیل صحیح است: [ایمیل محافظت شده]

ویکتور، 1394/12/23 10:37

به نظر من همه چیز ساده تر است، اینجا برف می بارد، گاز تبخیر شده است، خنک می شود، بنابراین شاید در هوای سرد، گرما سریعتر سرد می شود زیرا تبخیر می شود و بلافاصله بدون اینکه زیاد بلند شود متبلور می شود و آب در حالت گازی سریعتر خنک می شود. نسبت به حالت مایع)

Bekzhan, 1395/01/28 09:18

حتی اگر کسی این قوانین جهان را که با این اثرات همراه است فاش می کرد، از نظر من منطقی نبود که اسرار آن را برای کاربران اینترنتی فاش کند، زمانی که بتواند آن را در علمی معروف منتشر کند. مجلات و شخصاً آن را در برابر مردم ثابت کند، بنابراین، آنچه در اینجا در مورد این اثر نوشته خواهد شد، بیشتر منطقی نیست.)))

الکس، 1395/02/22 12:48

سلام تجربیان حق با شماست وقتی می گویید علم از جایی شروع می شود که... نه اندازه گیری، بلکه محاسبات. "آزمایش" یک استدلال ابدی و ضروری برای کسانی است که از تخیل و تفکر خطی محروم هستند، اکنون در مورد E = mc2 - آیا همه به یاد دارند؟ سرعت پرواز مولکول‌ها از آب سرد به داخل اتمسفر، مقدار انرژی را که از آب می‌برند، تعیین می‌کند (سرد شدن به معنای از دست دادن انرژی است، سرعت مولکول‌ها از آب گرم بسیار بیشتر است و انرژی منتقل شده به صورت مربع است). سرعت سرد شدن جرم باقی مانده آب) این همه چیز است، اگر از "آزمایش" دور شوید و اصول اولیه علم را به خاطر بسپارید.

ولادیمیر 1395/04/25 10:53 | متئو

در آن روزهایی که ضدیخ نادر بود، آب سیستم خنک‌کننده خودروها در یک گاراژ گرم نشده 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 می شد. آب بلافاصله یخ زد. این آزمایش گران بود - دقیقاً به اندازه هزینه خرید و تعویض بلوک سیلندر و رادیاتور یک ماشین ZIL-131. هر کی باور نمیکنه بذار چک کنه و امپمبا بستنی را آزمایش کردند. در بستنی، کریستالیزاسیون متفاوت از آب اتفاق می افتد. 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 تازه چه سرد و چه گرم در دمای 0*C یخ می زند. آب سرد سریع است، اما آب گرم زمان می برد تا خنک شود.

سرگردان 1395/05/06 12:54 | به الکس

"c" - سرعت نور در خلاء E=mc^2 - فرمولی که معادل جرم و انرژی را بیان می کند.

آلبرت، 1395/07/27 08:22

ابتدا قیاس با مواد جامد(فرایند تبخیر وجود ندارد). من اخیراً مس را لحیم کردم لوله های آب. این فرآیند با گرم کردن اتفاق می افتد مشعل گازبه دمای ذوب لحیم کاری. زمان گرم شدن یک اتصال با کوپلینگ تقریباً یک دقیقه است. یک اتصال را به کوپلینگ لحیم کردم و بعد از چند دقیقه متوجه شدم که آن را اشتباه لحیم کرده ام. لازم بود لوله را کمی در کوپلینگ بچرخانید. دوباره شروع به گرم کردن محل اتصال با مشعل کردم و در کمال تعجب 3-4 دقیقه طول کشید تا اتصال تا دمای ذوب گرم شود. چطوره!؟ از این گذشته ، لوله هنوز داغ است و به نظر می رسد انرژی بسیار کمتری برای گرم کردن آن تا دمای ذوب مورد نیاز است ، اما همه چیز برعکس شد. همه چیز در مورد هدایت حرارتی است، که در لوله هایی که از قبل گرم شده است به طور قابل توجهی بالاتر است و مرز بین لوله گرم و سرد توانسته است در عرض دو دقیقه از محل اتصال دور شود. حالا در مورد آب ما با مفاهیم یک کشتی گرم و نیمه گرم کار خواهیم کرد. در یک ظرف گرم، مرز دمایی باریکی بین ذرات داغ و بسیار متحرک و ذرات سرد و با حرکت آهسته تشکیل می‌شود که نسبتاً سریع از محیط به مرکز حرکت می‌کند، زیرا در این مرز، ذرات سریع به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند (سرد می‌شوند). توسط ذرات در طرف دیگر مرز. از آنجایی که حجم ذرات سرد خارجی بزرگتر است، ذرات سریع که انرژی حرارتی خود را از دست می دهند، نمی توانند ذرات سرد خارجی را به میزان قابل توجهی گرم کنند. بنابراین، فرآیند خنک سازی آب گرم نسبتا سریع اتفاق می افتد. 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 ظرف داغ سریعتر از ظرف گرم سرد می شود. من فکر می کنم ما باید با قرار دادن چندین سنسور دما از وسط تا لبه ظرف، پویایی فرآیند خنک سازی آب در دماهای مختلف را دنبال کنیم.

حداکثر, 1395/11/19 05:07

تأیید شده است: در یامال وقتی هوا سرد است، لوله با آب گرم یخ می‌زند و باید آن را گرم کنید، 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 در اینجا تسریع در خنک شدن و غیره وجود دارد. 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 می شود که با آزمایش های دقیق (اگر نمونه های آب گرم و سرد در همه چیز یکسان باشد. به جز دما) اثر مشاهده نمی شود.

زاولاب 1396/08/22 05:31

ویکتور , 1396/10/27 03:52

"واقعا هست." - اگر در مدرسه نفهمیدید ظرفیت گرمایی و قانون بقای انرژی چیست. بررسی آن آسان است - برای این کار شما نیاز دارید: میل، سر، دست ها، آب، یخچال و ساعت زنگ دار. و زمین های اسکیت همانطور که کارشناسان می نویسند با آب سرد منجمد (پر) می شوند و یخ های بریده شده با آب گرم صاف می شوند. و در زمستان باید مایع ضد یخ را در مخزن ماشین لباسشویی بریزید، نه آب. آب در هر صورت 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 به درستی در مقاله نوشته شده است. اما دلیل آن تا حدودی متفاوت است. در طول فرآیند جوش، هوای حل شده در آن از آب تبخیر می شود، بنابراین، با سرد شدن آب در حال جوش، در نهایت چگالی آن کمتر از آب خام در همان دما خواهد بود. هیچ دلیل دیگری برای هدایت حرارتی متفاوت به جز چگالی های مختلف وجود ندارد.

زاولاب 1397/03/01 08:58 | رئیس آزمایشگاه

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

برگشت