Epekto ng mpemba o kung bakit mas mabilis ang mainit na tubig kaysa sa malamig? Ang epekto ng MPEMBA (kabalintunaan ng MPEMBI) ay isang kabalintunaan na nagsasabi na ang mainit na tubig ay mag-freeze sa ilang mga kondisyon na mas mabilis kaysa sa malamig, bagaman dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa panahon ng proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang pang-eksperimentong katotohanan na salungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, na may parehong mga kondisyon, ang mas pinainit na katawan para sa paglamig sa isang tiyak na temperatura ay nangangailangan ng mas maraming oras kaysa sa mas mababa pinainit katawan para sa paglamig sa parehong temperatura. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay napansin sa isang pagkakataon, si Aristotle, Francis Bacon at Rene Descart, ngunit noong 1963, natagpuan ni Tanzanian schoolboy na si Erassto Mpembea na ang mainit na halo ng ice cream ay mas mabilis kaysa sa malamig. Bilang isang mag-aaral ng Magambaba High School sa Tanzania, ginawa ni Erasto MPEMBEA ang praktikal na gawain sa kaso ng lutuin. Kinailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, matunaw ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator para sa pagyeyelo. Tila, ang MPEMBBA ay hindi partikular na isang masigasig na estudyante at preedered sa katuparan ng unang bahagi ng gawain. Dahil sa takot na hindi siya magkakaroon ng panahon para sa katapusan ng aralin, inilagay niya ang refrigerator na mainit na gatas. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama na niluto ayon sa isang naibigay na teknolohiya. Pagkatapos nito, ang MPemba ay nag-eksperimento hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig. Sa anumang kaso, na bilang isang mag-aaral ng MkVava High School, tinanong niya ang tanong ni Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salama (upang basahin ang mga mag-aaral ng isang panayam sa pisika sa silid-aralan sa unibersidad: "Kung magkakaroon ka ng dalawang magkaparehong katulad Ang mga lalagyan na may pantay na volume ng tubig kaya, sa isa sa kanila, ang tubig ay may temperatura ng 35 ° C, at sa iba pang - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawang tubig freezes mas mabilis. Bakit? " Si Osborne ay naging interesado sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ang MPemba na inilathala ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa "Edukasyon ng Physics". Simula noon, ang epekto na natuklasan ng mga ito ay tinatawag na epekto ng scam. Hanggang ngayon, walang nakakaalam kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto. Ang mga siyentipiko ay walang solong bersyon, bagama't marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang may papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, pagsingaw, pagbuo ng yelo, kombeksyon o ang mga epekto ng mga gas sa tubig sa iba't ibang temperatura. Ang paradoxicality ng epekto ng MPemba ay ang oras na kung saan ang katawan cools hanggang sa ambient temperatura ay dapat na sa proporsyon sa pagkakaiba sa temperatura ng katawan na ito at ang kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag pa rin ni Newton at mula noon maraming beses na nakumpirma sa pagsasanay. Sa ganitong epekto, ang tubig na may temperatura ng 100 ° C ay nagpapalamig sa isang temperatura ng 0 ° C mas mabilis kaysa sa parehong halaga ng tubig na may temperatura ng 35 ° C. Gayunpaman, hindi ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng MPemba ay matatagpuan ang isang paliwanag at sa loob ng balangkas ng sikat na pisika. Narito ang ilang mga paliwanag ng epekto ng MPemba: Ang pagsingaw ng mainit na tubig ay mas mabilis na lumalabas mula sa lalagyan, sa gayon binabawasan ang lakas ng tunog nito, at mas mabilis ang dami ng tubig na may parehong temperatura. Ang pagpapanatili ng hanggang 100 na may tubig ay nawawala ang 16% ng masa nito kapag pinapalamig sa 0 c. epekto epekto - double epekto. Una, ang masa ng tubig ay nabawasan, na kinakailangan para sa paglamig. At ikalawa, ang temperatura ay nabawasan dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa phase ng tubig sa steam phase ay nabawasan. Ang temperatura pagkakaiba dahil sa ang katunayan na ang temperatura pagkakaiba sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay higit pa - samakatuwid init exchange sa kasong ito may mas masinsinang at mainit na tubig ay mas mabilis kaysa sa cooled. Precooling kapag ang tubig ay cooled sa ibaba 0 c ito ay hindi palaging freeze. Sa ilalim ng ilang mga kondisyon, maaari itong sumailalim sa hypothermia, patuloy na mananatiling likido sa mga temperatura sa ibaba ng temperatura ng freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa isang temperatura ng -20 C. Ang dahilan para sa epekto na ito ay upang simulan upang bumuo ng unang kristal yelo kailangan Crystal formation sentro. Kung hindi sila nasa likidong tubig, ang supercooling ay magpapatuloy hanggang sa ang temperatura ay bumababa nang labis na ang mga kristal ay magsisimulang bumuo ng spontaneously. Kapag nagsimula silang bumuo sa isang supercooled fluid, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng isang lorth shuhuh, na nagyeyelo ay bubuo ng yelo. Ang mainit na tubig ay pinaka madaling kapitan sa supercooling dahil ang pag-init nito ay nag-aalis ng mga dissolved gas at mga bula, na maaaring magsilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal ng yelo. Bakit ang supercooling ay nagiging sanhi ng mainit na tubig upang manatiling mas mabilis? Sa kaso ng malamig na tubig, na hindi gaanong nakuha ng mga sumusunod. Sa kasong ito, ang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng sisidlan. Ang layer ng yelo ay kumilos bilang isang insulator sa pagitan ng tubig at malamig na hangin at maiiwasan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig, sumasailalim sa supercooling, supercooled na tubig ay walang proteksiyon ibabaw na layer ng yelo. Samakatuwid, nawawala ang init ng mas mabilis sa pamamagitan ng bukas na tuktok. Kapag ang proseso ng hypothermia ay nagtatapos at nag-freeze ng tubig, mas maraming init ang nawala at kaya mas maraming yelo ang nabuo. Maraming mga mananaliksik ng epekto na ito ang itinuturing na supercooling sa pangunahing kadahilanan sa kaso ng epekto ng MPEMB. Ang kombeksyon ng malamig na tubig ay nagsisimula sa pag-freeze mula sa itaas, sa gayon lumalalang ang mga proseso ng init emissions at convection, at samakatuwid ang init pagkawala, habang ang mainit na tubig ay nagsisimula sa freeze mula sa ibaba. Ang epekto ng water density anomaly ay ipinaliwanag. Ang tubig ay may pinakamataas na densidad sa 4 C. Kung ang paglamig ng tubig sa 4 s at ilagay ito sa mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mag-freeze nang mas mabilis. Dahil ang tubig na ito ay mas siksik kaysa sa tubig sa isang temperatura ng 4 s, mananatili ito sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer ng yelo ay magiging isang insulator na pinoprotektahan ang mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura ng 4 C. Samakatuwid, ang karagdagang proseso ng paglamig ay magiging mas mabagal. Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw layer ng tubig ay cooled mas mabilis dahil sa pagsingaw at higit na pagkakaiba temperatura. Bilang karagdagan, ang malamig na mga layer ng tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya ang malamig na layer ng tubig ay mahuhulog, nakakataas ng isang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Ang ganitong sirkulasyon ng tubig ay nagbibigay ng mabilis na pagbaba sa temperatura. Ngunit bakit hindi maabot ng prosesong ito ang punto ng balanse? Upang ipaliwanag ang epekto ng paggalaw mula sa puntong ito ng view ng kombeksyon, kinakailangan upang gamitin na ang malamig at mainit na layers ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng kombeksyon mismo ay patuloy pagkatapos ng average na temperatura ng tubig sa ibaba 4 C. Gayunpaman, may mga Walang pang-eksperimentong data na kumpirmahin ang teorya na malamig at mainit na tubig layers ay nahahati sa panahon ng kombeksyon. Ang tubig na dissolved sa tubig sa tubig ay laging naglalaman ng mga gas na dissolved dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang mabawasan ang water freezing point. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig, dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura sa ibaba. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay cooled, palaging may mas kaunting dissolved gas sa ito kaysa sa di-pinainit malamig na tubig. Samakatuwid, ang nagyeyelong punto ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang kadahilanan na ito ay kung minsan ay itinuturing na pangunahing bagay kapag nagpapaliwanag ng epekto ng MPEMB, bagaman walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito. Thermal kondaktibiti Ang mekanismong ito ay maaaring maglaro ng isang makabuluhang papel kapag ang tubig ay inilagay sa freezer ng refrigerator sa mga maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, nabanggit na ang hot water container ay inilipat ng isang freezer yelo mula sa isang freezer, sa gayon ang pagpapabuti ng thermal contact sa freezer wall at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay aalisin mula sa lalagyan na may mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi nag-shive sa ibaba ng niyebe. Ang lahat ng mga ito (pati na rin ang iba pang mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit isang hindi malabo na sagot sa tanong - kung alin sa kanila ang nagbibigay ng isang daang porsyento na pagpaparami ng epekto ng MPembe - at hindi natanggap. Halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng Aleman physicist na si David Auerbach ang epekto ng hypothermia ng tubig sa epekto na ito. Natagpuan niya na mainit na tubig, na umaabot sa isang supercooled estado, freezes sa isang mas mataas na temperatura kaysa sa malamig, na nangangahulugan ng mas mabilis ang huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umaabot sa isang supercooled na estado na mas mabilis kaysa sa mainit, sa gayon ay nagpapabayad para sa nakaraang lag. Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbakh ay nagkakasalungat sa data na nakuha nang mas maaga na ang mainit na tubig ay may kakayahang makamit ang mas mataas na overcooling dahil sa isang mas maliit na bilang ng mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit mula dito, ang mga gas na natunaw sa mga ito ay aalisin, at sa panahon nito kumukulo, ang ilang mga asing-gamot dissolved sa ito ay precipitated. Maaari mong sabihin sa ngayon lamang isang bagay ay posible - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang depende sa mga kondisyon kung saan ang eksperimento ay isinasagawa. Ito ay tiyak na dahil hindi ito laging muling ginawa. O. V. Mosin.
Ang British Royal Chemical Society ay nag-aalok ng gantimpala sa 1 libu-libong pounds ng esterlina sa isa na maaaring ipaliwanag mula sa isang pang-agham na pananaw kung bakit sa ilang mga kaso mainit na tubig freezes mas mabilis kaysa sa malamig.
"Ang modernong agham ay hindi pa rin masagot ang simpleng pagtingin sa tanong. Ginagamit ng mga producer ng ice cream at bartender ang epekto sa kanilang pang-araw-araw na gawain, ngunit walang nakakaalam kung bakit ito gumagana. Ang problemang ito ay kilala na sa libu-libong taon, ang mga pilosopong tulad ni Aristotle at Descartes ay naisip ito, "sabi ng Pangulo ng British Royal Chemical Society, Propesor David Philips, ang mga salita na ibinigay sa pampublikong pahayag.
Kung paano ang mga cooks mula sa africa ay natalo ang propesor ng physics ng Britanya
Ito ay hindi isang primarial joke, ngunit malupit na pisikal na katotohanan. Ang kasalukuyang agham, na may kadalian ng mga kalawakan at itim na butas, ang pagbuo ng napakalaki na mga accelerators upang maghanap ng mga quark at boson, ay hindi maaaring linawin kung paano gumagana ang elementary water ". Ang aklat-aralin ng paaralan ay walang katiyakan na inaakala na nangangailangan ng mas maraming oras upang palamig ang mas pinainit na katawan kaysa sa palamig ang katawan ng malamig. Ngunit para sa tubig, ang batas na ito ay hindi laging sinusunod. Ang isa pang Aristotle noong ika-4 na siglo BC ay nagbabayad ng pansin sa kabalintunaan na ito. e. Ito ang isinulat ng sinaunang Griyego sa aklat na "Meteorological I": "Ang katotohanan na ang tubig ay pre-heated, ay nag-aambag sa pagyeyelo nito. Samakatuwid, maraming mga tao kapag nais nilang mabilis na malamig ang mainit na tubig, unang ilagay ito sa araw ... "Sa Middle Ages, ang kababalaghan na ito ay sinubukan na ipaliwanag ang Francis Bacon at Rene Descart. Alas, nabigo ito na maging hindi mahusay na mga pilosopo o maraming mga siyentipiko na bumuo ng klasikal na thermal physics, at samakatuwid ay isang hindi komportable na katotohanan na "nakalimutan" sa loob ng mahabang panahon.
At sa 1968 lamang sila "naalala" salamat sa schoolboy Erasto mpember mula sa Tanzania malayo mula sa anumang agham. Pag-aaral sa checker ng Cook Art, noong 1963, ang 13-taong-gulang na mpember ay nakatanggap ng isang gawain upang gumawa ng ice cream. Ayon sa teknolohiya, kinakailangan upang pakuluan ang gatas, matunaw ang asukal sa loob nito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator para sa pagyeyelo. Tila, ang MPemba ay hindi isang masigasig na estudyante at nagmula. Dahil sa takot na hindi siya magkakaroon ng panahon para sa katapusan ng aralin, inilagay niya ang refrigerator na mainit na gatas. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, niluto sa lahat ng mga patakaran.
Nang ibahagi ng MPemba ang kanyang pagtuklas sa isang guro ng manggagamot, itinaas niya siya upang tumawa sa harap ng buong klase. Naalala ni Mpemba ang pagkakasala. Pagkalipas ng limang taon, naging isang mag-aaral sa unibersidad sa Dar-es-Salama, siya ay nasa panayam ng sikat na pisika ni Denis Osborne. Matapos ang panayam, tinanong niya ang isang katanungan sa siyentipiko: "Kung kumuha ka ng dalawang magkatulad na lalagyan na may pantay na halaga ng tubig, isa na may temperatura ng 35 ° C (95 ° F), at ang iba ay 100 ° C (212 ° F) , at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay ang tubig sa mainit na lalagyan ay mag-freeze nang mas mabilis. Bakit?" Maaari mong isipin ang reaksyon ng propesor ng Britanya sa pagkakataon ng isang kabataang lalaki mula sa nakalimutan na Diyos ng Tanzania. Siya ridiculed ang mag-aaral. Gayunpaman, handa na ang MPemba para sa naturang tugon at tinatawag na siyentipiko sa pagtaya. Ang kanilang pagtatalo ay nakumpleto sa pamamagitan ng pang-eksperimentong pag-verify na nagpapatunay sa katuwiran ng MPemba at ang pagkatalo ni Osborne. Kaya ang mag-aaral ng lutuin ay nakasulat sa kanyang pangalan sa kasaysayan ng agham, at mula ngayon sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na "mpmbe effect". Itapon ito, ipahayag na kung hindi gumagana ang "hindi umiiral". Ang kababalaghan ay umiiral, at, gaya ng isinulat ng makata, "ni sa tooth leg."
Sisihin ang dust at dissolved sangkap?
Sa nakalipas na mga taon, marami ang sinubukan upang malutas ang misteryo ng nagyeyelong tubig. Ang isang buong palumpon ng mga paliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay iminungkahi: pagsingaw, kombeksyon, ang epekto ng dissolved substances - ngunit wala sa mga kadahilanang ito ay hindi maaaring makilala ang pangwakas. Ang isang bilang ng mga siyentipiko na nakatuon sa epekto ng MPemba lahat ng buhay. Isang empleyado ng Kagawaran ng Radiation Kaligtasan ng Estado Unibersidad ng New York - James Brownridge - sa kanyang libreng oras siya ay pag-aaral ng kabalintunaan para sa isang dekada para sa isang dekada. Matapos gumastos ng daan-daang mga eksperimento, sinasabing ang siyentipiko na may katibayan ng "pagkakasala" ng hypothermia. Ipinaliliwanag ng Braungee na sa 0 ° C tubig ay lamang hypoded, at ito ay nagsisimula sa freeze kapag ang temperatura ay bumaba sa ibaba. Ang freezing point ay pinamamahalaan ng mga impurities sa tubig - ito ay kung binago nila ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo. Ang mga impurities, at ang mga ito ay alikabok, bakterya at dissolved asing-gamot, magkaroon ng isang nucleation temperatura katangian ng mga ito, kapag yelo mala-kristal ay nabuo sa paligid ng crystallization sentro. Kapag ang ilang mga elemento ay matatagpuan sa tubig, ang temperatura ng pagyeyelo ay tinutukoy ng mga nasa kanila, na may pinakamataas na temperatura ng nucleation.
Para sa karanasan ng Braunge, kinuha ang dalawang sample ng tubig ng parehong temperatura at inilagay ang mga ito sa freezer. Natagpuan niya na ang isa sa mga kopya ay palaging nagyelo bago ang iba pang - siguro, dahil sa iba't ibang kumbinasyon ng mga impurities.
Ang Brauncage ay nag-aangkin na ang mainit na tubig ay mas mabilis na lumamig dahil sa mas malaking pagkakaiba sa pagitan ng tubig at freezer temperatura - nakakatulong ito sa kanya upang makamit ang kanyang nagyeyelong punto bago ang malamig na tubig ay maaabot ang natural na freezing point nito, na mas mababa sa 5 ° C.
Gayunpaman, ang pangangatwiran ng Braundage ay nagdudulot ng maraming tanong. Samakatuwid, ang mga taong maaaring ipaliwanag ang epekto ng MPEMB sa kanilang sariling paraan, may pagkakataon na labanan para sa isang libong pounds ng esterlina mula sa British Royal Chemical Society.
Sa artikulong ito, isasaalang-alang namin ang tanong kung bakit mas mabilis ang mainit na tubig kaysa sa malamig.
Pinainit na tubig freezes mas mabilis kaysa sa malamig! Ito ay isang kamangha-manghang pag-aari ng tubig, isang tumpak na paliwanag kung saan hindi maaaring mahanap ng mga siyentipiko sa ngayon, ay kilala mula noong sinaunang panahon. Halimbawa, ang Aristotle ay mayroon pa ring paglalarawan ng pangingisda sa taglamig: ang mga mangingisda ay nagpasok ng mga rod ng pangingisda sa mga butas ng yelo, at sa gayon ay mabilis silang nagyelo, naubusan ng yelo na may maligamgam na tubig. Ang pangalan ng phenomena na ito na natanggap ni Erasto MPEMBA noong dekada ng 60 ng XX Century. Napansin ni Monsba ang isang kakaibang epekto noong naghahanda ako ng ice cream, at hinarap ang mga paliwanag sa aking guro sa pisika - si Dr. Denis Osborne. Ang MPemba at Dr. Osborne ay nag-eksperimento sa tubig ng iba't ibang mga temperatura at concluded: Halos kumukulo tubig ay nagsisimula sa freeze mas mabilis kaysa sa temperatura ng tubig kuwarto. Ang iba pang mga siyentipiko ay nagsagawa ng kanilang sariling mga eksperimento at sa bawat oras na nakatanggap sila ng katulad na mga resulta.
Isang pangkalahatang tinatanggap na paliwanag, bakit nangyayari ito sa ngayon. Maraming mananaliksik ang nagpapahiwatig na ang buong bagay sa likido overcooling, na nangyayari kapag ang temperatura nito ay bumaba sa ibaba ng temperatura ng pagyeyelo. Sa ibang salita, kung ang tubig ay nag-freeze sa temperatura sa ibaba 0 ° C, ang condensed na tubig ay maaaring magkaroon ng temperatura, halimbawa, -2 ° C at sa parehong oras ay mananatiling likido nang hindi nagiging yelo. Kapag sinubukan naming i-freeze ang malamig na tubig, may posibilidad na lumampas ito, ngunit nagpapatigas lamang pagkatapos ng ilang sandali. Ang iba pang mga proseso ay nangyayari sa pinainit na tubig. Ang mas mabilis na pagbabagong ito sa yelo ay nauugnay sa kombeksyon.
Komento - Ito ay isang pisikal na kababalaghan kung saan ang mainit na mas mababang layers ng likido pagtaas, at ang itaas, cooled, ay binabaan.
Maraming mga mananaliksik ang inilagay at inilagay ang kanilang mga bersyon tungkol sa kung bakit ang mainit na tubig ay nag-freeze nang mas mabilis kaysa sa malamig. Tila na ang kabalintunaan - pagkatapos ng lahat, upang ang frozen, mainit na tubig ay dapat na cooled upang magsimula. Gayunpaman, ang katunayan ay nananatiling isang katotohanan, at ipaliwanag ito ng mga siyentipiko sa iba't ibang paraan.
Sa sandaling ito ay may ilang mga bersyon na nagpapaliwanag sa katotohanang ito:
Kahit na ang pagkamakatarungan ay maaaring sinabi na ang epekto na ito ay hindi palaging sinusunod. Madalas na ang frozen na malamig na tubig ay mas mabilis kaysa sa mainit.
Bakit ang pagyeyelo ng tubig sa lahat? Naglalaman ito ng isang tiyak na halaga ng mineral o organic na mga particle. Ito, halimbawa, maaaring may napakaliit na particle ng buhangin, alikabok o luwad. Kapag bumababa ang temperatura ng hangin, ang mga particle na ito ay mga sentro sa paligid kung saan ang mga kristal ng yelo ay nabuo.
Ang papel na ginagampanan ng crystallization nuclei ay maaari ring magsagawa ng mga bula ng hangin at mga bitak sa lalagyan kung saan ang tubig ay nakapaloob. Ang rate ng naturang mga sentro ay higit sa lahat na apektado ng rate ng naturang mga sentro sa maraming mga sentro - kung marami sa kanila, ang likidong freezes mas mabilis. Sa ilalim ng normal na kondisyon, na may normal na presyon ng atmospera, ang tubig ay nagiging isang matatag na estado ng likido sa temperatura ng 0 degrees.
Sa ilalim ng epekto ng kapa, nauunawaan nila ang kabalintunaan, ang kakanyahan ng kung saan ay na sa ilalim ng ilang mga pangyayari, mainit na tubig freezes mas mabilis kaysa sa malamig. Ang kababalaghan na ito ay napansin pa rin ni Aristotle at Descartes. Gayunpaman, noong 1963 lamang, tinutukoy ng isang schoolboy mula sa Tanzania Erasto Mpembert na ang mainit na ice cream ay nag-freeze sa isang mas maikling oras kaysa sa malamig. Ginawa niya ang naturang konklusyon sa pamamagitan ng pagsasagawa ng gawain ng kaso ng lutuin.
Kinailangan niyang matunaw ang asukal at tinutugtog siya, ilagay ito, ilagay ito para sa pagyeyelo sa refrigerator. Tila, ang MPemba ay hindi naiiba sa partikular na pagsusumikap at nagsimulang matupad ang unang bahagi ng gawain. Samakatuwid, hindi siya naghintay para sa paglamig ng gatas, at determinado ito sa refrigerator na may mainit. Siya ay lubhang nagulat kapag nagyelo pa ito kaysa sa kanyang mga kaklase na gumanap ng trabaho alinsunod sa tinukoy na teknolohiya.
Ang katotohanang ito ay interesado sa isang kabataang lalaki, at nagsimula siya ng mga eksperimento na may simpleng tubig. Noong 1969, inilathala ng Physics Education Magazine ang mga resulta ng pananaliksik at propesor na si Dennis Osborne mula sa unibersidad sa Dar es salame. Ang epekto ng MPEMBI ay ibinigay ng epekto. Gayunpaman, ngayon ang kababalaghan ay walang malinaw na paliwanag. Ang lahat ng mga siyentipiko ay sumasang-ayon na ang pangunahing papel ay kabilang sa mga pagkakaiba ng mga katangian ng cooled at mainit na tubig, ngunit kung ano ang eksaktong hindi kilala.
Ang mga physicists ng isa sa mga unibersidad sa Singapore ay interesado rin sa tanong, anong tubig ang mas mabilis - mainit o malamig? Isang pangkat ng mga mananaliksik sa ilalim ng pamumuno ni S. Chzana ipinaliwanag ang kabalintunaan na ito sa pamamagitan ng mga katangian ng tubig. Ang bawat isa mula sa bangko ng paaralan ay kilala komposisyon ng tubig - isang oxygen atom at dalawang atoms ng hydrogen. Oxygen sa ilang mga lawak densites electron mula sa hydrogen, kaya ang molekula ay isang tiyak na uri ng "magneto".
Bilang resulta, ang ilang mga molecule sa tubig ay bahagyang naaakit sa pagitan ng kanilang sarili at pagsamahin ang hydrogen bond. Ang kanyang lakas ay maraming beses na mas mababa kaysa sa isang covalent bond. Naniniwala ang mga mananaliksik ng Singapore na ang paliwanag ng kabalintunaan ng scam ay nasa hydrogen bond lamang. Kung ang mga molecule ng tubig ay tinatanggap sa bawat isa na masikip, pagkatapos ay ang isang malakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molecule ay maaaring deform ang covalent bono sa gitna ng molekula mismo.
Ngunit kapag ang tubig ay pinainit, ang mga nauugnay na molecule ay bahagyang inalis mula sa bawat isa. Bilang isang resulta, sa gitna ng mga molecule, may relaxation ng covalent bonds na may malawak na enerhiya at ang paglipat sa mas mababang antas ng enerhiya. Ito ay humahantong sa ang katunayan na ang mainit na tubig ay nagsisimula upang mapalakas ang pinabilis. Hindi bababa sa, kaya ipinakita ang mga teoretikong kalkulasyon na gaganapin ng mga siyentipiko ng Singapore.
MPEMBA EFFECT. (Paradox ng MPEMBI) - Isang kabalintunaan na nagsasabi na ang mainit na tubig sa ilang mga kondisyon ay mas mabilis kaysa sa malamig, bagaman dapat itong sumailalim sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang pang-eksperimentong katotohanan na salungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, na may parehong mga kondisyon, ang mas pinainit na katawan para sa paglamig sa isang tiyak na temperatura ay nangangailangan ng mas maraming oras kaysa sa mas mababa pinainit katawan para sa paglamig sa parehong temperatura.
Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay napansin sa isang pagkakataon, si Aristotle, Francis Bacon at Rene Descart, ngunit noong 1963, natagpuan ni Tanzanian schoolboy na si Erassto Mpembea na ang mainit na halo ng ice cream ay mas mabilis kaysa sa malamig.
Bilang isang mag-aaral ng Magambaba High School sa Tanzania, ginawa ni Erasto MPEMBEA ang praktikal na gawain sa kaso ng lutuin. Kinailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, matunaw ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator para sa pagyeyelo. Tila, ang MPEMBBA ay hindi partikular na isang masigasig na estudyante at preedered sa katuparan ng unang bahagi ng gawain. Dahil sa takot na hindi siya magkakaroon ng panahon para sa katapusan ng aralin, inilagay niya ang refrigerator na mainit na gatas. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama na niluto ayon sa isang naibigay na teknolohiya.
Pagkatapos nito, ang MPemba ay nag-eksperimento hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig. Sa anumang kaso, na bilang isang mag-aaral ng MkVava High School, tinanong niya ang tanong ni Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salama (upang basahin ang mga mag-aaral ng isang panayam sa pisika sa silid-aralan sa unibersidad: "Kung magkakaroon ka ng dalawang magkaparehong katulad Ang mga lalagyan na may pantay na volume ng tubig kaya, sa isa sa kanila, ang tubig ay may temperatura ng 35 ° C, at sa iba pang - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawang tubig freezes mas mabilis. Bakit? " Si Osborne ay naging interesado sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ang MPemba na inilathala ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa "Edukasyon ng Physics". Simula noon, ang epekto na natagpuan ay tinatawag na. ang epekto ng MPemba.
Hanggang ngayon, walang nakakaalam kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto. Ang mga siyentipiko ay walang solong bersyon, bagama't marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang may papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, pagsingaw, pagbuo ng yelo, kombeksyon o ang mga epekto ng mga gas sa tubig sa iba't ibang temperatura.
Ang paradoxicality ng epekto ng MPemba ay ang oras na kung saan ang katawan cools hanggang sa ambient temperatura ay dapat na sa proporsyon sa pagkakaiba sa temperatura ng katawan na ito at sa kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag pa rin ni Newton at mula noon maraming beses na nakumpirma sa pagsasanay. Sa ganitong epekto, ang tubig na may temperatura ng 100 ° C ay nagpapalamig sa isang temperatura ng 0 ° C mas mabilis kaysa sa parehong halaga ng tubig na may temperatura ng 35 ° C.
Gayunpaman, hindi ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng MPemba ay matatagpuan ang isang paliwanag at sa loob ng balangkas ng sikat na pisika. Narito ang ilang mga paliwanag ng epekto ng MPemba:
Pagsingaw
Ang mainit na tubig ay mas mabilis na umuuga mula sa lalagyan, sa gayon pagbabawas ng lakas ng tunog nito, at ang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nag-freeze. Ang pinainit hanggang 100 na may tubig ay nawawala ang 16% ng masa nito sa panahon ng paglamig sa 0 C.
Epekto ng pagsingaw - double epekto. Una, ang masa ng tubig ay nabawasan, na kinakailangan para sa paglamig. At ikalawa, ang temperatura ay nabawasan dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa phase ng tubig sa steam phase ay nabawasan.
Temperatura pagkakaiba
Dahil sa ang katunayan na ang temperatura pagkakaiba sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay higit pa - samakatuwid init exchange sa kasong ito may mas matinding at mainit na tubig ay cooled mas mabilis.
Supercooling.
Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0 c ito ay hindi palaging freeze. Sa ilalim ng ilang mga kondisyon, maaari itong sumailalim sa hypothermia, patuloy na mananatiling likido sa mga temperatura sa ibaba ng temperatura ng freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa temperatura ng -20 C.
Ang dahilan para sa epekto na ito ay upang simulan upang bumuo ng unang kristal yelo kailangan Crystal formation sentro. Kung hindi sila nasa likidong tubig, ang supercooling ay magpapatuloy hanggang sa ang temperatura ay bumababa nang labis na ang mga kristal ay magsisimulang bumuo ng spontaneously. Kapag nagsimula silang bumuo sa isang supercooled fluid, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng isang lorth shuhuh, na nagyeyelo ay bubuo ng yelo.
Ang mainit na tubig ay pinaka madaling kapitan sa supercooling dahil ang pag-init nito ay nag-aalis ng mga dissolved gas at mga bula, na maaaring magsilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal ng yelo.
Bakit ang supercooling ay nagiging sanhi ng mainit na tubig upang manatiling mas mabilis? Sa kaso ng malamig na tubig, na hindi gaanong nakuha ng mga sumusunod. Sa kasong ito, ang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng sisidlan. Ang layer ng yelo ay kumilos bilang isang insulator sa pagitan ng tubig at malamig na hangin at maiiwasan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig, sumasailalim sa supercooling, supercooled na tubig ay walang proteksiyon ibabaw na layer ng yelo. Samakatuwid, nawawala ang init ng mas mabilis sa pamamagitan ng bukas na tuktok.
Kapag ang proseso ng hypothermia ay nagtatapos at nag-freeze ng tubig, mas maraming init ang nawala at kaya mas maraming yelo ang nabuo.
Maraming mga mananaliksik ng epekto na ito ang itinuturing na supercooling sa pangunahing kadahilanan sa kaso ng epekto ng MPEMB.
Komento
Ang malamig na tubig ay nagsisimula sa pag-freeze mula sa itaas, sa gayon lumalalang ang mga proseso ng init paglabas at kombeksyon, at samakatuwid ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimula sa freeze mula sa ibaba.
Ang epekto ng water density anomaly ay ipinaliwanag. Ang tubig ay may pinakamataas na densidad sa 4 C. Kung ang paglamig ng tubig sa 4 s at ilagay ito sa mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mag-freeze nang mas mabilis. Dahil ang tubig na ito ay mas siksik kaysa sa tubig sa isang temperatura ng 4 s, mananatili ito sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer ng yelo ay magiging isang insulator na pinoprotektahan ang mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura ng 4 C. Samakatuwid, ang karagdagang proseso ng paglamig ay magiging mas mabagal.
Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw layer ng tubig ay cooled mas mabilis dahil sa pagsingaw at higit na pagkakaiba temperatura. Bilang karagdagan, ang malamig na mga layer ng tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya ang malamig na layer ng tubig ay mahuhulog, nakakataas ng isang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Ang ganitong sirkulasyon ng tubig ay nagbibigay ng mabilis na pagbaba sa temperatura.
Ngunit bakit hindi maabot ng prosesong ito ang punto ng balanse? Upang ipaliwanag ang epekto ng MPemba mula sa puntong ito ng pagtingin sa kombeksyon, kinakailangan na gawin ang malamig at mainit na layer ng tubig na ito at ang proseso ng kombeksyon ay nagpapatuloy pagkatapos ng average na temperatura ng tubig na bumaba sa ibaba 4 C.
Gayunpaman, walang pang-eksperimentong data na kumpirmahin ang teorya na malamig at mainit na tubig layers ay nahahati sa panahon ng kombeksyon.
Dissolved gas.
Ang tubig ay laging naglalaman ng mga gas na dissolved dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang mabawasan ang water freezing point. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig, dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura sa ibaba. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay cooled, palaging may mas kaunting dissolved gas sa ito kaysa sa di-pinainit malamig na tubig. Samakatuwid, ang nagyeyelong punto ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang kadahilanan na ito ay kung minsan ay itinuturing na pangunahing bagay kapag nagpapaliwanag ng epekto ng MPEMB, bagaman walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.
Thermal kondaktibiti
Ang mekanismo na ito ay maaaring maglaro ng isang makabuluhang papel kapag ang tubig ay inilagay sa freezer ng Chamber ng pagpapalamig sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, nabanggit na ang hot water container ay inilipat ng isang freezer yelo mula sa isang freezer, sa gayon ang pagpapabuti ng thermal contact sa freezer wall at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay aalisin mula sa lalagyan na may mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi nag-shive sa ibaba ng niyebe.
Ang lahat ng mga ito (pati na rin ang iba pang mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit isang hindi malabo na sagot sa tanong - kung alin sa kanila ang nagbibigay ng isang daang porsyento na pagpaparami ng epekto ng MPembe - at hindi natanggap.
Halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng Aleman physicist na si David Auerbach ang epekto ng hypothermia ng tubig sa epekto na ito. Natagpuan niya na mainit na tubig, na umaabot sa isang supercooled estado, freezes sa isang mas mataas na temperatura kaysa sa malamig, na nangangahulugan ng mas mabilis ang huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umaabot sa isang supercooled na estado na mas mabilis kaysa sa mainit, sa gayon ay nagpapabayad para sa nakaraang lag.
Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbakh ay nagkakasalungat sa data na nakuha nang mas maaga na ang mainit na tubig ay may kakayahang makamit ang mas mataas na overcooling dahil sa isang mas maliit na bilang ng mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit mula dito, ang mga gas na natunaw sa mga ito ay aalisin, at sa panahon nito kumukulo, ang ilang mga asing-gamot dissolved sa ito ay precipitated.
Maaari mong sabihin sa ngayon lamang isang bagay ay posible - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang depende sa mga kondisyon kung saan ang eksperimento ay isinasagawa. Ito ay tiyak na dahil hindi ito laging muling ginawa.
