Video: koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Koja se voda brže smrzava: topla ili hladna? O čemu to ovisi?

Pozdrav, dragi ljubitelji zanimljivih činjenica. Danas ćemo razgovarati s vama o. Ali mislim da pitanje postavljeno u naslovu može izgledati jednostavno apsurdno - ali treba li uvijek nepodijeljeno vjerovati notornom "zdravom razumu", a ne strogo utvrđenom testnom eksperimentu. Pokušajmo shvatiti zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode?

Povijesna referenca

Da u pitanju smrzavanja hladne i tople vode “nije sve čisto” spominjalo se u djelima Aristotela, zatim su slične napomene dali F. Bacon, R. Descartes i J. Black. U novijoj povijesti ovaj je efekt dobio naziv "Mpembin paradoks" - nazvan po školarcu iz Tanganjike, Erastu Mpembi, koji je isto pitanje postavio gostujućem profesoru fizike.

Dječakovo pitanje nije nastalo niotkuda, već iz čisto osobnog promatranja procesa hlađenja sladolednih smjesa u kuhinji. Naravno, kolege iz razreda koji su bili prisutni, zajedno sa školskim učiteljem, nasmijali su Mpembu - međutim, nakon eksperimentalnog testa koji je osobno proveo profesor D. Osborne, želja za ismijavanjem Erasta iz njih je "isparila". Štoviše, Mpemba je, zajedno s profesorom, objavio detaljan opis ovog efekta u Physics Education 1969. - i od tada je gore spomenuti naziv fiksiran u znanstvenoj literaturi.

Što je bit fenomena?

Postavljanje eksperimenta je vrlo jednostavno: pod jednakim uvjetima, testiraju se identične posude tankih stijenki koje sadrže strogo jednake količine vode, a razlikuju se samo po temperaturi. Posude se stavljaju u hladnjak, nakon čega se bilježi vrijeme do stvaranja leda u svakoj od njih. Paradoks je da se u posudi s inicijalno toplijom tekućinom to događa brže.

Kako to moderna fizika objašnjava?

Paradoks nema univerzalno objašnjenje, budući da se nekoliko paralelnih procesa odvija zajedno, čiji doprinos može varirati ovisno o specifičnim početnim uvjetima - ali s ujednačenim rezultatom:

• sposobnost tekućine da se super ohladi - u početku hladna voda sklonija je superhlađenju, tj. ostaje tekuć kada je njegova temperatura već ispod točke smrzavanja
• ubrzano hlađenje - para iz vruće vode pretvara se u mikrokristale leda, koji pri povratku ubrzavaju proces, radeći kao dodatni "vanjski izmjenjivač topline"
• izolacijski učinak - za razliku od tople vode, hladna voda se smrzava odozgo, što dovodi do smanjenja prijenosa topline konvekcijom i zračenjem

Postoji niz drugih objašnjenja (posljednji je put britansko Kraljevsko kemijsko društvo održalo natjecanje za najbolju hipotezu nedavno, 2012. godine) - ali još uvijek nema jednoznačne teorije za sve slučajeve kombinacije ulaznih uvjeta...

Mpemba učinak(Mpemba's Paradox) je paradoks koji kaže da se topla voda pod nekim uvjetima smrzava brže od hladne vode, iako mora prijeći temperaturu hladne vode tijekom procesa smrzavanja. Ovaj paradoks je eksperimentalna činjenica koja proturječi uobičajenim idejama, prema kojima je, pod istim uvjetima, jače zagrijanom tijelu potrebno više vremena da se ohladi na određenu temperaturu nego manje zagrijanom tijelu da se ohladi na istu temperaturu.

Ovaj su fenomen svojedobno primijetili Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes, no tek je 1963. tanzanijski školarac Erasto Mpemba otkrio da se vruća smjesa za sladoled smrzava brže od hladne.

Kao učenik srednje škole Magambi u Tanzaniji, Erasto Mpemba obavljao je praktični rad kao kuhar. Trebao je napraviti domaći sladoled - prokuhati mlijeko, u njemu otopiti šećer, ohladiti na sobnu temperaturu, a potom staviti u hladnjak da se zamrzne. Očito Mpemba nije bio osobito marljiv učenik i odugovlačio je s dovršavanjem prvog dijela zadatka. U strahu da neće izdržati do kraja sata, stavio je još vruće mlijeko u hladnjak. Na njegovo iznenađenje, ono se smrznulo čak i ranije nego mlijeko njegovih drugova, pripremljeno prema zadanoj tehnologiji.

Nakon toga, Mpemba je eksperimentirao ne samo s mlijekom, već i s običnom vodom. U svakom slučaju, već kao učenik srednje škole Mkwava, pitao je profesora Dennisa Osbornea sa sveučilišnog koledža u Dar Es Salaamu (kojeg je direktor škole pozvao da učenicima održi predavanje o fizici) upravo o vodi: „Ako uzmete dvije identične posude s jednakim volumenom vode tako da u jednoj od njih voda ima temperaturu od 35 ° C, au drugoj - 100 ° C, i stavite ih u zamrzivač, tada će se u drugoj voda brže smrznuti. Zašto? Osborne se zainteresirao za ovo pitanje i ubrzo, 1969. godine, on i Mpemba objavili su rezultate svojih eksperimenata u časopisu Physics Education. Od tada se učinak koji su otkrili naziva Mpemba učinak.

Do sada nitko ne zna točno kako objasniti ovaj čudan učinak. Znanstvenici nemaju jednu verziju, iako ih ima mnogo. Sve je u razlici u svojstvima tople i hladne vode, ali još nije jasno koja svojstva igraju ulogu u ovom slučaju: razlika u superhlađenju, isparavanju, stvaranju leda, konvekciji ili utjecajukapljenih plinova na vodu na različite temperature.

Paradoks Mpemba efekta je da bi vrijeme tijekom kojeg se tijelo ohladi na temperaturu okoline trebalo biti proporcionalno razlici temperature između tog tijela i okoline. Ovaj zakon je uspostavio Newton i od tada je mnogo puta potvrđen u praksi. U tom se učinku voda s temperaturom od 100°C brže hladi na temperaturu od 0°C od iste količine vode s temperaturom od 35°C.

Međutim, to još ne implicira paradoks, budući da se Mpemba efekt može objasniti u okviru poznate fizike. Evo nekoliko objašnjenja za Mpemba učinak:

Isparavanje

Vruća voda brže isparava iz posude, čime se smanjuje njezin volumen, a manja količina vode iste temperature se brže smrzava. Voda zagrijana na 100 C gubi 16% svoje mase kada se ohladi na 0 C.

Učinak isparavanja je dvostruki učinak. Prvo, smanjuje se masa vode potrebna za hlađenje. I drugo, temperatura se smanjuje zbog činjenice da se toplina isparavanja prijelaza iz vodene faze u parnu fazu smanjuje.

Temperaturna razlika

Zbog činjenice da je temperaturna razlika između tople vode i hladnog zraka veća, stoga je izmjena topline u ovom slučaju intenzivnija i topla voda se brže hladi.

Hipotermija

Kada se voda ohladi ispod 0 C, ne smrzava se uvijek. Pod nekim uvjetima može se podvrgnuti superhlađenju, nastavljajući ostati tekući na temperaturama ispod ledišta. U nekim slučajevima voda može ostati tekuća čak i na temperaturi od –20 C.

Razlog za ovaj učinak je taj što su potrebni centri za stvaranje kristala da bi se prvi kristali leda počeli stvarati. Ako ih nema u tekućoj vodi, superhlađenje će se nastaviti sve dok temperatura ne padne dovoljno da se kristali spontano formiraju. Kada se počnu formirati u prehlađenoj tekućini, počet će rasti brže, tvoreći bljuzgavicu, koja će se zamrznuti i formirati led.

Vruća voda je najosjetljivija na hipotermiju jer zagrijavanjem uklanja otopljene plinove i mjehuriće, koji zauzvrat mogu poslužiti kao središta za stvaranje kristala leda.

Zašto hipotermija uzrokuje brže smrzavanje tople vode? U slučaju hladne vode koja nije prehlađena događa se sljedeće. U tom slučaju će se na površini posude stvoriti tanak sloj leda. Ovaj sloj leda djelovat će kao izolator između vode i hladnog zraka i spriječit će daljnje isparavanje. Brzina stvaranja kristala leda u ovom će slučaju biti manja. U slučaju vruće vode podvrgnute prehlađenju, prehlađena voda nema zaštitni površinski sloj leda. Stoga gubi toplinu mnogo brže kroz otvoreni vrh.

Kada proces superhlađenja završi i voda se smrzne, gubi se mnogo više topline i stoga se stvara više leda.

Mnogi istraživači ovog učinka smatraju hipotermiju glavnim faktorom u slučaju Mpemba efekta.

Konvekcija

Hladna voda počinje se smrzavati odozgo, čime se pogoršavaju procesi toplinskog zračenja i konvekcije, a time i gubitak topline, dok se topla voda počinje smrzavati odozdo.

Ovaj učinak se objašnjava anomalijom u gustoći vode. Voda ima najveću gustoću na 4 C. Ako vodu ohladite na 4 C i stavite je na nižu temperaturu, površinski sloj vode će se brže smrznuti. Budući da je ova voda manje gustoća od vode na temperaturi od 4 C, ostat će na površini, stvarajući tanak hladan sloj. U tim uvjetima će se u kratkom vremenu na površini vode stvoriti tanak sloj leda, ali će taj sloj leda služiti kao izolator, štiteći donje slojeve vode koji će ostati na temperaturi od 4 C. Stoga će daljnji proces hlađenja biti sporiji.

Kod tople vode situacija je potpuno drugačija. Površinski sloj vode će se brže ohladiti zbog isparavanja i veće temperaturne razlike. Osim toga, slojevi hladne vode su gušći od slojeva tople vode, tako da će sloj hladne vode potonuti, podižući sloj tople vode na površinu. Ovo kruženje vode osigurava brzi pad temperature.

Ali zašto ovaj proces ne dostiže točku ravnoteže? Da bi se objasnio Mpemba efekt s ove točke gledišta konvekcije, bilo bi potrebno pretpostaviti da su hladni i vrući sloj vode odvojeni i da se sam proces konvekcije nastavlja nakon što prosječna temperatura vode padne ispod 4 C.

Međutim, nema eksperimentalnih dokaza koji bi poduprli ovu hipotezu da su hladni i vrući slojevi vode odvojeni procesom konvekcije.

Plinovi otopljeni u vodi

Voda uvijek sadrži plinove otopljene u njoj - kisik i ugljični dioksid. Ovi plinovi imaju sposobnost sniziti točku ledišta vode. Zagrijavanjem vode ti se plinovi oslobađaju iz vode jer je njihova topljivost u vodi manja pri visokim temperaturama. Stoga, kada se vruća voda hladi, uvijek sadrži manje otopljenih plinova nego u nezagrijanoj hladnoj vodi. Stoga je ledište zagrijane vode više i brže se smrzava. Ovaj faktor se ponekad smatra glavnim u objašnjenju Mpemba efekta, iako ne postoje eksperimentalni podaci koji potvrđuju tu činjenicu.

Toplinska vodljivost

Ovaj mehanizam može igrati značajnu ulogu kada se voda stavlja u zamrzivač odjeljka hladnjaka u malim posudama. Pod tim uvjetima, uočeno je da posuda s vrućom vodom otapa led u zamrzivaču ispod, čime se poboljšava toplinski kontakt sa stijenkom zamrzivača i toplinska vodljivost. Kao rezultat toga, toplina se brže uklanja iz posude s toplom vodom nego iz posude s hladnom vodom. Zauzvrat, posuda s hladnom vodom ne otapa snijeg ispod.

Svi ovi (kao i drugi) uvjeti proučavani su u mnogim eksperimentima, no jasan odgovor na pitanje - koji od njih osiguravaju stopostotnu reprodukciju Mpemba efekta - nikada nije dobiven.

Na primjer, 1995. njemački fizičar David Auerbach proučavao je utjecaj prehlađene vode na ovaj učinak. Otkrio je da se vruća voda, kada dosegne prehlađeno stanje, smrzava na višoj temperaturi od hladne vode, i stoga brže od ove potonje. Ali hladna voda dostiže prehlađeno stanje brže od tople vode, čime se kompenzira prethodno kašnjenje.

Osim toga, Auerbachovi rezultati proturječili su prijašnjim podacima da je topla voda uspjela postići veće superhlađenje zbog manje kristalizacijskih centara. Kada se voda zagrijava, iz nje se uklanjaju u njoj otopljeni plinovi, a kada se kuha, iz nje se talože neke u njoj otopljene soli.

Za sada se može reći samo jedno - reprodukcija ovog efekta bitno ovisi o uvjetima u kojima se eksperiment izvodi. Upravo zato što se ne reproducira uvijek.

Puno je faktora koji utječu na to koja će se voda brže smrzavati, topla ili hladna, ali samo pitanje djeluje malo čudno. Implikacija je, a to je poznato iz fizike, da vrućoj vodi ipak treba vremena da se ohladi na temperaturu hladne vode koja se uspoređuje kako bi se pretvorila u led. Hladna voda može preskočiti ovu fazu i, prema tome, dobiva vrijeme.

Ali odgovor na pitanje koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća - vani na hladnoći, zna svaki stanovnik sjevernih geografskih širina. Zapravo, znanstveno se ispostavlja da se u svakom slučaju hladna voda jednostavno brže smrzava.

Isto je pomislio i profesor fizike kojemu se 1963. godine obratio školarac Erasto Mpemba sa zahtjevom da objasni zašto se hladna smjesa budućeg sladoleda duže smrzava od slične, ali vruće.

“Ovo nije univerzalna fizika, već neka vrsta Mpemba fizike”

Tada se učitelj samo smijao tome, ali Deniss Osborne, profesor fizike, koji je svojedobno posjetio istu školu u kojoj je učio Erasto, eksperimentalno je potvrdio postojanje takvog učinka, iako tada nije bilo objašnjenja za to. Godine 1969. u popularnom znanstvenom časopisu objavljen je zajednički članak ovo dvoje ljudi, koji su opisali ovaj neobičan učinak.

Od tada, usput, pitanje koja se voda brže smrzava - vruća ili hladna - ima svoje ime - Mpemba efekt, ili paradoks.

Pitanje postoji već duže vrijeme

Naravno, takva se pojava događala i ranije, a spominjana je iu radovima drugih znanstvenika. Ovo pitanje nije zanimalo samo školarca, nego su o tome svojedobno razmišljali i Rene Descartes, pa čak i Aristotel.

Ali pristupe rješavanju tog paradoksa počeli su tražiti tek krajem dvadesetog stoljeća.

Uvjeti za pojavu paradoksa

Kao i kod sladoleda, tijekom eksperimenta se ne smrzava samo obična voda. Moraju postojati određeni uvjeti kako bi se započelo raspravljanje o tome koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća. Što utječe na tijek ovog procesa?

Sada, u 21. stoljeću, izneseno je nekoliko opcija koje mogu objasniti ovaj paradoks. Koja će se voda brže smrzavati, topla ili hladna, može ovisiti o činjenici da ima veću stopu isparavanja od hladne vode. Time se njen volumen smanjuje, a smanjenjem volumena vrijeme smrzavanja postaje kraće nego ako uzmemo isti početni volumen hladne vode.

Prošlo je dosta vremena otkako ste odmrznuli zamrzivač.

Koja se voda brže smrzava i zašto se to događa može utjecati snježna obloga koja može biti prisutna u zamrzivaču hladnjaka korištenog za eksperiment. Ako uzmete dvije posude identičnog volumena, ali jedna od njih sadrži toplu vodu, a druga hladnu, posuda s toplom vodom otopit će snijeg ispod nje i time poboljšati kontakt toplinske razine sa stijenkom hladnjaka. Posuda s hladnom vodom to ne može učiniti. Ako u odjeljku hladnjaka nema takve obloge sa snijegom, hladna bi se voda trebala brže smrznuti.

Vrh - dno

Također, fenomen koja se voda brže smrzava - topla ili hladna - objašnjava se na sljedeći način. Slijedeći određene zakonitosti, hladna voda počinje se smrzavati od gornjih slojeva, kada topla voda čini suprotno - počinje se smrzavati odozdo prema gore. Ispostavilo se da hladna voda, s hladnim slojem na vrhu s mjestimično već formiranim ledom, pogoršava procese konvekcije i toplinskog zračenja, čime se objašnjava koja se voda brže smrzava - hladna ili vruća. U prilogu su fotografije amaterskih eksperimenata, a to je ovdje jasno vidljivo.

Toplina odlazi van, juri prema gore i tamo se susreće s vrlo hladnim slojem. Nema slobodnog puta za toplinsko zračenje, pa je proces hlađenja otežan. Topla voda nema apsolutno nikakvih prepreka na svom putu. Što se brže smrzava - hladno ili vruće, što određuje vjerojatni ishod? Odgovor možete proširiti tako da kažete da svaka voda ima otopljene određene tvari.

Nečistoće u vodi kao čimbenik koji utječe na ishod

Ako ne varate i koristite vodu istog sastava, gdje su koncentracije određenih tvari identične, tada bi se hladna voda trebala brže smrzavati. Ali ako se dogodi situacija da otopljeni kemijski elementi postoje samo u toploj vodi, a hladna ih nema, tada topla voda ima priliku ranije se zamrznuti. To se objašnjava činjenicom da otopljene tvari u vodi stvaraju centre kristalizacije, a s malim brojem tih centara otežan je prelazak vode u čvrsto stanje. Moguće je čak i da voda bude prehlađena, u smislu da će na temperaturama ispod ništice biti u tekućem stanju.

Ali sve te verzije, očito, nisu u potpunosti odgovarale znanstvenicima i nastavili su raditi na ovom pitanju. Godine 2013. tim istraživača u Singapuru rekao je da je riješio prastaru misteriju.

Skupina kineskih znanstvenika tvrdi da tajna ovog učinka leži u količini energije koja je pohranjena između molekula vode u njezinim vezama, koje se nazivaju vodikove veze.

Odgovor kineskih znanstvenika

Slijedi informacija za čije razumijevanje je potrebno imati nešto znanja iz kemije kako bi se shvatilo koja se voda brže smrzava - topla ili hladna. Kao što je poznato, sastoji se od dva atoma H (vodik) i jednog atoma O (kisik), koji se drže zajedno kovalentnim vezama.

Ali i atomi vodika jedne molekule privlače se susjednim molekulama, njihovoj kisikovoj komponenti. Te se veze nazivaju vodikove veze.

Vrijedno je zapamtiti da u isto vrijeme molekule vode imaju odbojan učinak jedna na drugu. Znanstvenici su primijetili da se kada se voda zagrijava, udaljenost između njezinih molekula povećava, a to je olakšano odbojnim silama. Ispostavilo se da zauzimajući istu udaljenost između molekula u hladnom stanju, može se reći da se istežu i imaju veću zalihu energije. Upravo se ta rezerva energije oslobađa kada se molekule vode počnu približavati jedna drugoj, odnosno dolazi do hlađenja. Ispostavilo se da se veća rezerva energije u toploj vodi, te njeno veće oslobađanje pri hlađenju na temperature ispod nule, događa brže nego u hladnoj vodi, koja ima manju rezervu te energije. Dakle, koja se voda brže smrzava - hladna ili topla? Na ulici i u laboratoriju trebao bi se dogoditi Mpembin paradoks, a topla voda bi se trebala brže pretvoriti u led.

Ali pitanje je još uvijek otvoreno

Postoji samo teoretska potvrda ovog rješenja - sve je to napisano u lijepim formulama i čini se vjerojatnim. Ali kada se eksperimentalni podaci o tome koja se voda brže smrzava - topla ili hladna - stave u praktičnu primjenu i iznesu njihovi rezultati, tada se pitanje Mpembina paradoksa može smatrati riješenim.

21.11.2017 11.10.2018 Aleksandar Firtsev

« Koja se voda brže smrzava, hladna ili topla?“- pokušajte postaviti pitanje svojim prijateljima, vjerojatno će većina odgovoriti da se hladna voda brže smrzava - i pogriješit će.

Naime, ako u zamrzivač istovremeno stavite dvije posude istog oblika i volumena, od kojih je u jednoj hladna voda, au drugoj vruća, tada će se topla voda brže smrznuti.

Takva se izjava može činiti apsurdnom i nerazumnom. Ako slijedite logiku, onda se vruća voda prvo mora ohladiti na temperaturu hladne vode, a hladna voda bi se već trebala pretvoriti u led u ovom trenutku.

Pa zašto topla voda pobjeđuje hladnu na putu do smrzavanja? Pokušajmo to shvatiti.

Povijest opažanja i istraživanja

Ljudi su od davnina promatrali ovaj paradoksalni učinak, ali nitko mu nije pridavao veliku važnost. Tako su Arestotel, kao i Rene Descartes i Francis Bacon, u svojim bilješkama primijetili nedosljednosti u brzini smrzavanja hladne i tople vode. Neobična pojava često se pojavljivala u svakodnevnom životu.

Dugo vremena fenomen nije proučavan ni na koji način i nije izazvao veliki interes među znanstvenicima.

Proučavanje ovog neobičnog učinka počelo je 1963. godine, kada je radoznali školarac iz Tanzanije, Erasto Mpemba, primijetio da se vruće mlijeko za sladoled smrzava brže od hladnog. U nadi da će dobiti objašnjenje razloga neobičnog učinka, mladić je pitao svog profesora fizike u školi. Međutim, učiteljica mu se samo nasmijala.

Kasnije je Mpemba ponovio eksperiment, ali u svom eksperimentu više nije koristio mlijeko, već vodu, te se paradoksalni učinak opet ponovio.

6 godina kasnije, 1969., Mpemba je ovo pitanje postavio profesoru fizike Dennisu Osborneu, koji je došao u njegovu školu. Profesor je bio zainteresiran za promatranje mladića, a kao rezultat toga, proveden je eksperiment koji je potvrdio prisutnost učinka, ali razlozi za ovaj fenomen nisu utvrđeni.

Od tada se taj fenomen naziva Mpemba učinak.

Kroz povijest znanstvenih promatranja iznesene su mnoge hipoteze o uzrocima pojave.

Tako će 2012. Britansko kraljevsko kemijsko društvo objaviti natječaj za hipoteze koje objašnjavaju efekt Mpemba. Na natjecanju su sudjelovali znanstvenici iz cijelog svijeta, a prijavljeno je ukupno 22.000 znanstvenih radova. Unatoč tako impresivnom broju članaka, nijedan od njih nije razjasnio paradoks Mpemba.

Najčešća verzija je bila da se vruća voda brže smrzava, jer jednostavno brže isparava, smanjuje joj se volumen, a kako se volumen smanjuje, povećava se brzina hlađenja. Najčešća verzija je na kraju opovrgnuta jer je proveden eksperiment u kojem je isključeno isparavanje, no učinak je ipak potvrđen.

Drugi su znanstvenici vjerovali da je uzrok Mpemba efekta isparavanje plinova otopljenih u vodi. Po njihovom mišljenju, tijekom procesa zagrijavanja plinovi otopljeni u vodi isparavaju, zbog čega ona dobiva veću gustoću od hladne vode. Kao što je poznato, povećanje gustoće dovodi do promjene fizičkih svojstava vode (povećanje toplinske vodljivosti), a time i povećanja brzine hlađenja.

Osim toga, iznesene su brojne hipoteze koje opisuju brzinu kruženja vode ovisno o temperaturi. Mnoga su istraživanja pokušala utvrditi odnos između materijala posuda u kojima se tekućina nalazila. Mnoge su se teorije činile vrlo uvjerljivima, ali nisu se mogle znanstveno potvrditi zbog nedostatka početnih podataka, proturječnosti u drugim eksperimentima ili zato što identificirani čimbenici jednostavno nisu bili usporedivi s brzinom hlađenja vode. Neki su znanstvenici u svojim radovima doveli u pitanje postojanje efekta.

Godine 2013. istraživači s Tehnološkog sveučilišta Nanyang u Singapuru tvrdili su da su riješili misterij Mpemba efekta. Prema njihovom istraživanju, razlog fenomena leži u činjenici da se količina energije pohranjene u vodikovim vezama između molekula hladne i tople vode značajno razlikuje.

Metode računalnog modeliranja pokazale su sljedeće rezultate: što je viša temperatura vode, to je veći razmak između molekula zbog činjenice da se povećavaju odbojne sile. Posljedično, vodikove veze molekula rastežu se, pohranjujući više energije. Kada se ohlade, molekule se počinju približavati jedna drugoj, oslobađajući energiju iz vodikovih veza. U ovom slučaju oslobađanje energije prati smanjenje temperature.

U listopadu 2017. španjolski fizičari su tijekom drugog istraživanja otkrili da glavnu ulogu u formiranju efekta igra uklanjanje tvari iz ravnoteže (jako zagrijavanje prije jakog hlađenja). Odredili su uvjete pod kojima je vjerojatnost pojave učinka maksimalna. Osim toga, znanstvenici iz Španjolske potvrdili su postojanje obrnutog efekta Mpemba. Otkrili su da kada se zagrije, hladniji uzorak može postići visoku temperaturu brže od toplijeg.

Unatoč opsežnim informacijama i brojnim eksperimentima, znanstvenici namjeravaju nastaviti proučavati učinak.

Mpemba efekt u stvarnom životu

Jeste li se ikada zapitali zašto se zimi klizalište puni toplom vodom, a ne hladnom? Kao što već znate, oni to rade jer će se klizalište ispunjeno vrućom vodom brže smrznuti nego da je napunjeno hladnom vodom. Iz istog razloga se topla voda ulijeva u tobogane u zimskim ledenim gradovima.

Dakle, znanje o postojanju fenomena omogućuje ljudima da uštede vrijeme pri pripremi mjesta za zimske sportove.

Osim toga, Mpemba efekt ponekad se koristi u industriji za smanjenje vremena smrzavanja proizvoda, tvari i materijala koji sadrže vodu.

Voda- prilično jednostavna tvar s kemijskog gledišta, međutim, ima niz neobičnih svojstava koja nikad ne prestaju zadiviti znanstvenike. U nastavku donosimo nekoliko činjenica za koje malo ljudi zna.

1. Koja se voda brže smrzava - hladna ili topla?

Uzmimo dvije posude s vodom: u jednu ulijemo vruću, au drugu hladnu vodu i stavimo ih u zamrzivač. Topla voda će se smrznuti brže od hladne vode, iako je logično, hladna voda trebala prvo postati led: uostalom, vruća voda se prvo mora ohladiti na hladnu temperaturu, a zatim pretvoriti u led, dok se hladna voda ne mora ohladiti. Zašto se ovo događa?

Godine 1963. tanzanijski student po imenu Erasto B. Mpemba, dok je zamrzavao smjesu za sladoled, primijetio je da se vruća smjesa skrućuje brže u zamrzivaču od one hladne. Kada je mladić svoje otkriće podijelio sa svojim profesorom fizike, ovaj mu se samo nasmijao. Srećom, učenik je bio uporan i uvjerio je učitelja da provede eksperiment, koji je potvrdio njegovo otkriće: pod određenim uvjetima topla voda zapravo se smrzava brže od hladne vode.

Ovaj fenomen da se topla voda smrzava brže od hladne vode naziva se " Mpemba učinak" Istina, davno prije njega ovo jedinstveno svojstvo vode primijetili su Aristotel, Francis Bacon i Rene Descartes.

Znanstvenici još uvijek ne razumiju u potpunosti prirodu ovog fenomena, objašnjavajući ga ili razlikom u superhlađenju, isparavanju, stvaranju leda, konvekciji ili učinkom ukapljenih plinova na toplu i hladnu vodu.

2. Može se trenutno smrznuti

Svi to znaju voda uvijek se pretvara u led kad se ohladi na 0°C... uz neke iznimke! Primjer takvog slučaja je superhlađenje, što je svojstvo vrlo čiste vode da ostane tekuća čak i kada se ohladi ispod točke smrzavanja. Ovaj fenomen je moguć zahvaljujući činjenici da okolina ne sadrži centre ili jezgre kristalizacije koji bi mogli potaknuti stvaranje kristala leda. I tako voda ostaje u tekućem obliku čak i kada se ohladi ispod nula Celzijevih stupnjeva.

Proces kristalizacije može biti uzrokovano, na primjer, mjehurićima plina, nečistoćama (kontaminantima) ili neravnom površinom spremnika. Bez njih će voda ostati u tekućem stanju. Kada započne proces kristalizacije, možete gledati kako se super ohlađena voda trenutno pretvara u led.

Imajte na umu da "pregrijana" voda također ostaje tekuća čak i kada se zagrije iznad točke vrenja.

3. 19 stanja vode

Bez oklijevanja navedite koliko različitih stanja ima voda? Ako ste odgovorili tri: čvrsto, tekuće, plinovito, onda ste pogriješili. Znanstvenici razlikuju najmanje 5 različitih stanja vode u tekućem obliku i 14 stanja u smrznutom stanju.

Sjećate li se razgovora o super ohlađenoj vodi? Dakle, što god učinili, na -38 °C čak će se i najčišća super ohlađena voda odjednom pretvoriti u led. Što će se dogoditi ako temperatura bude dalje padala? Na -120 °C s vodom se počinje događati nešto čudno: ona postaje super viskozna ili viskozna, poput melase, a na temperaturama ispod -135 °C pretvara se u "staklastu" ili "staklastu" vodu - čvrstu tvar koja nema kristalnu strukturu .

4. Voda iznenađuje fizičare

Na molekularnoj razini, voda je još iznenađujuća. Godine 1995., eksperiment raspršivanja neutrona koji su proveli znanstvenici dao je neočekivani rezultat: fizičari su otkrili da neutroni usmjereni na molekule vode "vide" 25% manje protona vodika nego što se očekivalo.

Pokazalo se da pri brzini od jedne atosekunde (10 -18 sekundi) dolazi do neobičnog kvantnog efekta, a kemijska formula vode umjesto H2O, postaje H1.5O!

5. Memorija vode

Alternativa službenoj medicini homeopatija navodi da razrijeđena otopina lijeka može imati terapeutski učinak na tijelo, čak i ako je faktor razrjeđenja toliko velik da u otopini nije ostalo ništa osim molekula vode. Zagovornici homeopatije objašnjavaju ovaj paradoks konceptom koji se zove " vodena memorija“, prema kojoj voda na molekularnoj razini ima “pamćenje” na tvar koja je nekada bila u njoj otopljena te zadržava svojstva otopine izvorne koncentracije nakon što u njoj ne ostane niti jedna molekula sastojka.

Međunarodni tim znanstvenika predvođen profesoricom Madeleine Ennis sa Sveučilišta Queen u Belfastu, koji je kritizirao načela homeopatije, proveo je eksperiment 2002. godine kako bi opovrgao koncept jednom zauvijek. Rezultat je bio suprotan. Nakon čega su znanstvenici izjavili da su uspjeli dokazati realnost učinka “ vodena memorija" Međutim, eksperimenti provedeni pod nadzorom neovisnih stručnjaka nisu donijeli rezultate. Sporovi o postojanju fenomena " vodena memorija"nastaviti.

Voda ima još mnogo neobičnih svojstava o kojima nismo govorili u ovom članku. Na primjer, gustoća vode mijenja se ovisno o temperaturi (gustoća leda manja je od gustoće vode); voda ima prilično visoku površinsku napetost; u tekućem stanju voda je složena i dinamički promjenjiva mreža klastera vode, a ponašanje klastera utječe na strukturu vode itd.

O ovim i mnogim drugim neočekivanim značajkama voda možete pročitati u članku “ Nenormalna svojstva vode“, čiji je autor Martin Chaplin, profesor na Sveučilištu u Londonu.