Video: qaysi suv tezroq muzlaydi - issiq yoki sovuq. Qaysi suv tezroq muzlaydi: issiqmi yoki sovuqmi? Bu nimaga bog'liq?

Assalomu alaykum, aziz qiziqarli faktlarni sevuvchilar. Bugun biz siz bilan bu haqda gaplashamiz. Ammo, menimcha, sarlavhada berilgan savol shunchaki bema'ni bo'lib tuyulishi mumkin - lekin har doim qat'iy belgilangan sinov tajribasiga emas, balki taniqli "sog'lom fikr" ga ishonish kerak. Keling, nima uchun issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlashini tushunishga harakat qilaylik?

Tarixiy fon

Sovuq va issiq suvni muzlatish masalasida Aristotelning asarlarida "hamma narsa toza emas" deb aytilgan, keyin F. Bekon, R. Dekart va J. Blek tomonidan shunga o'xshash eslatmalar qilingan. Yaqin tarixda bu ta'sir "Mpemba paradoksi" nomini oldi - Tanganikalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba, u xuddi shu savolni tashrif buyurgan fizika professoriga bergan.

Bolaning savoli o'z-o'zidan paydo bo'lmadi, balki oshxonada muzqaymoq aralashmalarini sovutish jarayonini shaxsiy kuzatishlari natijasida. Albatta, u erda bo'lgan sinfdoshlar maktab o'qituvchisi bilan birgalikda Mpembani kulib yuborishdi - ammo, professor D.Osbornning shaxsan o'tkazgan eksperimental sinovidan so'ng, Erastoni masxara qilish istagi ulardan "bug'lanib ketdi". Bundan tashqari, Mpemba professor bilan birgalikda 1969 yilda "Fizika ta'limi" jurnalida ushbu ta'sirning batafsil tavsifini nashr etdi va o'shandan beri yuqorida tilga olingan nom ilmiy adabiyotlarda mustahkamlangan.

Hodisaning mohiyati nimada?

Tajribani o'rnatish juda oddiy: qolgan barcha narsalar teng bo'lganda, bir xil yupqa devorli idishlar sinovdan o'tkaziladi, ularda qat'iy teng miqdorda suv bo'ladi, faqat haroratda farqlanadi. Kemalar muzlatgichga yuklanadi, shundan so'ng ularning har birida muz hosil bo'lgunga qadar vaqt qayd etiladi. Paradoks shundaki, dastlab issiqroq suyuqlik bo'lgan idishda bu tezroq sodir bo'ladi.

Zamonaviy fizika buni qanday tushuntiradi?

Paradoksning universal izohi yo'q, chunki bir nechta parallel jarayonlar birgalikda sodir bo'ladi, ularning hissasi aniq boshlang'ich sharoitlarga qarab o'zgarishi mumkin - lekin bir xil natija bilan:

• suyuqlikning super sovutish qobiliyati - dastlab sovuq suv o'ta sovutishga ko'proq moyil bo'ladi, ya'ni. uning harorati muzlash nuqtasidan past bo'lganida suyuq bo'lib qoladi
• tezlashtirilgan sovutish - issiq suvdan bug 'muz mikrokristallariga aylanadi, ular orqaga tushganda, qo'shimcha "tashqi issiqlik almashinuvchisi" sifatida ishlashni tezlashtiradi.
• izolyatsiya effekti - issiq suvdan farqli o'laroq, sovuq suv yuqoridan muzlaydi, bu esa konveksiya va radiatsiya orqali issiqlik uzatishning pasayishiga olib keladi.

Boshqa bir qator tushuntirishlar mavjud (oxirgi marta Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyati eng yaxshi gipoteza uchun tanlovni yaqinda, 2012 yilda o'tkazgan) - lekin hali ham kirish shartlari kombinatsiyasining barcha holatlari uchun aniq bir nazariya yo'q...

Mpemba effekti(Mpemba paradoksi) paradoks bo'lib, ba'zi sharoitlarda issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlaydi, garchi u muzlash jarayonida sovuq suv haroratidan o'tishi kerak. Bu paradoks odatiy g'oyalarga zid bo'lgan eksperimental haqiqat bo'lib, unga ko'ra, bir xil sharoitlarda, ko'proq isitiladigan tananing bir xil haroratgacha sovishi uchun kamroq isitiladigan tananing ma'lum bir haroratgacha sovishi uchun ko'proq vaqt kerak bo'ladi.

Bu hodisani bir vaqtning o'zida Aristotel, Frensis Bekon va Rene Dekart payqashgan, ammo 1963 yilda tanzaniyalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba issiq muzqaymoq aralashmasi sovuqdan tezroq muzlashini aniqlagan.

Tanzaniyadagi Magambi o'rta maktabi talabasi sifatida Erasto Mpemba oshpaz sifatida amaliy ish qilgan. U uyda muzqaymoq tayyorlashi kerak edi - sutni qaynatib, unda shakarni eritib, xona haroratiga qadar sovutib, keyin muzlatish uchun muzlatgichga qo'ying. Ko'rinishidan, Mpemba juda tirishqoq talaba emas edi va topshiriqning birinchi qismini bajarishni kechiktirdi. Dars oxirigacha yetib bormasligidan qo‘rqib, haligi issiq sutni muzlatgichga qo‘ydi. Ajablanarlisi shundaki, u berilgan texnologiya bo'yicha tayyorlangan o'rtoqlarining sutidan ham erta muzlab qoldi.

Shundan so'ng Mpemba nafaqat sut, balki oddiy suv bilan ham tajriba o'tkazdi. Qanday bo'lmasin, u Mkvava o'rta maktabining talabasi sifatida Dar Es-Salamdagi Universitet kolleji professori Dennis Osborndan (maktab direktori talabalarga fizika bo'yicha ma'ruza o'qish uchun taklif qilingan) suv haqida so'radi: "Agar siz suv hajmi teng bo'lgan ikkita bir xil idish, shunda ularning birida suv harorati 35 ° C, ikkinchisida esa - 100 ° C bo'ladi va ularni muzlatgichga qo'ying, keyin ikkinchisida suv tezroq muzlaydi. Nega? Osborn bu masala bilan qiziqib qoldi va tez orada, 1969 yilda u Mpemba bilan birga o'zlarining tajribalari natijalarini Physics Education jurnalida nashr etishdi. O'shandan beri ular kashf etgan effekt deyiladi Mpemba effekti.

Hozirgacha hech kim bu g'alati ta'sirni qanday tushuntirishni aniq bilmaydi. Olimlar ko'p bo'lsa-da, bitta versiyaga ega emaslar. Hammasi issiq va sovuq suvning xossalaridagi farq haqida, lekin bu holatda qaysi xususiyatlar muhim rol o'ynashi hali aniq emas: o'ta sovutish, bug'lanish, muz hosil bo'lish, konveksiya yoki suyultirilgan gazlarning suvga ta'siri. turli haroratlar.

Mpemba effektining paradoksi shundaki, tananing atrof-muhit haroratiga qadar sovishi vaqti bu tana va atrof-muhit o'rtasidagi harorat farqiga mutanosib bo'lishi kerak. Bu qonun Nyuton tomonidan o'rnatilgan va shundan beri amalda ko'p marta tasdiqlangan. Bunday ta'sirda 100 ° S haroratli suv 35 ° S haroratli bir xil miqdordagi suvga qaraganda 0 ° C haroratgacha tezroq soviydi.

Biroq, bu hali paradoksni anglatmaydi, chunki Mpemba effekti ma'lum fizika doirasida tushuntirilishi mumkin. Mpemba effekti uchun ba'zi tushuntirishlar:

Bug'lanish

Issiq suv idishdan tezroq bug'lanadi va shu bilan uning hajmini pasaytiradi va bir xil haroratda kichikroq suv tezroq muzlaydi. 100 C gacha qizdirilgan suv 0 S ga sovutilganda massasining 16% ni yo'qotadi.

Bug'lanish effekti ikki tomonlama ta'sirga ega. Birinchidan, sovutish uchun zarur bo'lgan suv massasi kamayadi. Va ikkinchidan, suv fazasidan bug 'fazasiga o'tishning bug'lanish issiqligining pasayishi tufayli harorat pasayadi.

Harorat farqi

Issiq suv va sovuq havo o'rtasidagi harorat farqi kattaroq bo'lganligi sababli, bu holda issiqlik almashinuvi yanada qizg'in va issiq suv tezroq soviydi.

Gipotermiya

Suv 0 C dan pastga soviganida, u har doim ham muzlamaydi. Ba'zi sharoitlarda u haddan tashqari sovutishdan o'tishi mumkin, muzlashdan past haroratlarda suyuq bo'lib qoladi. Ba'zi hollarda suv -20 C haroratda ham suyuq holatda qolishi mumkin.

Bunday ta'sirning sababi shundaki, birinchi muz kristallari shakllana boshlashi uchun kristall hosil bo'lish markazlari kerak. Agar ular suyuq suvda bo'lmasa, u holda kristallar o'z-o'zidan paydo bo'ladigan harorat etarli darajada pasayguncha o'ta sovutish davom etadi. Ular haddan tashqari sovutilgan suyuqlikda shakllana boshlaganda, ular tezroq o'sib, muz hosil qilish uchun muzlashadigan shilimshiq muz hosil qiladi.

Issiq suv gipotermiyaga eng ko'p ta'sir qiladi, chunki uni isitish erigan gazlar va pufakchalarni olib tashlaydi, bu esa o'z navbatida muz kristallari shakllanishi uchun markaz bo'lib xizmat qilishi mumkin.

Nima uchun hipotermiya issiq suvning tezroq muzlashiga olib keladi? Haddan tashqari sovutilmagan sovuq suvda quyidagilar sodir bo'ladi. Bunday holda, idish yuzasida yupqa muz qatlami hosil bo'ladi. Ushbu muz qatlami suv va sovuq havo o'rtasida izolyator vazifasini bajaradi va keyingi bug'lanishni oldini oladi. Bu holda muz kristallarining hosil bo'lish tezligi past bo'ladi. Issiq suv o'ta sovutishga duchor bo'lsa, o'ta sovutilgan suv muzning himoya sirt qatlamiga ega emas. Shuning uchun u ochiq tepa orqali issiqlikni tezroq yo'qotadi.

Supercooling jarayoni tugagach va suv muzlaganda, ko'proq issiqlik yo'qoladi va shuning uchun ko'proq muz hosil bo'ladi.

Ushbu ta'sirning ko'plab tadqiqotchilari gipotermiyani Mpemba effekti holatida asosiy omil deb hisoblashadi.

Konvektsiya

Sovuq suv yuqoridan muzlay boshlaydi, shu bilan issiqlik radiatsiyasi va konvektsiya jarayonlarini yomonlashtiradi va shuning uchun issiqlik yo'qotadi, issiq suv esa pastdan muzlay boshlaydi.

Bu ta'sir suv zichligidagi anomaliya bilan izohlanadi. Suv 4 C da maksimal zichlikka ega. Agar siz suvni 4 C ga sovutib, uni pastroq haroratga qo'ysangiz, suvning sirt qatlami tezroq muzlaydi. Bu suv 4 C haroratda suvdan kamroq zichroq bo'lgani uchun u sirtda qolib, nozik sovuq qatlam hosil qiladi. Bunday sharoitda qisqa vaqt ichida suv yuzasida yupqa muz qatlami hosil bo'ladi, lekin bu muz qatlami 4 C haroratda qoladigan suvning pastki qatlamlarini himoya qiluvchi izolyator bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun keyingi sovutish jarayoni sekinroq bo'ladi.

Issiq suv bo'lsa, vaziyat butunlay boshqacha. Suvning sirt qatlami bug'lanish va katta harorat farqi tufayli tezroq soviydi. Bundan tashqari, sovuq suv qatlamlari issiq suv qatlamlariga qaraganda zichroqdir, shuning uchun sovuq suv qatlami pastga tushib, iliq suv qatlamini yuzaga ko'taradi. Suvning bunday aylanishi haroratning tez pasayishini ta'minlaydi.

Lekin nima uchun bu jarayon muvozanat nuqtasiga etib bormaydi? Mpemba effektini konvektsiya nuqtai nazaridan tushuntirish uchun suvning sovuq va issiq qatlamlari ajralib turadi va suvning o'rtacha harorati 4 C dan pastga tushgandan keyin konveksiya jarayonining o'zi davom etadi deb taxmin qilish kerak.

Biroq, bu gipotezani tasdiqlovchi eksperimental dalillar yo'q, suvning sovuq va issiq qatlamlari konveksiya jarayoni bilan ajralib turadi.

Suvda erigan gazlar

Suvda doimo erigan gazlar - kislorod va karbonat angidrid mavjud. Bu gazlar suvning muzlash nuqtasini kamaytirish qobiliyatiga ega. Suv qizdirilganda, bu gazlar suvdan ajralib chiqadi, chunki ularning suvda eruvchanligi yuqori haroratlarda past bo'ladi. Shuning uchun, issiq suv soviganida, u har doim isitilmaydigan sovuq suvga qaraganda kamroq erigan gazlarni o'z ichiga oladi. Shuning uchun isitiladigan suvning muzlash nuqtasi yuqoriroq va u tezroq muzlaydi. Bu omil ba'zan Mpemba effektini tushuntirishda asosiy omil hisoblanadi, garchi bu faktni tasdiqlovchi eksperimental ma'lumotlar yo'q.

Issiqlik o'tkazuvchanligi

Sovutgich kamerasining muzlatgichiga kichik idishlarda suv qo'yilganda bu mexanizm muhim rol o'ynashi mumkin. Bunday sharoitda issiq suv idishi ostidagi muzlatgichdagi muzni eritishi va shu bilan muzlatgich devori bilan issiqlik aloqasi va issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashi kuzatilgan. Natijada, issiqlik issiq suv idishidan sovuqdan tezroq chiqariladi. O'z navbatida, sovuq suvli idish ostidagi qorni eritmaydi.

Bularning barchasi (shuningdek, boshqa) shartlar ko'plab tajribalarda o'rganilgan, ammo ularning qaysi biri Mpemba effektini yuz foiz ko'paytirishni ta'minlaydi degan savolga aniq javob olinmagan.

Masalan, 1995 yilda nemis fizigi David Auerbax bu ta'sirga o'ta sovutish suvining ta'sirini o'rgangan. U haddan tashqari sovutilgan holatga kelgan issiq suv sovuq suvga qaraganda yuqori haroratda muzlashini va shuning uchun ikkinchisidan tezroq muzlashini aniqladi. Ammo sovuq suv issiq suvga qaraganda tezroq sovutilgan holatga etadi va shu bilan oldingi kechikishni qoplaydi.

Bundan tashqari, Auerbachning natijalari issiq suv kamroq kristallanish markazlari tufayli ko'proq super sovutishga erisha olganligi haqidagi oldingi ma'lumotlarga zid edi. Suv qizdirilganda undan erigan gazlar chiqariladi, qaynatilganda esa unda erigan ba'zi tuzlar cho'kadi.

Hozircha faqat bitta narsani aytish mumkin - bu ta'sirning ko'payishi tajriba o'tkaziladigan shartlarga bog'liq. To'g'ri, chunki u har doim ham takrorlanmaydi.

Qaysi suv tezroq, issiq yoki sovuq muzlashiga ta'sir qiluvchi ko'plab omillar mavjud, ammo savolning o'zi biroz g'alati tuyuladi. Buning ma'nosi va bu fizikadan ma'lumki, issiq suv muzga aylanishi uchun solishtirilayotgan sovuq suv haroratiga qadar sovishi uchun hali vaqt kerak. Sovuq suv bu bosqichni o'tkazib yuborishi mumkin va shunga ko'ra u vaqtni oladi.

Ammo sovuqda qaysi suv tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi, degan savolga javobni shimoliy kengliklarning har qanday aholisi biladi. Darhaqiqat, ilmiy jihatdan, har qanday holatda ham sovuq suv tezroq muzlashi kerakligi ma'lum bo'ldi.

1963 yilda maktab o'quvchisi Erasto Mpemba murojaat qilgan fizika o'qituvchisi kelajakdagi muzqaymoqning sovuq aralashmasi nima uchun shunga o'xshash, ammo issiq muzqaymoqqa qaraganda uzoqroq muzlashini tushuntirish iltimosi bilan xuddi shunday fikrda edi.

"Bu universal fizika emas, balki Mpemba fizikasining bir turi"

O'sha paytda o'qituvchi bunga faqat kuldi, lekin bir vaqtlar Erasto o'qigan maktabga tashrif buyurgan fizika professori Denis Osborne bunday effekt mavjudligini eksperimental ravishda tasdiqladi, garchi o'sha paytda buning uchun hech qanday izoh yo'q edi. 1969 yilda bu ikki kishining qo'shma maqolasi ushbu o'ziga xos ta'sirni tasvirlab bergan mashhur ilmiy jurnalda nashr etildi.

O'shandan beri, aytmoqchi, qaysi suv tezroq muzlashadi - issiqmi yoki sovuqmi - o'z nomiga ega - Mpemba effekti yoki paradoks.

Savol uzoq vaqtdan beri mavjud

Tabiiyki, bunday hodisa avval ham bo'lgan va boshqa olimlarning ishlarida ham tilga olingan. Bu masala nafaqat maktab o'quvchisini qiziqtirdi, balki bir vaqtning o'zida Rene Dekart va hatto Aristotel ham bu haqda o'ylagan.

Ammo ular bu paradoksni hal qilish yo'llarini faqat yigirmanchi asrning oxirida izlay boshladilar.

Paradoksning yuzaga kelishi uchun shartlar

Muzqaymoq kabi, tajriba davomida muzlab qoladigan oddiy suv emas. Qaysi suv tezroq muzlashi haqida bahslashishni boshlash uchun ma'lum shartlar mavjud bo'lishi kerak - sovuq yoki issiq. Ushbu jarayonning borishiga nima ta'sir qiladi?

Endi, 21-asrda, bu paradoksni tushuntira oladigan bir nechta variantlar ilgari surildi. Qaysi suv tezroq muzlaydi, issiq yoki sovuq, uning bug'lanish tezligi sovuq suvga qaraganda yuqori ekanligiga bog'liq bo'lishi mumkin. Shunday qilib, uning hajmi kamayadi va hajmi kamayishi bilan muzlash vaqti sovuq suvning bir xil boshlang'ich hajmini olganimizdan ko'ra qisqaroq bo'ladi.

Muzlatgichni muzdan tushirganingizdan beri biroz vaqt o'tdi.

Qaysi suv tezroq muzlaydi va nima uchun bu sodir bo'lishiga tajriba uchun ishlatiladigan muzlatgichning muzlatgichida bo'lishi mumkin bo'lgan qor qoplamasi ta'sir qilishi mumkin. Agar siz hajmi jihatidan bir xil bo'lgan ikkita idishni olsangiz, lekin ulardan birida issiq suv, ikkinchisida sovuq suv bo'lsa, issiq suvli idish ostidagi qorni eritib, sovutgich devori bilan issiqlik darajasining aloqasini yaxshilaydi. . Sovuq suvli idish buni qila olmaydi. Sovutgich kamerasida qor bilan qoplangan bunday qoplama bo'lmasa, sovuq suv tezroq muzlashi kerak.

Yuqori - pastki

Shuningdek, suvning tezroq muzlashi hodisasi - issiq yoki sovuq - quyidagicha izohlanadi. Muayyan qonunlarga rioya qilgan holda, sovuq suv yuqori qatlamlardan muzlay boshlaydi, issiq suv esa aksincha, pastdan yuqoriga muzlay boshlaydi. Ma'lum bo'lishicha, sovuq suv tepasida sovuq qatlam bo'lib, joylarda allaqachon hosil bo'lgan muz konvektsiya va termal nurlanish jarayonlarini yomonlashtiradi va shu bilan qaysi suv tezroq muzlashini tushuntiradi - sovuq yoki issiq. Havaskor tajribalardan olingan fotosuratlar ilova qilingan va bu bu erda aniq ko'rinadi.

Issiqlik o'chadi, yuqoriga ko'tariladi va u erda juda salqin qatlam bilan uchrashadi. Issiqlik nurlanishi uchun erkin yo'l yo'q, shuning uchun sovutish jarayoni qiyinlashadi. Issiq suvning yo'lida bunday to'siqlar mutlaqo yo'q. Qaysi biri tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi, ehtimol natijani nima belgilaydi?

Suvdagi aralashmalar natijaga ta'sir qiluvchi omil sifatida

Agar siz aldamasangiz va ba'zi moddalarning konsentratsiyasi bir xil bo'lgan bir xil tarkibdagi suvdan foydalanmasangiz, sovuq suv tezroq muzlashi kerak. Ammo agar erigan kimyoviy elementlar faqat issiq suvda mavjud bo'lsa va sovuq suvda ular bo'lmasa, issiq suv avvalroq muzlash imkoniyatiga ega. Buning sababi shundaki, suvda erigan moddalar kristallanish markazlarini hosil qiladi va bu markazlarning kichik soni bilan suvning qattiq holatga aylanishi qiyin. Hatto suv noldan past haroratlarda suyuq holatda bo'ladi degan ma'noda super sovutilishi mumkin.

Ammo bu versiyalarning barchasi, aftidan, olimlarga to'liq mos kelmadi va ular bu masala ustida ishlashni davom ettirdilar. 2013-yilda Singapurdagi tadqiqotchilar guruhi asriy sirni yechganini aytishdi.

Bir guruh xitoylik olimlarning ta'kidlashicha, bu ta'sirning siri vodorod bog'lari deb ataladigan bog'lardagi suv molekulalari o'rtasida to'plangan energiya miqdorida.

Xitoy olimlarining javobi

Quyida qaysi suv tezroq muzlashini tushunish uchun kimyo haqida ma'lumotga ega bo'lishingiz kerak bo'lgan ma'lumot - issiq yoki sovuq. Ma'lumki, u ikkita H (vodorod) atomidan va bir O (kislorod) atomidan iborat bo'lib, ular kovalent bog'lanish bilan bog'langan.

Shu bilan birga, bitta molekulaning vodorod atomlari qo'shni molekulalarga, ularning kislorod komponentiga tortiladi. Bu bog'lanishlar vodorod bog'lari deyiladi.

Shuni esda tutish kerakki, bir vaqtning o'zida suv molekulalari bir-biriga itarish ta'siriga ega. Olimlarning ta'kidlashicha, suv qizdirilganda uning molekulalari orasidagi masofa oshadi va bunga itaruvchi kuchlar yordam beradi. Ma’lum bo‘lishicha, sovuq holatda molekulalar o‘rtasida bir xil masofani egallab, ular cho‘zilgan deyish mumkin va ular ko‘proq energiya zaxirasiga ega bo‘ladi. Aynan shu energiya zahirasi suv molekulalari bir-biriga yaqinlasha boshlaganda chiqariladi, ya'ni sovutish sodir bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, issiq suvda ko'proq energiya zahirasi va uni noldan past haroratgacha sovutganda ko'proq ajralib chiqishi sovuq suvga qaraganda tezroq sodir bo'ladi, bunday energiya kamroq zaxiraga ega. Xo'sh, qaysi suv tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi? Ko'chada va laboratoriyada Mpemba paradoksi paydo bo'lishi kerak va issiq suv tezroq muzga aylanishi kerak.

Ammo savol hali ham ochiq

Ushbu yechimning faqat nazariy tasdig'i bor - bularning barchasi chiroyli formulalarda yozilgan va ishonchli ko'rinadi. Ammo suvning tezroq muzlashi - issiq yoki sovuq bo'lgan eksperimental ma'lumotlar amalda qo'llanilsa va ularning natijalari taqdim etilsa, Mpemba paradoksi haqidagi savolni yopiq deb hisoblash mumkin.

21.11.2017 11.10.2018 Aleksandr Firtsev

« Qaysi suv tezroq muzlaydi, sovuqmi yoki issiqmi?"- do'stlaringizga savol berishga harakat qiling, ehtimol ularning ko'plari sovuq suv tezroq muzlaydi deb javob berishadi - va ular xato qilishadi.

Haqiqatan ham, agar siz bir vaqtning o'zida bir xil shakl va hajmdagi ikkita idishni muzlatgichga qo'ysangiz, ulardan biri sovuq suv, ikkinchisi esa issiq bo'lsa, u holda tezroq muzlaydi issiq suv.

Bunday bayonot bema'ni va asossiz bo'lib tuyulishi mumkin. Agar siz mantiqqa amal qilsangiz, issiq suv avval sovuq suv haroratiga qadar sovishi kerak va sovuq suv bu vaqtda allaqachon muzga aylanishi kerak.

Xo'sh, nima uchun issiq suv muzlash yo'lida sovuq suvni uradi? Keling, buni tushunishga harakat qilaylik.

Kuzatishlar va tadqiqotlar tarixi

Odamlar bu paradoksal ta'sirni qadim zamonlardan beri kuzatishgan, ammo hech kim bunga katta ahamiyat bermagan. Shunday qilib, Arestu, shuningdek, Rene Dekart va Frensis Bekon o'z eslatmalarida sovuq va issiq suvning muzlash tezligidagi nomuvofiqliklarni qayd etdilar. Kundalik hayotda g'ayrioddiy hodisa tez-tez paydo bo'ldi.

Uzoq vaqt davomida bu hodisa hech qanday tarzda o'rganilmagan va olimlar orasida katta qiziqish uyg'otmagan.

Ushbu g'ayrioddiy effektni o'rganish 1963 yilda, tanzaniyalik Erasto Mpemba ismli qiziquvchan maktab o'quvchisi muzqaymoq uchun issiq sut sovuq sutga qaraganda tezroq muzlashini payqaganida boshlangan. G'ayrioddiy ta'sirning sabablarini tushuntirishga umid qilgan yigit maktabdagi fizika o'qituvchisidan so'radi. Biroq, o'qituvchi uning ustidan kuldi.

Keyinchalik Mpemba tajribani takrorladi, lekin o'z tajribasida u endi sutdan emas, balki suvdan foydalandi va paradoksal effekt yana takrorlandi.

6 yil o'tgach, 1969 yilda Mpemba bu savolni o'z maktabiga kelgan fizika professori Dennis Osbornga berdi. Professor yigitning kuzatuvi bilan qiziqdi va natijada ta'sir mavjudligini tasdiqlovchi tajriba o'tkazildi, ammo bu hodisaning sabablari aniqlanmagan.

O'shandan beri bu hodisa deyiladi Mpemba effekti.

Ilmiy kuzatishlar tarixi davomida hodisaning sabablari haqida ko'plab farazlar ilgari surilgan.

Shunday qilib, 2012 yilda Britaniya Qirollik Kimyo Jamiyati Mpemba effektini tushuntiruvchi farazlar tanlovini e'lon qiladi. Tanlovda jami 22 000 ta ilmiy maqolalar roʻyxatga olingan. Juda ta'sirli maqolalar soniga qaramay, ularning hech biri Mpemba paradoksiga aniqlik keltirmadi.

Eng keng tarqalgan versiya issiq suvning tezroq muzlashi edi, chunki u shunchaki tezroq bug'lanadi, uning hajmi kichikroq bo'ladi va hajmi kamayishi bilan uning sovutish tezligi oshadi. Eng keng tarqalgan versiya oxir-oqibat rad etildi, chunki bug'lanish istisno qilingan tajriba o'tkazildi, ammo ta'sir shunga qaramay tasdiqlandi.

Boshqa olimlar Mpemba effektining sababi suvda erigan gazlarning bug'lanishi deb hisoblashgan. Ularning fikricha, isitish jarayonida suvda erigan gazlar bug'lanadi, buning natijasida u sovuq suvga qaraganda yuqori zichlikka ega bo'ladi. Ma'lumki, zichlikning oshishi suvning fizik xususiyatlarining o'zgarishiga (issiqlik o'tkazuvchanligining oshishi) va shuning uchun sovutish tezligining oshishiga olib keladi.

Bundan tashqari, haroratga qarab suv aylanish tezligini tavsiflovchi bir qator farazlar ilgari surilgan. Ko'pgina tadqiqotlar suyuqlik joylashgan idishlarning materiallari o'rtasidagi munosabatlarni o'rnatishga harakat qildi. Ko'pgina nazariyalar juda asosli bo'lib tuyuldi, ammo ular dastlabki ma'lumotlarning etishmasligi, boshqa tajribalardagi qarama-qarshiliklar yoki aniqlangan omillarni oddiygina suvning sovish tezligi bilan solishtirish mumkin emasligi sababli ilmiy jihatdan tasdiqlana olmadi. Ba'zi olimlar o'z ishlarida ta'sirning mavjudligini shubha ostiga olishdi.

2013-yilda Singapurdagi Nanyang texnologiya universiteti tadqiqotchilari Mpemba effekti sirini yechganliklarini daʼvo qilishdi. Ularning tadqiqotlariga ko'ra, hodisaning sababi sovuq va issiq suv molekulalari o'rtasidagi vodorod aloqalarida saqlanadigan energiya miqdori sezilarli darajada farq qilishidadir.

Kompyuterda modellashtirish usullari quyidagi natijalarni ko'rsatdi: suvning harorati qanchalik baland bo'lsa, itaruvchi kuchlar ortib borishi sababli molekulalar orasidagi masofa shunchalik katta bo'ladi. Natijada, molekulalarning vodorod aloqalari cho'zilib, ko'proq energiya saqlaydi. Sovutganda molekulalar bir-biriga yaqinlasha boshlaydi va vodorod aloqalaridan energiya chiqaradi. Bunday holda, energiyaning chiqishi haroratning pasayishi bilan birga keladi.

2017-yil oktabr oyida ispan fiziklari yana bir tadqiqot davomida, ta'sirning shakllanishida asosiy rolni moddani muvozanatdan olib tashlash (kuchli sovutishdan oldin kuchli isitish) o'ynashini aniqladilar. Ular ta'sirning yuzaga kelish ehtimoli maksimal bo'lgan sharoitlarni aniqladilar. Bundan tashqari, ispaniyalik olimlar teskari Mpemba effekti mavjudligini tasdiqladilar. Ular qizdirilganda sovuqroq namuna issiqroqdan ko'ra tezroq yuqori haroratga yetishi mumkinligini aniqladilar.

Keng qamrovli ma'lumotlar va ko'plab tajribalarga qaramay, olimlar ta'sirni o'rganishni davom ettirish niyatida.

Haqiqiy hayotda Mpemba effekti

Hech o'ylab ko'rganmisiz, nima uchun qishda konkida sovuq emas, balki issiq suv to'ldiriladi? Siz allaqachon tushunganingizdek, ular buni qilishadi, chunki issiq suv bilan to'ldirilgan konkida sovuq suv bilan to'ldirilganidan ko'ra tezroq muzlashadi. Xuddi shu sababga ko'ra, qishki muz shaharlarida slaydlarga issiq suv quyiladi.

Shunday qilib, hodisaning mavjudligini bilish odamlarga qishki sport turlari uchun saytlarni tayyorlashda vaqtni tejash imkonini beradi.

Bundan tashqari, Mpemba effekti ba'zan sanoatda suvni o'z ichiga olgan mahsulotlar, moddalar va materiallarning muzlash vaqtini kamaytirish uchun ishlatiladi.

Suv- kimyoviy nuqtai nazardan juda oddiy modda, ammo u olimlarni hayratda qoldiradigan bir qator g'ayrioddiy xususiyatlarga ega. Quyida kam odam biladigan bir nechta faktlar keltirilgan.

1. Qaysi suv tezroq muzlaydi - sovuqmi yoki issiqmi?

Keling, ikkita idishni suv bilan olaylik: biriga issiq suv, ikkinchisiga sovuq suv quying va muzlatgichga qo'ying. Issiq suv sovuq suvga qaraganda tezroq muzlaydi, garchi mantiqan sovuq suv avval muzga aylanishi kerak edi: axir, issiq suv avval sovuq haroratgacha sovib, keyin muzga aylanishi kerak, sovuq suv esa sovishi shart emas. Nima uchun bu sodir bo'lmoqda?

1963 yilda Erasto B. Mpemba ismli tanzaniyalik talaba muzqaymoq aralashmasini muzlatib ketayotganda, issiq aralashmaning muzlatgichda sovuqqa qaraganda tezroq qotib qolishini payqadi. Yigit o‘z kashfiyotini fizika o‘qituvchisi bilan o‘rtoqlashganida, u faqat uning ustidan kulardi. Yaxshiyamki, talaba qat'iyatli edi va o'qituvchini tajriba o'tkazishga ishontirdi, bu uning kashfiyotini tasdiqladi: ma'lum sharoitlarda issiq suv sovuq suvdan tezroq muzlaydi.

Endi issiq suvning sovuq suvga qaraganda tezroq muzlashi hodisasi "deb ataladi. Mpemba effekti" To'g'ri, undan ancha oldin suvning bu noyob xususiyati Aristotel, Frensis Bekon va Rene Dekart tomonidan qayd etilgan.

Olimlar haligacha bu hodisaning mohiyatini to'liq tushunib yetmaganlar va uni haddan tashqari sovutish, bug'lanish, muz hosil bo'lish, konveksiyadagi farq bilan yoki suyultirilgan gazlarning issiq va sovuq suvga ta'siri bilan izohlashadi.

2. Bir zumda muzlashi mumkin

Buni hamma biladi suv har doim 0 ° C ga sovutilganda muzga aylanadi ... ba'zi istisnolar bilan! Bunday holatlarga misol qilib supersovutishni keltirish mumkin, bu juda toza suvning muzlashdan past darajagacha sovutilganda ham suyuqligicha qolishi xususiyatidir. Bu hodisa muhitda muz kristallari hosil bo'lishiga olib keladigan kristallanish markazlari yoki yadrolari mavjud emasligi tufayli mumkin bo'ldi. Shunday qilib, suv nol darajadan pastga sovutilganda ham suyuq holatda qoladi.

Kristallanish jarayoni masalan, gaz pufakchalari, aralashmalar (ifloslantiruvchi moddalar) yoki idishning notekis yuzasi sabab bo'lishi mumkin. Ularsiz suv suyuq holatda qoladi. Kristallanish jarayoni boshlanganda, siz o'ta sovutilgan suvning bir zumda muzga aylanishini kuzatishingiz mumkin.

E'tibor bering, "o'ta qizdirilgan" suv, hatto qaynoq nuqtasidan yuqori qizdirilganda ham suyuq bo'lib qoladi.

3. Suvning 19 ta holati

Hech ikkilanmasdan suvning necha xil holatini ayting? Agar siz uchta javob bergan bo'lsangiz: qattiq, suyuq, gaz, demak siz xato qildingiz. Olimlar suvning suyuq holatda kamida 5 ta holatini va muzlatilgan holda 14 ta holatini ajratadilar.

Juda sovutilgan suv haqidagi suhbatni eslaysizmi? Shunday qilib, nima qilsangiz ham, -38 °C da, hatto eng toza super sovutilgan suv ham birdan muzga aylanadi. Harorat yanada pasaysa nima bo'ladi? -120 °C da suv bilan g'alati narsa sodir bo'la boshlaydi: u melas kabi o'ta yopishqoq yoki yopishqoq bo'ladi va -135 ° C dan past haroratlarda u "shisha" yoki "shisha" suvga aylanadi - kristalli tuzilishga ega bo'lmagan qattiq modda. .

4. Suv fiziklarni hayratda qoldiradi

Molekulyar darajada suv yanada hayratlanarli. 1995 yilda olimlar tomonidan o'tkazilgan neytronlarning tarqalishi bo'yicha tajriba kutilmagan natija berdi: fiziklar suv molekulalariga qaratilgan neytronlar kutilganidan 25% kamroq vodorod protonlarini "ko'rishini" aniqladilar.

Ma'lum bo'lishicha, bir attosekund (10-18 soniya) tezlikda g'ayrioddiy kvant effekti sodir bo'ladi va uning o'rniga suvning kimyoviy formulasi. H2O, H1.5O ga aylanadi!

5. Suv xotirasi

Rasmiy tibbiyotga alternativa gomeopatiya preparatning suyultirilgan eritmasi, suyultirish omili shunchalik katta bo'lsa ham, eritmada suv molekulalaridan boshqa hech narsa qolmasa ham, organizmga shifobaxsh ta'sir ko'rsatishi mumkinligini aytadi. Gomeopatiya tarafdorlari bu paradoksni "deb nomlangan tushuncha bilan izohlaydilar. suv xotirasi", unga ko'ra, molekulyar darajadagi suv bir paytlar erigan moddaning "xotirasiga" ega va unda biron bir tarkibiy qism molekulasi qolmaganidan keyin dastlabki konsentratsiyali eritmaning xususiyatlarini saqlab qoladi.

Gomeopatiya tamoyillarini tanqid qilgan Belfastdagi Queen universiteti professori Madlen Ennis boshchiligidagi xalqaro olimlar jamoasi 2002 yilda bu tushunchani bir marta va butunlay inkor etish uchun tajriba o‘tkazdi. Natijada buning aksi bo'ldi. Shundan so'ng, olimlar ta'sirning haqiqatini isbotlay olishganini ta'kidladilar " suv xotirasi" Biroq, mustaqil ekspertlar nazorati ostida o'tkazilgan tajribalar natija bermadi. Fenomenning mavjudligi haqidagi bahslar " suv xotirasi"davom eting.

Suvning boshqa ko'plab noodatiy xususiyatlari bor, ular haqida biz ushbu maqolada gapirmaganmiz. Masalan, suvning zichligi haroratga qarab o'zgaradi (muzning zichligi suv zichligidan kamroq); suv ancha yuqori sirt tarangligiga ega; suyuq holatda suv murakkab va dinamik ravishda o'zgaruvchan suv klasterlari tarmog'i bo'lib, suvning tuzilishiga ta'sir qiladigan klasterlarning xatti-harakati va boshqalar.

Bu va boshqa ko'plab kutilmagan xususiyatlar haqida suv maqolasida o'qilishi mumkin " Suvning anomal xossalari”, London universiteti professori Martin Chaplin muallifi.