ሙቅ ውሃ በአየር ውስጥ ይቀዘቅዛል. ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ለምን ይቀዘቅዛል? የMpemba ውጤት

21.11.2017 11.10.2018 አሌክሳንደር ፈርትሴቭ

« የትኛው ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል, ቀዝቃዛ ወይም ሙቅ?"- ጓደኛዎችህን አንድ ጥያቄ ለመጠየቅ ሞክር ፣ ምናልባትም አብዛኛዎቹ ቀዝቃዛ ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል ብለው ይመልሱ - እና ስህተት ይሰራሉ።

እንደ እውነቱ ከሆነ, በአንድ ጊዜ ተመሳሳይ ቅርፅ እና መጠን ያላቸውን ሁለት እቃዎች በማቀዝቀዣው ውስጥ ካስቀመጡት አንዱ ቀዝቃዛ ውሃ እና ሌላ ሙቅ ይይዛል, ከዚያም በፍጥነት የሚቀዘቅዝ ሙቅ ውሃ ነው.

እንዲህ ዓይነቱ መግለጫ የማይረባ እና ምክንያታዊ ያልሆነ ሊመስል ይችላል. አመክንዮውን ከተከተሉ ሙቅ ውሃ በመጀመሪያ ወደ ቀዝቃዛ ውሃ ሙቀት ማቀዝቀዝ አለበት, እና ቀዝቃዛ ውሃ በዚህ ጊዜ ቀድሞውኑ ወደ በረዶነት መቀየር አለበት.

ታዲያ ሙቅ ውሃ ወደ በረዶነት በሚወስደው መንገድ ላይ ቀዝቃዛ ውሃን ለምን ይመታል? ለማወቅ እንሞክር።

የጥናት እና ምልከታ ታሪክ

ሰዎች ይህን ፓራዶክሲካል ተጽእኖ ከጥንት ጀምሮ ሲመለከቱት ኖረዋል፣ ነገር ግን ማንም ሰው ለዚህ ትልቅ ቦታ አልሰጠም። በመሆኑም አሬስቶትል፣ እንዲሁም ሬኔ ዴካርትስ እና ፍራንሲስ ቤከን በቀዝቃዛና ሙቅ ውሃ የመቀዝቀዝ መጠን ላይ ያለውን አለመመጣጠን በማስታወሻቸው ላይ ገልጸዋል። በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ ያልተለመደ ክስተት ብዙውን ጊዜ ታየ።

ለረጅም ጊዜ ክስተቱ በምንም መልኩ አልተመረመረም እና በሳይንቲስቶች መካከል ብዙ ፍላጎት አላሳየም.

የዚህ ያልተለመደ ውጤት ጥናት የጀመረው በ1963 ሲሆን በታንዛኒያ የሚኖር አንድ ጠያቂ ተማሪ ኤራስቶ ምፔምባ ለአይስክሬም የሚሆን ትኩስ ወተት ከቀዝቃዛ ወተት በበለጠ ፍጥነት እንደሚቀዘቅዝ አስተዋለ። ለወትሮው ያልተለመደው ውጤት ማብራሪያ ለማግኘት ተስፋ በማድረግ ወጣቱ በትምህርት ቤት የፊዚክስ መምህሩን ጠየቀ። ሆኖም መምህሩ ሳቀበት።

በኋላ, Mpemba ሙከራውን ደገመው, ነገር ግን በሙከራው ወተትን አልተጠቀመም, ነገር ግን ውሃ, እና አያዎ (ፓራዶክሲካል) ውጤቱ እንደገና ተደግሟል.

ከ 6 ዓመታት በኋላ በ 1969 ኤምፔምባ ይህን ጥያቄ ወደ ትምህርት ቤታቸው ለመጣው የፊዚክስ ፕሮፌሰር ዴኒስ ኦስቦርን ጠየቁ. ፕሮፌሰሩ በወጣቱ ምልከታ ላይ ፍላጎት ነበረው, እናም በውጤቱም, ውጤቱ መኖሩን የሚያረጋግጥ ሙከራ ተካሂዷል, ነገር ግን የዚህ ክስተት ምክንያቶች አልተረጋገጡም.

ከዚያን ጊዜ ጀምሮ ክስተቱ ተጠርቷል የMpemba ውጤት.

በሳይንሳዊ ምልከታዎች ታሪክ ውስጥ ስለ ክስተቱ መንስኤዎች ብዙ መላምቶች ቀርበዋል.

ስለዚህ እ.ኤ.አ. በ2012 የብሪቲሽ ሮያል ሶሳይቲ ኦፍ ኬሚስትሪ የMpemba ውጤትን የሚያብራሩ መላምቶችን ውድድር ያስታውቃል። በውድድሩ ከመላው አለም የተውጣጡ ሳይንቲስቶች የተሳተፉ ሲሆን በአጠቃላይ 22,000 ሳይንሳዊ ወረቀቶች ተመዝግበዋል። ምንም እንኳን በጣም አስደናቂ ቁጥር ያላቸው መጣጥፎች ቢኖሩም ፣ አንዳቸውም ቢሆኑ ለኤምፔምባ ፓራዶክስ ግልፅነት አላመጡም።

በጣም የተለመደው ስሪት ሙቅ ውሃ በፍጥነት ስለሚቀዘቅዝ ፣ በቀላሉ ስለሚተን ፣ መጠኑ አነስተኛ ይሆናል ፣ እና መጠኑ እየቀነሰ ሲሄድ የማቀዝቀዣው ፍጥነት ይጨምራል። በጣም የተለመደው እትም በመጨረሻ ውድቅ ሆኗል ምክንያቱም ትነት የተገለለበት ሙከራ ተካሂዶ ነበር፣ነገር ግን ውጤቱ ተረጋግጧል።

ሌሎች የሳይንስ ሊቃውንት የ Mpemba ተጽእኖ መንስኤ በውሃ ውስጥ የተሟሟት ጋዞች መትነን ነው ብለው ያምኑ ነበር. በእነሱ አስተያየት, በማሞቅ ሂደት ውስጥ, በውሃ ውስጥ የተሟሟት ጋዞች ይሟሟቸዋል, በዚህም ምክንያት ከቀዝቃዛ ውሃ የበለጠ ከፍተኛ ጥንካሬን ያገኛል. እንደሚታወቀው, ጥግግት መጨመር የውሃ አካላዊ ባህሪያት ላይ ለውጥ ይመራል (የሙቀት አማቂ conductivity መጨመር), እና ስለዚህ የማቀዝቀዣ መጠን መጨመር.

በተጨማሪም በሙቀት መጠን ላይ በመመርኮዝ የውሃ ዝውውሩን መጠን የሚገልጹ በርካታ መላምቶች ቀርበዋል. ብዙ ጥናቶች ፈሳሹ በሚገኝባቸው እቃዎች መካከል ያለውን ግንኙነት ለመመስረት ሞክረዋል. ብዙ ንድፈ ሐሳቦች በጣም አሳማኝ ይመስሉ ነበር፣ ነገር ግን በመነሻ መረጃ እጥረት፣ በሌሎች ሙከራዎች ውስጥ ባሉ ተቃርኖዎች፣ ወይም ተለይተው የሚታወቁት ነገሮች በቀላሉ ከውሃ የማቀዝቀዝ መጠን ጋር ሊነፃፀሩ ባለመቻላቸው በሳይንስ ሊረጋገጡ አልቻሉም። አንዳንድ የሳይንስ ሊቃውንት በስራቸው ውስጥ የውጤቱን መኖር ይጠራጠራሉ.

እ.ኤ.አ. በ 2013 በሲንጋፖር የናንያንግ ቴክኖሎጂ ዩኒቨርሲቲ ተመራማሪዎች የኤምፔምባ ተፅእኖን ምስጢር እንደፈቱ ተናግረዋል ። በምርምራቸው መሰረት ለክስተቱ ምክንያቱ በብርድ እና በሙቅ ውሃ ሞለኪውሎች መካከል ባለው የሃይድሮጂን ትስስር ውስጥ የተከማቸ የኃይል መጠን በጣም የተለየ በመሆኑ ነው ።

የኮምፒዩተር ሞዴሊንግ ዘዴዎች የሚከተሉትን ውጤቶች አሳይተዋል-የውሃው ሙቀት ከፍ ባለ መጠን አስጸያፊ ኃይሎች እየጨመረ በመምጣቱ በሞለኪውሎች መካከል ያለው ርቀት ይበልጣል. በዚህ ምክንያት የሞለኪውሎች ሃይድሮጂን ትስስር ተዘርግቶ የበለጠ ኃይልን ያከማቻል። በሚቀዘቅዙበት ጊዜ ሞለኪውሎቹ እርስ በርስ መቀራረብ ይጀምራሉ, ኃይልን ከሃይድሮጂን ቦንዶች ይለቃሉ. በዚህ ሁኔታ የኃይል መለቀቅ የሙቀት መጠን መቀነስ አብሮ ይመጣል.

እ.ኤ.አ. በጥቅምት 2017 የስፔን የፊዚክስ ሊቃውንት በሌላ ጥናት ውስጥ ውጤቱን በመፍጠር ረገድ ትልቅ ሚና የሚጫወተው አንድን ንጥረ ነገር በተመጣጣኝ ሁኔታ በማስወገድ ነው (ከጠንካራ ማቀዝቀዣ በፊት ጠንካራ ማሞቂያ)። ተፅዕኖው የመከሰት እድሉ ከፍተኛ የሆነበትን ሁኔታ ወስነዋል. በተጨማሪም ከስፔን የመጡ ሳይንቲስቶች የተገላቢጦሽ ኤምፔምባ ተፅዕኖ መኖሩን አረጋግጠዋል. በማሞቅ ጊዜ ቀዝቃዛ ናሙና ከሞቃታማው ይልቅ በፍጥነት ወደ ከፍተኛ ሙቀት ሊደርስ እንደሚችል ደርሰውበታል.

ምንም እንኳን አጠቃላይ መረጃ እና ብዙ ሙከራዎች ቢኖሩም ሳይንቲስቶች ውጤቱን ማጥናታቸውን ለመቀጠል ይፈልጋሉ።

በእውነተኛ ህይወት ውስጥ Mpemba ተጽእኖ

በክረምት ወቅት የበረዶ መንሸራተቻ ሜዳው በሙቅ ውሃ የተሞላ እንጂ ቀዝቃዛ ያልሆነው ለምን እንደሆነ አስበው ያውቃሉ? አስቀድመው እንደተረዱት, ይህን የሚያደርጉት በሞቀ ውሃ የተሞላ የበረዶ መንሸራተቻ ሜዳ በቀዝቃዛ ውሃ ከተሞላው በበለጠ ፍጥነት ስለሚቀዘቅዝ ነው. በተመሳሳይ ምክንያት በክረምት የበረዶ ከተሞች ውስጥ ሙቅ ውሃ ወደ ስላይዶች ውስጥ ይፈስሳል.

ስለዚህ ስለ ክስተቱ መኖር እውቀት ሰዎች ለክረምት ስፖርቶች ቦታዎችን ሲያዘጋጁ ጊዜን እንዲቆጥቡ ያስችላቸዋል.

በተጨማሪም የሜፔምባ ተጽእኖ አንዳንድ ጊዜ በኢንዱስትሪ ውስጥ ምርቶችን, ንጥረ ነገሮችን እና ውሃን የያዙ ቁሳቁሶችን የመቀዝቀዝ ጊዜን ለመቀነስ ያገለግላል.

የMpemba ውጤት(Mpemba's Paradox) - ይህ አያዎ (ፓራዶክስ) በአንዳንድ ሁኔታዎች ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ይቀዘቅዛል, ምንም እንኳን በማቀዝቀዣው ሂደት ውስጥ ቀዝቃዛ የውሃ ሙቀትን ማለፍ አለበት. ይህ አያዎ (ፓራዶክስ) ከተለመዱት ሀሳቦች ጋር የሚቃረን የሙከራ እውነታ ነው, በተመሳሳይ ሁኔታ, የበለጠ ሞቃት አካል ወደ አንድ የሙቀት መጠን ለማቀዝቀዝ ብዙ ጊዜ ይወስዳል.

ይህ ክስተት በአንድ ወቅት በአርስቶትል፣ ፍራንሲስ ቤከን እና ሬኔ ዴካርት አስተውለው ነበር፣ ነገር ግን በ1963 ታንዛኒያዊ የትምህርት ቤት ተማሪ ኤራስቶ ምፔምባ የጋለ አይስክሬም ድብልቅ ከቀዝቃዛው በበለጠ ፍጥነት እንደሚቀዘቅዝ ያወቀው።

በታንዛኒያ የማጋምቢ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ተማሪ በነበረበት ጊዜ ኤራስቶ ምፔምባ በምግብ ማብሰል ሥራ ይሠራል። በቤት ውስጥ የተሰራ አይስክሬም ማዘጋጀት ያስፈልገዋል - ወተትን ቀቅለው, ስኳርን በውስጡ ይቀልጡት, ወደ ክፍሉ ሙቀት ያቀዘቅዙ እና ከዚያም ለማቀዝቀዝ በማቀዝቀዣ ውስጥ ያስቀምጡት. በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው ኤምፔምባ በተለይ ትጉ ተማሪ አልነበረም እና የተግባሩን የመጀመሪያ ክፍል ለማጠናቀቅ ዘግይቷል። በትምህርቱ መጨረሻ ላይ እንደማይደርሰው በመፍራት አሁንም ትኩስ ወተት በማቀዝቀዣ ውስጥ አስቀመጠ. የሚገርመው፣ በተሰጠው ቴክኖሎጂ መሰረት ከተዘጋጀው ከጓዶቹ ወተት ቀደም ብሎ ቀዘቀዘ።

ከዚህ በኋላ ኤምፔምባ በወተት ብቻ ሳይሆን በተለመደው ውሃም ሞክሯል. ያም ሆነ ይህ፣ ቀደም ሲል በምክዋቫ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ተማሪ በነበረበት ወቅት፣ ከዳር ኤስ ሰላም ዩኒቨርሲቲ ኮሌጅ ፕሮፌሰር ዴኒስ ኦስቦርን (በትምህርት ቤቱ ዳይሬክተር ለተማሪዎቹ የፊዚክስ ትምህርት እንዲሰጡ ተጋብዘዋል) በተለይም ስለ ውሃ፡- “ከወሰዱ ተመሳሳይ መጠን ያለው ውሃ ያላቸው ሁለት ተመሳሳይ እቃዎች በአንደኛው ውስጥ ውሃው 35 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ, እና በሌላኛው - 100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ, እና በማቀዝቀዣ ውስጥ ያስቀምጡ, ከዚያም በሁለተኛው ውስጥ ውሃው በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ለምን?" ኦስቦርን በዚህ ጉዳይ ላይ ፍላጎት አደረበት እና ብዙም ሳይቆይ በ 1969 እሱ እና ሜፔምባ የሙከራ ውጤቶቻቸውን በፊዚክስ ትምህርት መጽሔት ላይ አሳትመዋል። ከዚያን ጊዜ ጀምሮ, ያገኙት ውጤት ተጠርቷል የMpemba ውጤት.

እስካሁን ድረስ ይህን እንግዳ ውጤት እንዴት በትክክል ማብራራት እንደሚቻል ማንም አያውቅም. ሳይንቲስቶች አንድ ስሪት የላቸውም, ምንም እንኳን ብዙ ቢሆኑም. ይህ ሁሉ ስለ ሙቅ እና ቀዝቃዛ ውሃ ባህሪያት ልዩነት ነው, ነገር ግን በዚህ ጉዳይ ላይ የትኞቹ ባህሪያት እንደሚጫወቱ ገና ግልፅ አይደለም-የሱፐር ማቀዝቀዣ ልዩነት, ትነት, የበረዶ መፈጠር, ኮንቬንሽን, ወይም ፈሳሽ ጋዞች በውሃ ላይ ያለው ተጽእኖ በ ላይ. የተለያዩ ሙቀቶች.

የMpemba ውጤት አያዎ (ፓራዶክስ) አንድ አካል ወደ የአካባቢ ሙቀት የሚቀዘቅዝበት ጊዜ በዚህ አካል እና በአካባቢው መካከል ካለው የሙቀት ልዩነት ጋር ተመጣጣኝ መሆን አለበት። ይህ ህግ በኒውተን የተመሰረተ ሲሆን ከዚያን ጊዜ ጀምሮ በተግባር ብዙ ጊዜ የተረጋገጠ ነው. በዚህ ተጽእኖ, በ 100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን ያለው ውሃ ወደ 0 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን ይቀዘቅዛል, ከተመሳሳይ የውሃ መጠን በ 35 ° ሴ.

ሆኖም፣ ይህ እስካሁን አያዎ (ፓራዶክስን) አያመለክትም፣ ምክንያቱም የMpemba ውጤት በሚታወቀው የፊዚክስ ማዕቀፍ ውስጥ ሊገለጽ ይችላል። ለMpemba ተጽእኖ አንዳንድ ማብራሪያዎች እነሆ፡-

ትነት

ሙቅ ውሃ ከመያዣው ውስጥ በፍጥነት ይተናል, በዚህም መጠኑን ይቀንሳል, እና በተመሳሳይ የሙቀት መጠን አነስተኛ መጠን ያለው ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል. እስከ 100 ሴ የሚሞቅ ውሃ ወደ 0 ሴ ሲቀዘቅዝ 16% የጅምላውን መጠን ይቀንሳል።

የትነት ውጤት ድርብ ውጤት ነው። በመጀመሪያ, ለማቀዝቀዝ የሚያስፈልገው የውሃ መጠን ይቀንሳል. እና በሁለተኛ ደረጃ, ከውኃው ክፍል ወደ የእንፋሎት ደረጃ የሚደረገው የሽግግር ሙቀት መጠን ስለሚቀንስ የሙቀት መጠኑ ይቀንሳል.

የሙቀት ልዩነት

በሙቅ ውሃ እና በቀዝቃዛ አየር መካከል ያለው የሙቀት ልዩነት ከፍተኛ በመሆኑ በዚህ ሁኔታ ውስጥ ያለው የሙቀት ልውውጥ የበለጠ ኃይለኛ እና ሙቅ ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል.

ሃይፖሰርሚያ

ውሃ ከ 0 ሴ በታች ሲቀዘቅዝ ሁልጊዜ አይቀዘቅዝም. በአንዳንድ ሁኔታዎች ከቅዝቃዜ በታች ባለው የሙቀት መጠን ፈሳሽ ሆኖ እንዲቆይ በማድረግ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ሊሆን ይችላል. በአንዳንድ ሁኔታዎች ውሃ በ -20 ሴ የሙቀት መጠን እንኳን ፈሳሽ ሆኖ ሊቆይ ይችላል.

የዚህ ውጤት ምክንያት የመጀመሪያዎቹ የበረዶ ቅንጣቶች መፈጠር እንዲጀምሩ, ክሪስታል መፈጠር ማእከሎች ያስፈልጋሉ. እነሱ በፈሳሽ ውሃ ውስጥ ከሌሉ ፣ ከዚያም ከመጠን በላይ ማቀዝቀዝ የሙቀት መጠኑ እስኪቀንስ ድረስ ክሪስታሎች በድንገት እንዲፈጠሩ ይቀጥላል። በጣም ቀዝቃዛ በሆነው ፈሳሽ ውስጥ መፈጠር ሲጀምሩ, በፍጥነት ማደግ ይጀምራሉ, የበረዶ ግግር ይፈጥራሉ, ይህም በረዶ ይሆናል.

ሙቅ ውሃ ለሃይፖሰርሚያ በጣም የተጋለጠ ነው ምክንያቱም ማሞቂያው የተሟሟት ጋዞችን እና አረፋዎችን ያስወግዳል, ይህም በተራው የበረዶ ክሪስታሎች መፈጠር ማዕከል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል.

ሃይፖሰርሚያ ሙቅ ውሃ በፍጥነት እንዲቀዘቅዝ የሚያደርገው ለምንድነው? ከመጠን በላይ የማይቀዘቅዝ ቀዝቃዛ ውሃ, የሚከተለው ይከሰታል. በዚህ ሁኔታ በመርከቧ ላይ ቀጭን የበረዶ ሽፋን ይሠራል. ይህ የበረዶ ንብርብር በውሃ እና በቀዝቃዛ አየር መካከል እንደ መከላከያ ሆኖ ተጨማሪ ትነት ይከላከላል. በዚህ ሁኔታ ውስጥ የበረዶ ክሪስታሎች የመፍጠር ፍጥነት ዝቅተኛ ይሆናል. በሙቅ ውሃ ውስጥ ከመጠን በላይ ማቀዝቀዝ, በጣም ቀዝቃዛው ውሃ የበረዶ መከላከያ ሽፋን የለውም. ስለዚህ, በተከፈተው የላይኛው ክፍል አማካኝነት ሙቀትን በፍጥነት ያጣል.

የሱፐር ማቀዝቀዣው ሂደት ሲያልቅ እና ውሃው በሚቀዘቅዝበት ጊዜ ብዙ ሙቀት ይጠፋል እናም ብዙ በረዶ ይፈጠራል.

የዚህ ተጽእኖ ብዙ ተመራማሪዎች በሜፔምባ ተጽእኖ ውስጥ ዋናው ምክንያት ሃይፖሰርሚያ እንደሆኑ አድርገው ይመለከቱታል.

ኮንቬሽን

ቀዝቃዛ ውሃ ከላይ መቀዝቀዝ ይጀምራል, በዚህም የሙቀት ጨረሮች እና ኮንቬክሽን ሂደቶችን ያባብሳል, እናም የሙቀት መጠኑ ይቀንሳል, ሙቅ ውሃ ደግሞ ከታች መቀዝቀዝ ይጀምራል.

ይህ ተጽእኖ በውሃ ጥግግት ውስጥ በአናማነት ይገለጻል. ውሃ በ 4 C ከፍተኛው ጥግግት አለው. ውሃ ወደ 4 C ካቀዘቀዙ እና በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ካስቀመጡት, የውሃው የላይኛው ክፍል በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ይህ ውሃ በ 4 C የሙቀት መጠን ከውሃ ያነሰ ጥቅጥቅ ያለ ስለሆነ, በላዩ ላይ ይቀራል, ቀጭን ቀዝቃዛ ሽፋን ይፈጥራል. በነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ በውሃው ላይ ቀጭን የበረዶ ሽፋን በአጭር ጊዜ ውስጥ ይፈጠራል, ነገር ግን ይህ የበረዶ ንብርብር እንደ ኢንሱሌተር ሆኖ ያገለግላል, የታችኛውን የውሃ ንብርብሮች ይጠብቃል, ይህም በ 4 C የሙቀት መጠን ይቀራል. ስለዚህ, ተጨማሪ የማቀዝቀዝ ሂደት ቀርፋፋ ይሆናል.

በሞቀ ውሃ ውስጥ, ሁኔታው ሙሉ በሙሉ የተለየ ነው. በትነት እና በከፍተኛ የሙቀት ልዩነት ምክንያት የውሃው የላይኛው ክፍል በፍጥነት ይቀዘቅዛል። በተጨማሪም የቀዝቃዛ ውሃ ሽፋኖች ከሙቅ ውሃዎች የበለጠ ጥቅጥቅ ያሉ ናቸው, ስለዚህ ቀዝቃዛው የውሃ ሽፋን ወደ ታች ይወርዳል, የሞቀ ውሃን ወደ ላይ ከፍ ያደርገዋል. ይህ የውሃ ዝውውር በፍጥነት የሙቀት መጠን መቀነስን ያረጋግጣል.

ግን ለምን ይህ ሂደት ወደ ሚዛናዊ ነጥብ ላይ አይደርስም? የ Mpemba ተጽእኖን ከዚህ የኮንቬክሽን እይታ አንጻር ለማብራራት, ቀዝቃዛ እና ሙቅ ውሃዎች ተለያይተው እና የአማካይ የውሃ ሙቀት ከ 4 C በታች ከወደቀ በኋላ የሂደቱ ሂደት ራሱ ይቀጥላል ብሎ ማሰብ አስፈላጊ ነው.

ይሁን እንጂ ቀዝቃዛ እና ሙቅ የውሃ ንብርብሮች በኮንቬክሽን ሂደት ይለያያሉ የሚለውን መላ ምት የሚደግፍ ምንም ዓይነት የሙከራ ማስረጃ የለም.

ጋዞች በውሃ ውስጥ ይቀልጣሉ

ውሃ ሁል ጊዜ በውስጡ የሚሟሟ ጋዞችን ይይዛል - ኦክስጅን እና ካርቦን ዳይኦክሳይድ። እነዚህ ጋዞች የውሃውን ቀዝቃዛ ነጥብ የመቀነስ ችሎታ አላቸው. ውሃ በሚሞቅበት ጊዜ, እነዚህ ጋዞች ከውሃ ውስጥ ይለቀቃሉ, ምክንያቱም በውሃ ውስጥ ያለው ሟሟት በከፍተኛ ሙቀት ዝቅተኛ ነው. ስለዚህ, ሙቅ ውሃ በሚቀዘቅዝበት ጊዜ, ሁልጊዜ ከማይሞቅ ቀዝቃዛ ውሃ ያነሰ የተሟሟ ጋዞችን ይይዛል. ስለዚህ, የሚሞቅ ውሃ የማቀዝቀዝ ነጥብ ከፍ ያለ እና በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ይህ ሁኔታ አንዳንድ ጊዜ የMpemba ተጽእኖን ለማብራራት እንደ ዋናው ይቆጠራል, ምንም እንኳን ይህንን እውነታ የሚያረጋግጥ ምንም የሙከራ መረጃ ባይኖርም.

የሙቀት መቆጣጠሪያ

እነዚህ ሁሉ (እንዲሁም ሌሎች) ሁኔታዎች በብዙ ሙከራዎች ውስጥ ጥናት ተካሂደዋል, ነገር ግን ለጥያቄው ግልጽ የሆነ መልስ - ከመካከላቸው መቶ በመቶ የሜፔምባ ተፅእኖን የሚያራምድ - ፈጽሞ አልተገኘም.

ለምሳሌ, በ 1995 ጀርመናዊው የፊዚክስ ሊቅ ዴቪድ አውርባክ በዚህ ተጽእኖ ላይ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ውሃ የሚያስከትለውን ውጤት አጥንቷል. ሙቅ ውሃ ፣ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ በሆነ ሁኔታ ፣ ከቀዝቃዛ ውሃ ከፍ ባለ የሙቀት መጠን እንደሚቀዘቅዝ እና ስለሆነም ከሁለተኛው ፍጥነት እንደሚቀንስ ተገነዘበ። ነገር ግን ቀዝቃዛ ውሃ ከሙቅ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ወደ ቀዝቃዛ ሁኔታ ይደርሳል, በዚህም ያለፈውን መዘግየት ይከፍላል.

በተጨማሪም፣ የ Auerbach ውጤት ሙቅ ውሃ ባነሰ የክሪስታልላይዜሽን ማእከላት ከፍተኛ ቅዝቃዜን ማግኘት መቻሉን ከዚህ በፊት ያለውን መረጃ ይቃረናል። ውሃ በሚሞቅበት ጊዜ በውስጡ የተሟሟት ጋዞች ከውስጡ ይወገዳሉ, እና በሚፈላበት ጊዜ, በውስጡ የሚሟሟት አንዳንድ ጨዎች ይወርዳሉ.

ለአሁን አንድ ነገር ብቻ ነው ሊገለጽ የሚችለው - የዚህ ተፅዕኖ መራባት በከፍተኛ ሁኔታ የሚወሰነው ሙከራው በሚካሄድበት ሁኔታ ላይ ነው. በትክክል ሁልጊዜ የማይባዛ ስለሆነ።

ኦ.ቪ. ሞሲን

ስነ-ጽሑፍምንጮች:

"ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ይቀዘቅዛል። ለምን እንዲህ ያደርጋል?"፣ በአማተር ሳይንቲስት፣ ሳይንቲፊክ አሜሪካን፣ ጥራዝ. 237፣ ቁ. 3, ገጽ 246-257; መስከረም 1977 ዓ.ም.

"የሙቅ እና የቀዝቃዛ ውሃ ቅዝቃዜ", ጂ.ኤስ. ኬል በአሜሪካ ጆርናል ኦቭ ፊዚክስ፣ ጥራዝ. 37፣ ቁ. 5, ገጽ 564-565; ግንቦት 1969 ዓ.ም.

"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, በአሜሪካን ጆርናል ኦቭ ፊዚክስ, ጥራዝ. 63፣ ቁ. 10, ገጽ 882-885; በጥቅምት 1995 ዓ.ም.

"የኤምፔምባ ተፅዕኖ፡ የሙቅ እና የቀዝቃዛ ውሃ ጊዜዎች"፣ ቻርለስ ኤ. ናይት፣ በአሜሪካ ጆርናል ኦቭ ፊዚክስ፣ ጥራዝ. 64፣ ቁ. 5, ገጽ 524; ግንቦት 1996 ዓ.ም.

የብሪቲሽ ሮያል ሶሳይቲ ኦፍ ኬሚስትሪ ሙቅ ውሃ በአንዳንድ ሁኔታዎች ለምን ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት እንደሚቀዘቅዝ በሳይንሳዊ መንገድ ማስረዳት ለሚችል ለማንኛውም ሰው £1,000 ሽልማት እየሰጠ ነው።

“ዘመናዊ ሳይንስ አሁንም ይህን ቀላል የሚመስለውን ጥያቄ መመለስ አይችልም። አይስ ክሬም ሰሪዎች እና ባርተሪዎች ይህንን ውጤት በዕለት ተዕለት ሥራቸው ውስጥ ይጠቀማሉ ፣ ግን ለምን እንደሚሰራ ማንም አያውቅም። ይህ ችግር ለብዙ ሺህ ዓመታት ይታወቃል፣ እንደ አርስቶትል እና ዴካርትስ ያሉ ፈላስፋዎች ስለዚህ ጉዳይ እያሰቡ ነው” ሲሉ የብሪቲሽ ሮያል ኬሚስትሪ ማኅበር ፕሬዚዳንት ፕሮፌሰር ዴቪድ ፊሊፕስ በማኅበሩ ጋዜጣዊ መግለጫ ላይ እንደተናገሩት።

ከአፍሪካ የመጣ አንድ አብሳይ እንግሊዛዊ የፊዚክስ ፕሮፌሰርን እንዴት እንዳሸነፈ

ይህ የኤፕሪል ዘ ፉል ቀልድ አይደለም፣ ነገር ግን ከባድ አካላዊ እውነታ ነው። ዘመናዊ ሳይንስ፣ በቀላሉ ከጋላክሲዎች እና ጥቁር ጉድጓዶች ጋር የሚሰራ፣ እና ኳርክስ እና ቦሶን ለመፈለግ ግዙፍ መፋቂያዎችን የሚገነባው የአንደኛ ደረጃ ውሃ “እንዴት እንደሚሰራ” ማስረዳት አይችልም። የት/ቤቱ የመማሪያ መጽሀፍ ቀዝቃዛ ሰውነትን ከማቀዝቀዝ ይልቅ ሞቃታማ ሰውነትን ለማቀዝቀዝ ብዙ ጊዜ እንደሚወስድ በግልፅ ይናገራል። ነገር ግን ለውሃ, ይህ ህግ ሁልጊዜ አይከበርም. አርስቶትል ትኩረቱን ወደዚህ አያዎ (ፓራዶክስ) በ 4 ኛው ክፍለ ዘመን ዓክልበ. ሠ. የጥንቷ ግሪክ ሜትሮሎጂካ 1 በተባለው መጽሐፋቸው ላይ የጻፈው ይኸው ነው:- “ውሃ አስቀድሞ መሞቅ እንዲቀዘቅዝ ያደርገዋል። ስለዚህ, ብዙ ሰዎች ሙቅ ውሃን በፍጥነት ማቀዝቀዝ ሲፈልጉ, በመጀመሪያ በፀሐይ ውስጥ ያስቀምጡት. . . " በመካከለኛው ዘመን ፍራንሲስ ቤከን እና ሬኔ ዴካርት ይህን ክስተት ለማስረዳት ሞክረዋል. ወዮ ፣ ክላሲካል ቴርሞፊዚክስን ያዳበሩ ታላላቅ ፈላስፋዎችም ሆኑ ብዙ ሳይንቲስቶች በዚህ አልተሳካላቸውም ፣ እና ስለሆነም እንደዚህ ዓይነቱ የማይመች እውነታ ለረጅም ጊዜ “ተረሳ” ።

እና እ.ኤ.አ. በ 1968 ብቻ ከታንዛኒያ ለመጣው የትምህርት ቤት ልጅ ኢራስቶ ምፔምቤ ምስጋናቸውን "ያስታወሱት" ከማንኛውም ሳይንስ ርቀዋል። እ.ኤ.አ. በ 1963 በምግብ ሥነ ጥበባት ትምህርት ቤት እየተማረ ሳለ የ13 ዓመቱ ኤምፔምቤ አይስ ክሬምን የማምረት ኃላፊነት ተሰጥቶት ነበር። በቴክኖሎጂው መሰረት ወተት መቀቀል፣ ስኳርን መቀልበስ፣ ወደ ክፍል ሙቀት ማቀዝቀዝ እና ከዚያም በማቀዝቀዣ ውስጥ ማስቀመጥ አስፈላጊ ነበር። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው ኤምፔምባ ታታሪ ተማሪ አልነበረም እና አያመነታም። በትምህርቱ መጨረሻ ላይ እንደማይደርሰው በመፍራት አሁንም ትኩስ ወተት በማቀዝቀዣ ውስጥ አስቀመጠ. የሚገርመው፣ በሁሉም ደንቦች መሰረት ተዘጋጅቶ ከጓዶቹ ወተት ቀደም ብሎ ቀዘቀዘ።

ኤምፔምባ ግኝቱን ከፊዚክስ መምህሩ ጋር ሲያካፍል፣ በክፍሉ ፊት ለፊት ሳቀበት። ኤምፔምባ ስድቡን አስታወሰ። ከአምስት ዓመታት በኋላ በዳሬሰላም ዩኒቨርሲቲ ተማሪ ሆኖ በታዋቂው የፊዚክስ ሊቅ ዴኒስ ጂ ኦስቦርን ንግግር ተካፈለ። ከንግግሩ በኋላ ሳይንቲስቱን አንድ ጥያቄ ጠየቀ፡- “ሁለት ተመሳሳይ ኮንቴይነሮችን በእኩል መጠን ውሃ ከወሰድክ አንደኛው በ 35 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ (95 ዲግሪ ፋራናይት) እና በ 100 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ (212 °F) እና አስቀምጣቸው። በማቀዝቀዣው ውስጥ, ከዚያም በሙቅ መያዣ ውስጥ ያለው ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ለምን?" አንድ እንግሊዛዊ ፕሮፌሰር አምላክ የተተወችውን ታንዛኒያ የመጣ ወጣት ለቀረበለት ጥያቄ ምን ምላሽ እንደሚሰጥ መገመት ትችላለህ። ተማሪውን አሾፈ። ቢሆንም, Mpemba እንዲህ ያለ መልስ ዝግጁ ነበር እና አንድ ውርርድ ወደ ሳይንቲስቱ ተገዳደረው. ሙግታቸው በሙከራ ፍተሻ አብቅቷል ኤምፔምባ ትክክል መሆኑን እና ኦስቦርን አሸንፏል። ስለዚህ, ተለማማጅ ምግብ ማብሰያው ስሙን በሳይንስ ታሪክ ውስጥ ጽፏል, እና ከአሁን ጀምሮ ይህ ክስተት "Mpemba ተጽእኖ" ይባላል. እሱን መጣል, "የለም" ብሎ ማወጅ የማይቻል ነው. ክስተቱ አለ, እና ገጣሚው እንደጻፈው, "አይጎዳውም."

የአቧራ ቅንጣቶች እና መፍትሄዎች ተጠያቂ ናቸው?

ባለፉት ዓመታት ብዙዎች የቀዘቀዘውን ውሃ ምስጢር ለመፍታት ሞክረዋል። ለዚህ ክስተት አጠቃላይ ማብራሪያዎች ቀርበዋል-ትነት ፣ ኮንቬክሽን ፣ የተሟሟት ንጥረ ነገሮች ተፅእኖ - ግን ከእነዚህ ምክንያቶች ውስጥ አንዳቸውም እንደ ፍቺ ሊቆጠሩ አይችሉም። በርካታ ሳይንቲስቶች መላ ሕይወታቸውን ለኤምፔምባ ተፅዕኖ አሳልፈዋል። በኒውዮርክ ስቴት ዩኒቨርሲቲ የጨረር ደህንነት ክፍል አባል የሆነው ጄምስ ብራውንሪጅ በትርፍ ጊዜው ፓራዶክስን ለአስር አመታት ሲያጠና ቆይቷል። ሳይንቲስቱ በመቶዎች የሚቆጠሩ ሙከራዎችን ካደረጉ በኋላ ስለ ሃይፖሰርሚያ "ጥፋተኝነት" ማስረጃ እንዳላቸው ተናግረዋል. ብራውንሪጅ በ 0 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ውሃ ብቻ በጣም እንደሚቀዘቅዝ እና የሙቀት መጠኑ ከታች ሲቀንስ ማቀዝቀዝ ይጀምራል. የመቀዝቀዣው ነጥብ በውሃ ውስጥ በሚገኙ ቆሻሻዎች ቁጥጥር ይደረግበታል - የበረዶ ክሪስታሎችን የመፍጠር ፍጥነት ይለውጣሉ. እንደ የአቧራ ቅንጣቶች፣ ባክቴሪያ እና የተሟሟ ጨው ያሉ ቆሻሻዎች በክሪስታልላይዜሽን ማዕከላት ዙሪያ የበረዶ ክሪስታሎች ሲፈጠሩ የባህሪው የኑክሌር ሙቀት አላቸው። ብዙ ንጥረ ነገሮች በአንድ ጊዜ በውሃ ውስጥ ሲገኙ, የመቀዝቀዣው ነጥብ የሚወሰነው ከፍተኛው የኑክሌር ሙቀት ባለው ሰው ነው.

ለሙከራው, ብራውንሪጅ ተመሳሳይ የሙቀት መጠን ያላቸውን ሁለት የውሃ ናሙናዎች ወስዶ በማቀዝቀዣ ውስጥ አስቀመጣቸው. ከናሙናዎቹ አንዱ ሁልጊዜ ከሌላው በፊት እንደሚቀዘቅዙ ደርሰውበታል፣ ምናልባትም በተለየ የቆሻሻ ውህደት ምክንያት ሊሆን ይችላል።

ብራውንሪጅ ሙቅ ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል ምክንያቱም በውሃው የሙቀት መጠን እና በማቀዝቀዣው መካከል ከፍተኛ ልዩነት አለ - ይህ ቀዝቃዛ ውሃ ወደ ተፈጥሯዊው የመቀዝቀዝ ቦታ ከመድረሱ በፊት ወደ በረዶነት ደረጃ ላይ እንዲደርስ ይረዳል, ይህም ቢያንስ 5 ° ሴ ዝቅተኛ ነው.

ሆኖም የብራውንሪጅ ምክንያት ብዙ ጥያቄዎችን ያስነሳል። ስለዚህ የMpemba ተጽእኖን በራሳቸው መንገድ ማብራራት የሚችሉት ከብሪቲሽ ሮያል ሶሳይቲ ኦፍ ኬሚስትሪ ለሺህ ፓውንድ ስተርሊንግ የመወዳደር እድል አላቸው።

እ.ኤ.አ. በ 1963 ኢራስቶ ምፔምባ የተባለ የታንዛኒያ ተማሪ መምህሩን አንድ የሞኝ ጥያቄ ጠየቀ - በማቀዝቀዣው ውስጥ ያለው ሞቃት አይስክሬም ከቀዝቃዛው በበለጠ ፍጥነት የቀዘቀዘው ለምንድነው?

በታንዛኒያ የማጋምቢ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ተማሪ በነበረበት ጊዜ ኤራስቶ ምፔምባ በምግብ ማብሰል ሥራ ይሠራል። በቤት ውስጥ የተሰራ አይስክሬም ማዘጋጀት አስፈልጎት ነበር - ወተት ቀቅለው ፣ ስኳርን በውስጡ ይቀልጡት ፣ ወደ ክፍሉ ሙቀት ያቀዘቅዙ እና በማቀዝቀዣ ውስጥ ያስቀምጡት ። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው ኤምፔምባ በተለይ ትጉ ተማሪ አልነበረም እና የተግባሩን የመጀመሪያ ክፍል ለማጠናቀቅ ዘግይቷል። በትምህርቱ መጨረሻ ላይ እንደማይደርሰው በመፍራት አሁንም ትኩስ ወተት በማቀዝቀዣ ውስጥ አስቀመጠ. የሚገርመው፣ በተሰጠው ቴክኖሎጂ መሰረት ከተዘጋጀው ከጓዶቹ ወተት ቀደም ብሎ ቀዘቀዘ።

ማብራሪያ ለማግኘት ወደ ፊዚክስ መምህሩ ዞረ፣ ነገር ግን በተማሪው ላይ ብቻ ሳቀው፣ “ይህ ሁለንተናዊ ፊዚክስ አይደለም፣ ግን የኤምፔምባ ፊዚክስ ነው።” ከዚህ በኋላ ኤምፔምባ በወተት ብቻ ሳይሆን በተለመደው ውሃም ሞክሯል.

ያም ሆነ ይህ፣ ቀደም ሲል በምክዋቫ ሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት ተማሪ በነበረበት ወቅት፣ ከዳር ኢስላም ዩኒቨርሲቲ ኮሌጅ ፕሮፌሰር ዴኒስ ኦስቦርን (በትምህርት ቤቱ ዳይሬክተር ለተማሪዎቹ የፊዚክስ ትምህርት እንዲሰጡ ተጋብዘዋል) በተለይም ስለ ውሃ፡- “ከወሰዱ ሁለት ተመሳሳይ ኮንቴይነሮች እኩል መጠን ያለው ውሃ በአንደኛው ውስጥ ውሃው 35 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ, እና በሌላኛው - 100 ° ሴ, እና በማቀዝቀዣ ውስጥ ያስቀምጡ, ከዚያም በሁለተኛው ውስጥ ውሃው በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ለምን?" ኦስቦርን በዚህ ጉዳይ ላይ ፍላጎት አደረበት እና ብዙም ሳይቆይ በ 1969 እሱ እና ሜፔምባ የሙከራ ውጤቶቻቸውን በፊዚክስ ትምህርት መጽሔት ላይ አሳትመዋል። ከዚያን ጊዜ ጀምሮ፣ ያገኙት ውጤት የMpemba ውጤት ተብሎ ይጠራል።

ይህ ለምን እንደሚከሰት ለማወቅ ፍላጎት አለዎት? ከጥቂት አመታት በፊት ሳይንቲስቶች ይህንን ክስተት ለማስረዳት ችለዋል...

የMpemba Effect (Mpemba Paradox) አያዎ (ፓራዶክስ) በአንዳንድ ሁኔታዎች ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ይቀዘቅዛል, ምንም እንኳን በቀዝቃዛው ሂደት ውስጥ ቀዝቃዛ ውሃ የሙቀት መጠኑን ማለፍ አለበት. ይህ አያዎ (ፓራዶክስ) ከተለመዱት ሀሳቦች ጋር የሚቃረን የሙከራ እውነታ ነው, በተመሳሳይ ሁኔታ, የበለጠ ሞቃት አካል ወደ አንድ የሙቀት መጠን ለማቀዝቀዝ ብዙ ጊዜ ይወስዳል.

ይህ ክስተት በጊዜያቸው በአርስቶትል፣ ፍራንሲስ ቤከን እና ሬኔ ዴካርት አስተውለዋል። እስካሁን ድረስ ይህን እንግዳ ውጤት እንዴት በትክክል ማብራራት እንደሚቻል ማንም አያውቅም. ሳይንቲስቶች አንድ ስሪት የላቸውም, ምንም እንኳን ብዙ ቢሆኑም. ይህ ሁሉ ስለ ሙቅ እና ቀዝቃዛ ውሃ ባህሪያት ልዩነት ነው, ነገር ግን በዚህ ጉዳይ ላይ የትኞቹ ባህሪያት እንደሚጫወቱ ገና ግልፅ አይደለም-የሱፐር ማቀዝቀዣ ልዩነት, ትነት, የበረዶ መፈጠር, ኮንቬንሽን, ወይም ፈሳሽ ጋዞች በውሃ ላይ ያለው ተጽእኖ በ ላይ. የተለያዩ ሙቀቶች. የMpemba ውጤት አያዎ (ፓራዶክስ) አንድ አካል ወደ የአካባቢ ሙቀት የሚቀዘቅዝበት ጊዜ በዚህ አካል እና በአካባቢው መካከል ካለው የሙቀት ልዩነት ጋር ተመጣጣኝ መሆን አለበት። ይህ ህግ በኒውተን የተመሰረተ ሲሆን ከዚያን ጊዜ ጀምሮ በተግባር ብዙ ጊዜ የተረጋገጠ ነው. በዚህ ተጽእኖ, በ 100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን ያለው ውሃ ወደ 0 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን ይቀዘቅዛል, ከተመሳሳይ የውሃ መጠን በ 35 ° ሴ.

ከዚያን ጊዜ ጀምሮ, የተለያዩ ስሪቶች ተገልጸዋል, ከነዚህም አንዱ እንደሚከተለው ነበር-የሙቅ ውሃው ክፍል መጀመሪያ በቀላሉ ይተናል, ከዚያም ትንሽ ሲቀር, ውሃው በፍጥነት ይቀዘቅዛል. ይህ ስሪት, በቀላልነቱ ምክንያት, በጣም ተወዳጅ ሆኗል, ነገር ግን ሳይንቲስቶችን ሙሉ በሙሉ አላረካም.

አሁን በሲንጋፖር የሚገኘው የናንያንግ ቴክኖሎጂ ዩኒቨርሲቲ ተመራማሪዎች ቡድን በኬሚስት ዢ ዣንግ የሚመራው ሞቅ ያለ ውሃ ለምን ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት እንደሚቀዘቅዝ የዘመናት እንቆቅልሹን እንደፈታው ተናግሯል። የቻይናውያን ባለሙያዎች እንዳወቁት ሚስጥሩ የሚገኘው በውሃ ሞለኪውሎች መካከል ባለው የሃይድሮጂን ትስስር ውስጥ ባለው የኃይል መጠን ላይ ነው።

እንደሚታወቀው የውሃ ሞለኪውሎች አንድ የኦክስጂን አቶም እና ሁለት ሃይድሮጂን አተሞች በ covalent bonds የተያዙ ሲሆን እነዚህም በቅንጣት ደረጃ የኤሌክትሮኖች መለዋወጥ ይመስላል። ሌላው በጣም የታወቀ እውነታ የሃይድሮጅን አተሞች ከጎረቤት ሞለኪውሎች ወደ ኦክሲጅን አተሞች ይሳባሉ - የሃይድሮጂን ቦንዶች ይፈጠራሉ.

በተመሳሳይ ጊዜ የውሃ ሞለኪውሎች በአጠቃላይ እርስ በርስ ይጣላሉ. የሲንጋፖር ሳይንቲስቶች አስተውለዋል-የውሃው ሙቀት እየጨመረ በሄደ መጠን በአስጸያፊ ኃይሎች መጨመር ምክንያት በፈሳሽ ሞለኪውሎች መካከል ያለው ርቀት ይበልጣል. በውጤቱም, የሃይድሮጂን ቦንዶች ተዘርግተዋል እና ስለዚህ ተጨማሪ ኃይል ያከማቻሉ. ውሃው በሚቀዘቅዝበት ጊዜ ይህ ኃይል ይለቀቃል - ሞለኪውሎቹ እርስ በርስ ይቀራረባሉ. እና የኃይል መለቀቅ, እንደሚታወቀው, ማቀዝቀዝ ማለት ነው.

በሳይንቲስቶች የቀረቡት ግምቶች እዚህ አሉ

ትነት

ሙቅ ውሃ ከመያዣው ውስጥ በፍጥነት ይተናል, በዚህም መጠኑን ይቀንሳል, እና በተመሳሳይ የሙቀት መጠን አነስተኛ መጠን ያለው ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል. እስከ 100 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ የሚሞቅ ውሃ ወደ 0 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በሚቀዘቅዝበት ጊዜ 16 በመቶውን የክብደት መጠን ይቀንሳል. የትነት ውጤት ድርብ ውጤት ነው። በመጀመሪያ, ለማቀዝቀዝ የሚያስፈልገው የውሃ መጠን ይቀንሳል. እና በሁለተኛ ደረጃ, በትነት ምክንያት, የሙቀት መጠኑ ይቀንሳል.

የሙቀት ልዩነት

ሃይፖሰርሚያ
ውሃ ከ 0 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች ሲቀዘቅዝ ሁልጊዜ አይቀዘቅዝም. በአንዳንድ ሁኔታዎች ከቅዝቃዜ በታች ባለው የሙቀት መጠን ፈሳሽ ሆኖ እንዲቆይ በማድረግ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ሊሆን ይችላል. በአንዳንድ ሁኔታዎች ውሃ በ -20 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን እንኳን ፈሳሽ ሆኖ ሊቆይ ይችላል. የዚህ ውጤት ምክንያት የመጀመሪያዎቹ የበረዶ ቅንጣቶች መፈጠር እንዲጀምሩ, ክሪስታል መፈጠር ማእከሎች ያስፈልጋሉ. እነሱ በፈሳሽ ውሃ ውስጥ ከሌሉ ፣ ከዚያም ከመጠን በላይ ማቀዝቀዝ የሙቀት መጠኑ እስኪቀንስ ድረስ ክሪስታሎች በድንገት እንዲፈጠሩ ይቀጥላል። በጣም ቀዝቃዛ በሆነው ፈሳሽ ውስጥ መፈጠር ሲጀምሩ, በፍጥነት ማደግ ይጀምራሉ, የበረዶ ግግር ይፈጥራሉ, ይህም በረዶ ይሆናል. ሙቅ ውሃ ለሃይፖሰርሚያ በጣም የተጋለጠ ነው ምክንያቱም ማሞቂያው የተሟሟት ጋዞችን እና አረፋዎችን ያስወግዳል, ይህም በተራው የበረዶ ክሪስታሎች መፈጠር ማዕከል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል. ሃይፖሰርሚያ ሙቅ ውሃ በፍጥነት እንዲቀዘቅዝ የሚያደርገው ለምንድነው? ቀዝቃዛ ውሃ በማይቀዘቅዝበት ጊዜ የሚከተለው ይከሰታል-ቀጭን የበረዶ ሽፋን በላዩ ላይ ይሠራል, በውሃ እና በቀዝቃዛ አየር መካከል እንደ መከላከያ ሆኖ ያገለግላል, በዚህም ተጨማሪ ትነት ይከላከላል. በዚህ ሁኔታ ውስጥ የበረዶ ክሪስታሎች የመፍጠር ፍጥነት ዝቅተኛ ይሆናል. በሙቅ ውሃ ውስጥ ከመጠን በላይ ማቀዝቀዝ, በጣም ቀዝቃዛው ውሃ የበረዶ መከላከያ ሽፋን የለውም. ስለዚህ, በተከፈተው የላይኛው ክፍል አማካኝነት ሙቀትን በፍጥነት ያጣል. የሱፐር ማቀዝቀዣው ሂደት ሲያልቅ እና ውሃው በሚቀዘቅዝበት ጊዜ ብዙ ሙቀት ይጠፋል እናም ብዙ በረዶ ይፈጠራል. የዚህ ተጽእኖ ብዙ ተመራማሪዎች በሜፔምባ ተጽእኖ ውስጥ ዋናው ምክንያት ሃይፖሰርሚያ እንደሆኑ አድርገው ይመለከቱታል.
ኮንቬሽን

ቀዝቃዛ ውሃ ከላይ መቀዝቀዝ ይጀምራል, በዚህም የሙቀት ጨረሮች እና ኮንቬክሽን ሂደቶችን ያባብሳል, እናም የሙቀት መጠኑ ይቀንሳል, ሙቅ ውሃ ደግሞ ከታች መቀዝቀዝ ይጀምራል. ይህ ተጽእኖ በውሃ ጥግግት ውስጥ በአናማነት ይገለጻል. ውሃ በ 4 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ ከፍተኛው ጥግግት አለው. ውሃውን እስከ 4 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ካቀዘቀዙ እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ባለው አካባቢ ውስጥ ካስቀመጡት የውሃው የላይኛው ሽፋን በፍጥነት ይቀዘቅዛል። ይህ ውሃ በ 4 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ ከውሃ ያነሰ ጥቅጥቅ ያለ ስለሆነ, በላዩ ላይ ይቀራል, ቀጭን ቀዝቃዛ ሽፋን ይፈጥራል. በነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ በውሃው ላይ ቀጭን የበረዶ ሽፋን በአጭር ጊዜ ውስጥ ይፈጠራል, ነገር ግን ይህ የበረዶ ሽፋን እንደ ኢንሱለር ይሠራል, የታችኛውን የውሃ ንብርብሮች ይከላከላል, ይህም በ 4 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን ውስጥ ይቆያል. . ስለዚህ, ተጨማሪ የማቀዝቀዝ ሂደት ቀርፋፋ ይሆናል. በሞቀ ውሃ ውስጥ, ሁኔታው ሙሉ በሙሉ የተለየ ነው. በትነት እና በከፍተኛ የሙቀት ልዩነት ምክንያት የውሃው የላይኛው ክፍል በፍጥነት ይቀዘቅዛል። እንዲሁም የቀዝቃዛ ውሃ ሽፋኖች ከሙቅ ውሃዎች የበለጠ ጥቅጥቅ ያሉ ናቸው, ስለዚህ ቀዝቃዛው የውሃ ሽፋን ወደ ታች ይወርዳል, የሞቀ ውሃን ንብርብር ወደ ላይ ያመጣል. ይህ የውሃ ዝውውር በፍጥነት የሙቀት መጠን መቀነስን ያረጋግጣል. ግን ለምን ይህ ሂደት ወደ ሚዛናዊ ነጥብ ላይ አይደርስም? የ Mpemba ተጽእኖን ከኮንቬክሽን እይታ አንጻር ለማብራራት, ቀዝቃዛ እና ሙቅ ውሃዎች ተለያይተው እና የአማካይ የውሃ ሙቀት ከ 4 ° ሴ በታች ከወደቀ በኋላ የሂደቱ ሂደት ራሱ ይቀጥላል ብሎ ማሰብ አስፈላጊ ይሆናል. ይሁን እንጂ ቀዝቃዛ እና ሙቅ የውሃ ንብርብሮች በኮንቬክሽን ሂደት ይለያያሉ የሚለውን መላ ምት የሚደግፍ ምንም ዓይነት የሙከራ ማስረጃ የለም.

ጋዞች በውሃ ውስጥ ይቀልጣሉ

የሙቀት መቆጣጠሪያ

ውሃ በማቀዝቀዣው ክፍል ማቀዝቀዣ ውስጥ በትንሽ ማጠራቀሚያዎች ውስጥ ሲቀመጥ ይህ ዘዴ ትልቅ ሚና ሊጫወት ይችላል. በነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ የሙቅ ውሃ ማጠራቀሚያ ከታች ባለው ማቀዝቀዣ ውስጥ ያለውን በረዶ በማቅለጥ ከማቀዝቀዣው ግድግዳ እና ከሙቀት መቆጣጠሪያ ጋር ያለውን የሙቀት ግንኙነት ማሻሻል ተስተውሏል. በውጤቱም, ሙቀት ከቀዝቃዛው ይልቅ ሞቅ ባለ ውሃ ውስጥ በፍጥነት ይወገዳል. በምላሹ, ቀዝቃዛ ውሃ ያለው መያዣ ከስር በረዶ አይቀልጥም. እነዚህ ሁሉ (እንዲሁም ሌሎች) ሁኔታዎች በብዙ ሙከራዎች ላይ ጥናት ተካሂደዋል, ነገር ግን ለጥያቄው የማያሻማ መልስ - ከመካከላቸው 100% የ Mpemba ውጤት መባዛትን የሚያረጋግጡ - በጭራሽ አልተገኘም. ለምሳሌ, በ 1995 ጀርመናዊው የፊዚክስ ሊቅ ዴቪድ አውርባክ በዚህ ተጽእኖ ላይ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ውሃ የሚያስከትለውን ውጤት አጥንቷል. ሙቅ ውሃ ፣ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ በሆነ ሁኔታ ፣ ከቀዝቃዛ ውሃ ከፍ ባለ የሙቀት መጠን እንደሚቀዘቅዝ እና ስለሆነም ከሁለተኛው ፍጥነት እንደሚቀንስ ተገነዘበ። ነገር ግን ቀዝቃዛ ውሃ ከሙቅ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ወደ ቀዝቃዛ ሁኔታ ይደርሳል, በዚህም ያለፈውን መዘግየት ይከፍላል. በተጨማሪም፣ የ Auerbach ውጤት ሙቅ ውሃ ባነሰ የክሪስታልላይዜሽን ማእከላት ከፍተኛ ቅዝቃዜን ማግኘት መቻሉን ከዚህ በፊት ያለውን መረጃ ይቃረናል። ውሃ በሚሞቅበት ጊዜ በውስጡ የተሟሟት ጋዞች ከውስጡ ይወገዳሉ, እና በሚፈላበት ጊዜ, በውስጡ የሚሟሟት አንዳንድ ጨዎች ይወርዳሉ. ለአሁኑ አንድ ነገር ብቻ ሊገለጽ ይችላል-የዚህ ተፅዕኖ መራባት በከፍተኛ ሁኔታ የሚወሰነው ሙከራው በሚካሄድበት ሁኔታ ላይ ነው. በትክክል ሁልጊዜ የማይባዛ ስለሆነ።

ነገር ግን እነሱ እንደሚሉት, በጣም ሊሆን የሚችል ምክንያት.

ኬሚስቶቹ በጽሑፋቸው ላይ እንደጻፉት፣ በቅድመ ህትመት ድረ-ገጽ arXiv.org ላይ፣ የሃይድሮጂን ቦንዶች ከቀዝቃዛ ውሃ ይልቅ በሞቀ ውሃ ውስጥ ጠንካራ ናቸው። ስለዚህ በሙቅ ውሃ ውስጥ በሃይድሮጂን ቦንዶች ውስጥ የበለጠ ኃይል ይከማቻል ፣ ይህ ማለት ከዜሮ በታች ባለው የሙቀት መጠን ሲቀዘቅዙ ብዙ ይለቀቃሉ። በዚህ ምክንያት, ማጠንከሪያው በፍጥነት ይከሰታል.

እስካሁን ድረስ ሳይንቲስቶች ይህንን ምስጢር በንድፈ ሀሳብ ብቻ ፈትነዋል. የእነሱ ስሪት አሳማኝ ማስረጃዎችን ሲያቀርቡ, ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ለምን እንደሚቀዘቅዝ ጥያቄው እንደተዘጋ ሊቆጠር ይችላል.

ውሃከኬሚካላዊ እይታ አንጻር ቀላል ንጥረ ነገር ግን ሳይንቲስቶችን ማስደነቁን የማያቆሙ በርካታ ያልተለመዱ ባህሪያት አሉት. ከዚህ በታች ጥቂት ሰዎች የሚያውቁት ጥቂት እውነታዎች አሉ።

1. የትኛው ውሃ በፍጥነት ይቀዘቅዛል - ቀዝቃዛ ወይም ሙቅ?

ሁለት ኮንቴይነሮችን በውሃ እንውሰድ: ሙቅ ውሃን ወደ አንድ እና ቀዝቃዛ ውሃ በማፍሰስ በማቀዝቀዣ ውስጥ እናስቀምጣቸው. ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ይቀዘቅዛል ፣ ምንም እንኳን በምክንያታዊነት ፣ ቀዝቃዛ ውሃ መጀመሪያ ወደ በረዶነት መለወጥ ነበረበት ፣ ለነገሩ ሙቅ ውሃ መጀመሪያ ወደ ቀዝቃዛው የሙቀት መጠን ማቀዝቀዝ እና ወደ በረዶነት መለወጥ አለበት ፣ ቀዝቃዛ ውሃ ማቀዝቀዝ አያስፈልገውም። ይህ ለምን እየሆነ ነው?

እ.ኤ.አ. በ 1963 ኤራስቶ ቢ.ኤምፔምባ የተባለ ታንዛኒያ ተማሪ አይስክሬም ውህድ እየቀዘቀዘ ሳለ የሙቀቱ ድብልቅ ከቀዝቃዛው በበለጠ ፍጥነት በማቀዝቀዣው ውስጥ እንደሚጠናከር አስተዋለ። ወጣቱ ግኝቱን ከፊዚክስ መምህሩ ጋር ሲያካፍል፣ ሳቀበት ብቻ። እንደ እድል ሆኖ, ተማሪው በጽናት በመቆየቱ መምህሩን አንድ ሙከራ እንዲያካሂድ አሳምኖታል, ይህም ግኝቱን አረጋግጧል: በአንዳንድ ሁኔታዎች ሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት ይቀዘቅዛል.

አሁን ይህ የሙቅ ውሃ ከቀዝቃዛ ውሃ በበለጠ ፍጥነት የመቀዝቀዙ ክስተት “ የMpemba ውጤት" እውነት ነው ፣ ከረጅም ጊዜ በፊት ይህ ልዩ የውሃ ንብረት በአርስቶትል ፣ ፍራንሲስ ቤከን እና ሬኔ ዴካርት ተጠቅሰዋል።

የሳይንስ ሊቃውንት የዚህን ክስተት ባህሪ ሙሉ በሙሉ አልተረዱም, ይህም በሱፐር ማቀዝቀዣ, በትነት, በበረዶ መፈጠር, በኮንቬክሽን, ወይም ፈሳሽ ጋዞች በሙቅ እና በቀዝቃዛ ውሃ ላይ ባለው ልዩነት በማብራራት.

2. ወዲያውኑ በረዶ ሊሆን ይችላል

ሁሉም ሰው ያውቃል ውሃወደ 0 ° ሴ ሲቀዘቅዝ ሁል ጊዜ ወደ በረዶነት ይለወጣል ... ከአንዳንድ በስተቀር! የእንደዚህ አይነት ጉዳይ ምሳሌ ሱፐር ማቀዝቀዝ ሲሆን ይህም በጣም ንጹህ ውሃ ከቅዝቃዜ በታች በሚቀዘቅዝበት ጊዜ እንኳን ፈሳሽ ሆኖ እንዲቆይ ማድረግ ነው. ይህ ክስተት ሊሆን የቻለው አካባቢው የበረዶ ክሪስታሎች እንዲፈጠሩ ሊያደርጉ የሚችሉ ማዕከሎች ወይም ክሪስታላይዜሽን ኒውክሊየሮች ባለመኖሩ ነው። እና ስለዚህ ውሃ ከዜሮ ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች በሚቀዘቅዝበት ጊዜ እንኳን በፈሳሽ መልክ ይቆያል።

ክሪስታላይዜሽን ሂደትለምሳሌ በጋዝ አረፋዎች, ቆሻሻዎች (በቆሻሻዎች) ወይም በመያዣው ውስጥ ያልተስተካከለ ገጽታ ሊከሰት ይችላል. ያለ እነርሱ, ውሃ በፈሳሽ ሁኔታ ውስጥ ይቆያል. ክሪስታላይዜሽን ሂደት ሲጀምር፣ በጣም ቀዝቃዛው ውሃ ወዲያውኑ ወደ በረዶነት ሲቀየር መመልከት ይችላሉ።

“ከፍተኛ ሙቀት” ያለው ውሃ ከፈላ ነጥቡ በላይ ሲሞቅም ፈሳሽ ሆኖ እንደሚቆይ ልብ ይበሉ።

3. 19 የውሃ ግዛቶች

ያለምንም ማመንታት ውሃ ምን ያህል የተለያዩ ግዛቶች አሉት? ሶስት መልስ ከሰጡ ጠንካራ ፣ ፈሳሽ ፣ ጋዝ ፣ ያኔ ተሳስተዋል። የሳይንስ ሊቃውንት ቢያንስ 5 የተለያዩ የውሃ ግዛቶችን በፈሳሽ መልክ እና 14 ግዛቶችን በቀዝቃዛ መልክ ይለያሉ.

እጅግ በጣም የቀዘቀዙ ውሃዎች ውይይቱን ያስታውሱ? ስለዚህ, ምንም ብታደርጉ, በ -38 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ንጹህ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ውሃ እንኳን በድንገት ወደ በረዶነት ይለወጣል. የሙቀት መጠኑ የበለጠ እየቀነሰ ሲሄድ ምን ይሆናል? በ -120 ድግሪ ሴንቲ ግሬድ ላይ አንድ እንግዳ ነገር በውሃ ላይ መከሰት ይጀምራል፡ እንደ ሞላሰስ ሁሉ በጣም ዝልግልግ ወይም ስ visግ ይሆናል፣ እና ከ -135 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች ባለው የሙቀት መጠን ወደ “ብርጭቆ” ወይም “ቪትሬየስ” ውሃ ይቀየራል - ክሪስታላይን መዋቅር የሌለው ጠንካራ ንጥረ ነገር። .

4. ውሃ የፊዚክስ ሊቃውንትን ያስደንቃል

በሞለኪውል ደረጃ, ውሃ የበለጠ አስገራሚ ነው. እ.ኤ.አ. በ 1995 በሳይንቲስቶች የተደረገው የኒውትሮን መበተን ሙከራ ያልተጠበቀ ውጤት አስገኝቷል-የፊዚክስ ሊቃውንት በውሃ ሞለኪውሎች ላይ ያተኮሩ ኒውትሮኖች ከተጠበቀው 25% ያነሰ የሃይድሮጂን ፕሮቶኖች "ይመለከታሉ".

በአንድ አትሴኮንድ ፍጥነት (10 -18 ሰከንድ) ያልተለመደ የኳንተም ውጤት ተከሰተ እና በምትኩ የውሃ ኬሚካላዊ ቀመር H2O, H1.5O ይሆናል!

5. የውሃ ማህደረ ትውስታ

ከኦፊሴላዊው መድሃኒት አማራጭ ሆሚዮፓቲየመድኃኒት ፈዘዝ ያለ መፍትሄ በሰውነት ላይ የፈውስ ተጽእኖ እንደሚያሳድር ይገልጻል፣ ምንም እንኳን የመሟሟት ሁኔታ በጣም ትልቅ ቢሆንም ከውሃ ሞለኪውሎች በስተቀር በመፍትሔው ውስጥ ምንም የቀረ ነገር የለም። የሆሚዮፓቲ ደጋፊዎች ይህንን አያዎ (ፓራዶክስ) ከሚባል ጽንሰ-ሐሳብ ጋር ያብራራሉ. የውሃ ማህደረ ትውስታ"በዚህ መሰረት ውሃ በሞለኪዩል ደረጃ አንድ ጊዜ በውስጡ የተሟሟት ንጥረ ነገር "ማስታወስ" ያለው ሲሆን በውስጡም አንድም ሞለኪውል በውስጡ ካልተረፈ በኋላ የመጀመሪያውን ትኩረት የመፍትሄ ባህሪያትን ይይዛል.

የሆሚዮፓቲ መርሆዎችን በመተቸት በቤልፋስት የኩዊንስ ዩኒቨርሲቲ ፕሮፌሰር ማዴሊን ኢኒስ የሚመራ አለም አቀፍ የሳይንስ ሊቃውንት ቡድን እ.ኤ.አ. በ2002 ሀሳቡን ለአንዴና ለመጨረሻ ጊዜ ውድቅ ለማድረግ ሙከራ አድርጓል። ውጤቱ ተቃራኒ ነበር. ከዚያ በኋላ ሳይንቲስቶች ውጤቱን እውነታውን ማረጋገጥ እንደቻሉ ተናግረዋል " የውሃ ማህደረ ትውስታ" ይሁን እንጂ በገለልተኛ ባለሙያዎች ቁጥጥር ስር የተደረጉ ሙከራዎች ውጤት አላመጡም. ስለ ክስተቱ መኖር አለመግባባቶች " የውሃ ማህደረ ትውስታ" ቀጥል ።

ውሃ በዚህ ጽሑፍ ውስጥ ያልተነጋገርንባቸው ሌሎች ብዙ ያልተለመዱ ባህሪያት አሉት. ለምሳሌ, የውሃው ጥግግት እንደ ሙቀት መጠን ይለዋወጣል (የበረዶ መጠኑ ከውሃው ያነሰ ነው); ውሃ በትክክል ከፍተኛ የሆነ የወለል ውጥረት አለው; በፈሳሽ ሁኔታ ውስጥ ውሃ ውስብስብ እና ተለዋዋጭ በሆነ መልኩ የሚለዋወጥ የውሃ ስብስቦች አውታረመረብ ነው, እና የውሃ መዋቅርን የሚጎዳው የክላስተር ባህሪ ነው, ወዘተ.

ስለ እነዚህ እና ሌሎች ብዙ ያልተጠበቁ ባህሪያት ውሃበጽሁፉ ውስጥ ሊነበብ ይችላል " ያልተለመዱ የውሃ ባህሪዎችበለንደን ዩኒቨርሲቲ ፕሮፌሰር ማርቲን ቻፕሊን ደራሲ።