Изглежда очевидно, че студената вода замръзва по-бързо от горещата вода, тъй като при еднакви условия горещата вода отнема повече време, за да се охлади и впоследствие да замръзне. Въпреки това, хиляди години наблюдения, както и съвременни експерименти, показват, че е вярно и обратното: при определени условия горещата вода замръзва по-бързо от студената. Научният канал Sciencium обяснява този феномен:
Както е обяснено във видеото по-горе, феноменът на горещата вода, която замръзва по-бързо от студената вода, е известен като ефекта на Мпемба, кръстен на Ерасто Мпемба, ученик от Танзания, който направил сладолед като част от училищен проект през 1963 г. Учениците трябваше да доведат смес от сметана и захар до кипене, да я оставят да изстине и след това да я поставят във фризера.
Вместо това Ерасто сложи сместа си веднага, гореща, без да чака да изстине. В резултат след 1,5 часа неговата смес вече беше замръзнала, но смесите на другите ученици не бяха. Интересувайки се от феномена, Мпемба започва да изучава въпроса с професора по физика Денис Осбърн и през 1969 г. те публикуват статия, в която се посочва, че топлата вода замръзва по-бързо от студената. Това е първото рецензирано изследване от този вид, но самият феномен се споменава в статиите на Аристотел, датиращи от 4 век пр.н.е. д. Франсис Бейкън и Декарт също отбелязват този феномен в своите изследвания.
Видеото изброява няколко опции за обяснение на случващото се:
- Сланата е диелектрик и следователно мразовитата студена вода съхранява топлината по-добре от топлата чаша, която топи леда, когато влезе в контакт с нея
- Студената вода има повече разтворени газове от топлата вода и изследователите спекулират, че това може да играе роля в скоростта на охлаждане, въпреки че все още не е ясно как
- Горещата вода губи повече водни молекули чрез изпаряване, така че остават по-малко за замръзване
- Топлата вода може да се охлади по-бързо поради увеличените конвективни течения. Тези течения възникват, защото водата в чашата се охлажда първо на повърхността и отстрани, което кара студената вода да потъва и горещата вода да се издига. В топло стъкло конвективните течения са по-активни, което може да повлияе на скоростта на охлаждане.
През 2016 г. обаче беше проведено внимателно контролирано проучване, което показа обратното: горещата вода замръзва много по-бавно от студената. В същото време учените забелязаха, че промяната на местоположението на термодвойката - устройство, което определя температурните промени - само с един сантиметър води до появата на ефекта Mpemba. Проучване на други подобни проучвания показа, че във всички случаи, когато се наблюдава този ефект, има изместване на термодвойката в рамките на сантиметър.
Ефектът Мпемба или защо горещата вода замръзва по-бързо от студената? Ефектът на Мпемба (парадокс на Мпемба) е парадокс, който гласи, че горещата вода при определени условия замръзва по-бързо от студената вода, въпреки че трябва да премине температурата на студената вода по време на процеса на замръзване. Този парадокс е експериментален факт, който противоречи на обичайните идеи, според които при едни и същи условия на по-нагрято тяло е необходимо повече време, за да се охлади до определена температура, отколкото на по-слабо нагрято тяло, за да се охлади до същата температура. Това явление е забелязано навремето от Аристотел, Франсис Бейкън и Рене Декарт, но едва през 1963 г. ученикът от Танзания Ерасто Мпемба открива, че гореща смес за сладолед замръзва по-бързо от студена. Като ученик в гимназия Магамби в Танзания, Ерасто Мпемба е работил на практика като готвач. Трябваше да направи домашен сладолед - да свари млякото, да разтвори в него захар, да го охлади до стайна температура и след това да го постави в хладилника да замръзне. Явно Мпемба не е бил особено прилежен ученик и се е забавил с изпълнението на първата част от задачата. От страх, че няма да стигне до края на урока, той сложи още горещо мляко в хладилника. За негова изненада то замръзва дори по-рано от млякото на другарите му, приготвено по зададената технология. След това Мпемба експериментира не само с мляко, но и с обикновена вода. Във всеки случай, още като ученик в гимназията Mkwava, той попита професор Денис Осборн от университетския колеж в Дар Ес Салам (поканен от директора на училището да изнесе лекция по физика на учениците) конкретно за водата: „Ако вземете два еднакви съда с равни обеми вода, така че в единия водата да е с температура 35°C, а в другия - 100°C, и ги поставете във фризера, тогава във втория водата ще замръзне по-бързо. Защо? Осбърн се заинтересува от този въпрос и скоро, през 1969 г., той и Мпемба публикуват резултатите от своите експерименти в списание Physics Education. Оттогава ефектът, който откриха, се нарича ефект на Мпемба. Досега никой не знае как точно да обясни този странен ефект. Учените нямат нито една версия, въпреки че има много. Всичко е свързано с разликата в свойствата на топлата и студената вода, но все още не е ясно кои свойства играят роля в този случай: разликата в преохлаждането, изпарението, образуването на лед, конвекцията или ефекта на втечнените газове върху водата при различни температури. Парадоксът на ефекта на Мпемба е, че времето, през което едно тяло се охлажда до температурата на околната среда, трябва да бъде пропорционално на температурната разлика между това тяло и околната среда. Този закон е установен от Нютон и оттогава е потвърден многократно в практиката. При този ефект вода с температура 100°C се охлажда до температура 0°C по-бързо от същото количество вода с температура 35°C. Това обаче все още не означава парадокс, тъй като ефектът на Мпемба може да бъде обяснен в рамките на известната физика. Ето някои обяснения за ефекта Мпемба: Изпаряване Горещата вода се изпарява по-бързо от съда, като по този начин намалява неговия обем, а по-малък обем вода при същата температура замръзва по-бързо. Водата, загрята до 100 C, губи 16% от масата си, когато се охлади до 0 C. Ефектът от изпарението е двоен ефект. Първо, масата на водата, необходима за охлаждане, намалява. И второ, температурата намалява поради факта, че топлината на изпарение на прехода от водната фаза към парната фаза намалява. Температурна разлика Поради факта, че температурната разлика между топлата вода и студения въздух е по-голяма, следователно топлообменът в този случай е по-интензивен и горещата вода се охлажда по-бързо. Хипотермия Когато водата се охлади под 0 C, тя не винаги замръзва. При някои условия може да претърпи свръхохлаждане, като продължава да остава течен при температури под нулата. В някои случаи водата може да остане течна дори при температура от -20 C. Причината за този ефект е, че за да започнат да се образуват първите ледени кристали, са необходими центрове за образуване на кристали. Ако те не присъстват в течна вода, тогава преохлаждането ще продължи, докато температурата спадне достатъчно, за да се образуват спонтанно кристали. Когато започнат да се образуват в свръхохладената течност, те ще започнат да растат по-бързо, образувайки киша, която ще замръзне и ще образува лед. Горещата вода е най-податлива на хипотермия, тъй като нагряването й премахва разтворените газове и мехурчета, които от своя страна могат да служат като центрове за образуване на ледени кристали. Защо хипотермията кара горещата вода да замръзва по-бързо? При студена вода, която не е преохладена, се случва следното. В този случай на повърхността на съда ще се образува тънък слой лед. Този слой лед ще действа като изолатор между водата и студения въздух и ще предотврати по-нататъшно изпарение. Скоростта на образуване на ледени кристали в този случай ще бъде по-ниска. В случай на гореща вода, подложена на преохлаждане, преохладената вода няма защитен повърхностен слой от лед. Поради това той губи топлина много по-бързо през отворения връх. Когато процесът на преохлаждане приключи и водата замръзне, се губи много повече топлина и следователно се образува повече лед. Много изследователи на този ефект смятат хипотермията за основния фактор в случая на ефекта Mpemba. Конвекция Студената вода започва да замръзва отгоре, като по този начин влошава процесите на топлинно излъчване и конвекция, а оттам и загубата на топлина, докато горещата вода започва да замръзва отдолу. Този ефект се обяснява с аномалия в плътността на водата. Водата има максимална плътност при 4 C. Ако охладите водата до 4 C и я поставите при по-ниска температура, повърхностният слой вода ще замръзне по-бързо. Тъй като тази вода е с по-малка плътност от водата при температура 4 C, тя ще остане на повърхността, образувайки тънък студен слой. При тези условия на повърхността на водата за кратко време ще се образува тънък слой лед, но този слой лед ще служи като изолатор, защитавайки долните слоеве вода, които ще останат при температура от 4 C. Следователно по-нататъшният процес на охлаждане ще бъде по-бавен. При топлата вода ситуацията е съвсем различна. Повърхностният слой вода ще се охлади по-бързо поради изпарение и по-голяма температурна разлика. Освен това слоевете студена вода са по-плътни от слоевете гореща вода, така че слоят студена вода ще потъне надолу, издигайки слоя топла вода към повърхността. Тази циркулация на водата осигурява бързо понижаване на температурата. Но защо този процес не достига равновесна точка? За да се обясни ефектът Mpemba от тази гледна точка на конвекцията, би било необходимо да се приеме, че студените и горещите слоеве вода са разделени и самият процес на конвекция продължава, след като средната температура на водата падне под 4 C. Въпреки това, няма експериментални данни, които биха потвърдили тази хипотеза, че студените и горещите слоеве вода са разделени от процеса на конвекция. Газове, разтворени във вода Водата винаги съдържа разтворени газове - кислород и въглероден диоксид. Тези газове имат способността да намаляват точката на замръзване на водата. Когато водата се нагрява, тези газове се отделят от водата, тъй като тяхната разтворимост във вода е по-ниска при високи температури. Следователно, когато горещата вода се охлажда, тя винаги съдържа по-малко разтворени газове, отколкото в незагрята студена вода. Следователно точката на замръзване на нагрятата вода е по-висока и тя замръзва по-бързо. Този фактор понякога се счита за основен при обяснението на ефекта Мпемба, въпреки че няма експериментални данни, потвърждаващи този факт. Топлопроводимост Този механизъм може да играе важна роля, когато водата се поставя във фризера на хладилното отделение в малки контейнери. При тези условия е наблюдавано, че съд с гореща вода разтопява леда във фризера отдолу, като по този начин подобрява топлинния контакт със стената на фризера и топлопроводимостта. В резултат на това топлината се отстранява от съд с гореща вода по-бързо, отколкото от студена. От своя страна съд със студена вода не топи снега отдолу. Всички тези (както и други) условия са изследвани в много експерименти, но ясен отговор на въпроса кои от тях осигуряват стопроцентово възпроизвеждане на ефекта Мпемба, така и не е получен. Например през 1995 г. немският физик Давид Ауербах изследва ефекта на преохлаждането на водата върху този ефект. Той откри, че горещата вода, достигайки свръхохладено състояние, замръзва при по-висока температура от студената вода и следователно по-бързо от последната. Но студената вода достига свръхохладено състояние по-бързо от горещата вода, като по този начин компенсира предишното забавяне. В допълнение, резултатите на Auerbach противоречат на предишни данни, че горещата вода е успяла да постигне по-голямо преохлаждане поради по-малко центрове на кристализация. Когато водата се нагрява, разтворените в нея газове се отделят от нея, а когато се вари, някои разтворени в нея соли се утаяват. Засега може да се каже само едно - възпроизвеждането на този ефект значително зависи от условията, при които се провежда експериментът. Именно защото не винаги се възпроизвежда. О. В. Мосин
Много изследователи са излагали и излагат свои собствени версии защо топлата вода замръзва по-бързо от студената. Изглежда като парадокс - в крайна сметка, за да замръзне, горещата вода първо трябва да се охлади. Фактът обаче си остава факт и учените го обясняват по различни начини.
Основни версии
В момента има няколко версии, които обясняват този факт:
- Тъй като изпарението става по-бързо в гореща вода, нейният обем намалява. И замръзването на по-малко количество вода при същата температура става по-бързо.
- Фризерното отделение на хладилника е със снежна покривка. Съд с гореща вода топи снега отдолу. Това подобрява термичния контакт с фризера.
- Замръзването на студената вода, за разлика от горещата вода, започва отгоре. В същото време се влошава конвекцията и топлинното излъчване, а оттам и топлинните загуби.
- Студената вода съдържа центрове на кристализация - вещества, разтворени в нея. Ако съдържанието им във вода е малко, заледяването е трудно, но в същото време е възможно преохлаждане - когато при минусови температури е в течно състояние.
Въпреки че справедливо можем да кажем, че този ефект не винаги се наблюдава. Много често студената вода замръзва по-бързо от горещата вода.
При каква температура замръзва водата
Защо водата изобщо замръзва? Съдържа известно количество минерални или органични частици. Това могат да бъдат например много малки частици пясък, прах или глина. Тъй като температурата на въздуха намалява, тези частици са центровете, около които се образуват ледени кристали.
Ролята на кристализационни ядра могат да играят и въздушни мехурчета и пукнатини в съда с вода. Скоростта на процеса на превръщане на водата в лед до голяма степен се влияе от броя на такива центрове - ако има много от тях, течността замръзва по-бързо. При нормални условия, при нормално атмосферно налягане, водата преминава в твърдо състояние от течност при температура 0 градуса.
Същността на ефекта Мпемба
Ефектът Mpemba е парадокс, чиято същност е, че при определени обстоятелства горещата вода замръзва по-бързо от студената. Това явление е забелязано от Аристотел и Декарт. Въпреки това, едва през 1963 г. танзанийският ученик Ерасто Мпемба установи, че горещият сладолед замръзва за по-кратко време от студения сладолед. Той направи това заключение, докато изпълняваше готварска задача.
Трябваше да разтвори захар във варено мляко и след като го охлади, го постави в хладилника да замръзне. Явно Мпемба не е бил особено усърден и е започнал да изпълнява първата част от задачата със закъснение. Затова той не изчака млякото да изстине, а го постави в хладилника горещо. Той беше много изненадан, когато замръзна дори по-бързо от това на съучениците му, които вършеха работата по зададената технология.
Този факт много заинтересува младежа и той започна експерименти с обикновена вода. През 1969 г. списанието Physics Education публикува резултатите от изследването на Mpemba и професор Dennis Osborne от университета в Дар Ес Салаам. Ефектът, който описват, е наречен Mpemba. И до днес обаче няма ясно обяснение на феномена. Всички учени са единодушни, че основната роля за това принадлежи на разликите в свойствата на охладената и топлата вода, но какво точно е неизвестно.
Сингапурска версия
Физиците от един от сингапурските университети също се интересуваха от въпроса коя вода замръзва по-бързо - гореща или студена? Екип от изследователи, ръководен от Си Джан, обясни този парадокс именно със свойствата на водата. Всеки знае състава на водата от училище - един атом кислород и два атома водород. Кислородът до известна степен изтегля електроните от водорода, така че молекулата е определен вид „магнит“.
В резултат на това някои молекули във водата са леко привлечени една към друга и са обединени от водородна връзка. Силата му е в пъти по-ниска от тази на ковалентната връзка. Сингапурски изследователи смятат, че обяснението на парадокса на Мпемба се крие именно във водородните връзки. Ако водните молекули са поставени много плътно една до друга, тогава такова силно взаимодействие между молекулите може да деформира ковалентната връзка в средата на самата молекула.
Но когато водата се нагрява, свързаните молекули се отдалечават леко една от друга. В резултат на това се получава релаксация на ковалентните връзки в средата на молекулите с освобождаване на излишната енергия и преход към по-ниско енергийно ниво. Това води до факта, че горещата вода започва да се охлажда бързо. Поне това показват теоретичните изчисления на сингапурски учени.
Моментално замразяване на вода - 5 невероятни трика: Видео
21.11.2017 11.10.2018 Александър Фърцев
« Коя вода замръзва по-бързо, студена или гореща?„- опитайте да зададете въпрос на приятелите си, най-вероятно повечето от тях ще отговорят, че студената вода замръзва по-бързо - и ще направят грешка.
Всъщност, ако поставите едновременно два съда с еднаква форма и обем във фризера, единият от които съдържа студена вода, а другият гореща, тогава горещата вода ще замръзне по-бързо.
Подобно твърдение може да изглежда абсурдно и неразумно. Ако следвате логиката, тогава горещата вода трябва първо да се охлади до температурата на студената вода, а студената вода вече трябва да се превърне в лед по това време.
Така че защо горещата вода побеждава студената по пътя си към замръзване? Нека се опитаме да го разберем.
История на наблюденията и изследванията
Хората наблюдават този парадоксален ефект от древни времена, но никой не му придава особено значение. Така Арестотел, както и Рене Декарт и Франсис Бейкън, отбелязват в своите бележки несъответствията в скоростта на замръзване на студена и гореща вода. Необичайно явление често се появява в ежедневието.
Дълго време феноменът не беше изследван по никакъв начин и не предизвика голям интерес сред учените.
Изследването на този необичаен ефект започва през 1963 г., когато любознателен ученик от Танзания, Ерасто Мпемба, забелязва, че горещото мляко за сладолед замръзва по-бързо от студеното мляко. Надявайки се да получи обяснение за причините за необичайния ефект, младежът попитал учителя си по физика в училище. Учителят обаче само му се изсмя.
По-късно Мпемба повторил експеримента, но в опита си вече не използвал мляко, а вода и парадоксалният ефект се повторил отново.
6 години по-късно, през 1969 г., Мпемба задава този въпрос на професора по физика Денис Осбърн, който идва в неговото училище. Професорът се заинтересува от наблюдението на младия мъж и в резултат на това беше проведен експеримент, който потвърди наличието на ефекта, но причините за това явление не бяха установени.
Оттогава явлението се нарича Мпемба ефект.
В историята на научните наблюдения са изказани много хипотези за причините за това явление.
Така че през 2012 г. Британското кралско дружество по химия ще обяви конкурс на хипотези, обясняващи ефекта на Мпемба. В конкурса са участвали учени от цял свят, регистрирани са общо 22 000 научни статии. Въпреки толкова внушителния брой статии, нито една от тях не внесе яснота в парадокса на Мпемба.
Най-често срещаната версия беше, че горещата вода замръзва по-бързо, тъй като просто се изпарява по-бързо, обемът й става по-малък и с намаляване на обема скоростта на охлаждане се увеличава. Най-често срещаната версия в крайна сметка беше опровергана, тъй като беше проведен експеримент, в който изпарението беше изключено, но въпреки това ефектът беше потвърден.
Други учени смятат, че причината за ефекта Мпемба е изпарението на газове, разтворени във вода. Според тях по време на процеса на нагряване газовете, разтворени във водата, се изпаряват, поради което тя придобива по-висока плътност от студената вода. Както е известно, увеличаването на плътността води до промяна във физичните свойства на водата (увеличаване на топлопроводимостта) и следователно до увеличаване на скоростта на охлаждане.
Освен това са представени редица хипотези, описващи скоростта на циркулация на водата в зависимост от температурата. Много изследвания се опитват да установят връзката между материала на контейнерите, в които се намира течността. Много теории изглеждаха много правдоподобни, но не можеха да бъдат научно потвърдени поради липса на първоначални данни, противоречия в други експерименти или защото идентифицираните фактори просто не бяха сравними със скоростта на охлаждане на водата. Някои учени в своите трудове поставиха под въпрос съществуването на ефекта.
През 2013 г. изследователи от Технологичния университет Нанянг в Сингапур твърдят, че са разрешили мистерията на ефекта Мпемба. Според тяхното изследване причината за феномена се крие във факта, че количеството енергия, съхранявано във водородните връзки между молекулите на студена и гореща вода, е значително различно.
Методите за компютърно моделиране показаха следните резултати: колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-голямо е разстоянието между молекулите поради факта, че силите на отблъскване се увеличават. Следователно водородните връзки на молекулите се разтягат, съхранявайки повече енергия. Когато се охладят, молекулите започват да се приближават една до друга, освобождавайки енергия от водородните връзки. В този случай освобождаването на енергия е придружено от намаляване на температурата.
През октомври 2017 г. испански физици в хода на друго изследване установиха, че основна роля при формирането на ефекта играе изваждането на веществото от равновесие (силно нагряване преди силно охлаждане). Те определиха условията, при които вероятността за възникване на ефекта е максимална. Освен това учени от Испания потвърдиха съществуването на обратния ефект на Мпемба. Те открили, че при нагряване по-студена проба може да достигне висока температура по-бързо от по-топлата.
Въпреки изчерпателната информация и множеството експерименти, учените възнамеряват да продължат да изучават ефекта.
Mpemba ефект в реалния живот
Чудили ли сте се защо през зимата пързалката се пълни с топла вода, а не със студена? Както вече разбирате, те правят това, защото пързалка, пълна с гореща вода, ще замръзне по-бързо, отколкото ако е пълна със студена вода. По същата причина гореща вода се излива в пързалките в зимните ледени градове.
По този начин знанието за съществуването на феномена позволява на хората да спестят време при подготовката на обекти за зимни спортове.
В допълнение, ефектът Mpemba понякога се използва в индустрията за намаляване на времето за замразяване на продукти, вещества и материали, съдържащи вода.
Изглежда, че добрата стара формула H 2 O не съдържа тайни. Но всъщност водата - източникът на живот и най-известната течност в света - е изпълнена с много мистерии, които дори учените понякога не могат да разрешат.
Ето 5-те най-интересни факта за водата:
1. Топлата вода замръзва по-бързо от студената
Нека вземем два съда с вода: в единия налейте гореща вода, а в другия - студена вода и ги поставете във фризера. Топлата вода ще замръзне по-бързо от студената вода, въпреки че логично студената вода трябва първо да се превърне в лед: в крайна сметка горещата вода трябва първо да се охлади до студената температура и след това да се превърне в лед, докато студената вода не трябва да се охлажда. Защо се случва това?
През 1963 г. Ерасто Б. Мпемба, гимназист в Танзания, замразява смес за сладолед и забелязва, че горещата смес се втвърдява по-бързо във фризера от студената. Когато младежът споделил откритието си с учителя си по физика, той само му се изсмял. За щастие ученикът бил упорит и убедил учителя да проведе експеримент, който потвърдил откритието му: при определени условия топлата вода действително замръзва по-бързо от студената.
Сега този феномен на гореща вода, която замръзва по-бързо от студена вода, се нарича „ефект на Мпемба“. Вярно, много преди него това уникално свойство на водата е отбелязано от Аристотел, Франсис Бейкън и Рене Декарт.
Учените все още не разбират напълно природата на това явление, обяснявайки го или с разликата в преохлаждането, изпарението, образуването на лед, конвекцията или с ефекта на втечнените газове върху гореща и студена вода.
Бележка от X.RU по темата „Топлата вода замръзва по-бързо от студената вода.“
Тъй като въпросите на охлаждането са по-близки до нас, специалистите по хладилна техника, ще си позволим да навлезем малко по-дълбоко в същността на този проблем и да дадем две мнения за същността на такова мистериозно явление.
1. Учен от Вашингтонския университет предложи обяснение на мистериозен феномен, известен още от времето на Аристотел: защо горещата вода замръзва по-бързо от студената.
Феноменът, наречен ефект на Мпемба, се използва широко в практиката. Например, експертите съветват шофьорите през зимата да наливат студена, а не гореща вода в резервоара на пералнята. Но какво стои в основата на това явление дълго време остава неизвестно.
Д-р Джонатан Кац от Вашингтонския университет изследва този феномен и стига до извода, че важна роля играят разтворените във вода вещества, които се утаяват при нагряване, съобщава EurekAlert.
Под разтворени вещества д-р Кац има предвид калциеви и магнезиеви бикарбонати, които се съдържат в твърдата вода. Когато водата се нагрява, тези вещества се утаяват, образувайки котлен камък по стените на чайника. Водата, която никога не е била нагрявана, съдържа тези примеси. При замръзване и образуване на ледени кристали концентрацията на примеси във водата се увеличава 50 пъти. Поради това точката на замръзване на водата намалява. „И сега водата трябва да се охлади допълнително, за да замръзне“, обяснява д-р Кац.
Има и втора причина, която предотвратява замръзването на незагрята вода. Понижаването на точката на замръзване на водата намалява температурната разлика между твърдата и течната фаза. „Тъй като скоростта, с която водата губи топлина, зависи от тази температурна разлика, водата, която не е била нагрята, се охлажда по-лошо“, коментира д-р Кац.
Според учения неговата теория може да бъде проверена експериментално, т.к Ефектът Mpemba става по-забележим при по-твърда вода.
2. Кислород плюс водород плюс студ създават лед. На пръв поглед това прозрачно вещество изглежда много просто. В действителност ледът е изпълнен с много мистерии. Ледът, създаден от африканеца Ерасто Мпемба, не мисли за слава. Дните бяха горещи. Той искаше сладкиши. Взе кутията със сока и я сложи във фризера. Той направи това повече от веднъж и затова забеляза, че сокът замръзва особено бързо, ако първо го държите на слънце - наистина го загрява! Това е странно, помисли си ученикът от Танзания, който постъпи противно на светската мъдрост. Наистина ли е вярно, че за да се превърне течността по-бързо в лед, първо трябва да се... загрее? Младият мъж бил толкова изненадан, че споделил предположението си с учителя. Той съобщи за това любопитство в пресата.
Тази история се случи през шейсетте години на миналия век. Сега "ефектът на Мпемба" е добре известен на учените. Но дълго време това на пръв поглед просто явление остава загадка. Защо горещата вода замръзва по-бързо от студената?
Едва през 1996 г. физикът Дейвид Ауербах намира решение. За да отговори на този въпрос, той провежда експеримент в продължение на цяла година: загрява вода в чаша и я охлажда отново. И така, какво разбра? При нагряване въздушните мехурчета, разтворени във вода, се изпаряват. Лишената от газове вода замръзва по-лесно по стените на съда. „Разбира се, водата с високо съдържание на въздух също ще замръзне“, казва Ауербах, „но не при нула градуса по Целзий, а само при минус четири до шест градуса.“ Разбира се, ще трябва да почакате повече. И така, горещата вода замръзва преди студената, това е научен факт.
Едва ли има вещество, което да се появява пред очите ни със същата лекота като леда. Състои се само от водни молекули - тоест елементарни молекули, съдържащи два водородни атома и един кислороден атом. Ледът обаче е може би най-мистериозното вещество във Вселената. Учените все още не са успели да обяснят някои от неговите свойства.
2. Преохлаждане и "мигновено" замразяване
Всеки знае, че водата винаги се превръща в лед, когато се охлади до 0°C... освен в някои случаи! Пример за това е „преохлаждането“, което е свойството на много чистата вода да остава течна дори когато е охладена до температура под нулата. Това явление е възможно благодарение на факта, че околната среда не съдържа центрове или ядра на кристализация, които биха могли да предизвикат образуването на ледени кристали. И така водата остава в течна форма дори когато се охлади до под нула градуса по Целзий. Процесът на кристализация може да се задейства, например, от газови мехурчета, примеси (замърсители) или неравна повърхност на контейнера. Без тях водата ще остане в течно състояние. Когато процесът на кристализация започне, можете да наблюдавате как свръхохладената вода моментално се превръща в лед.
Гледайте видеоклипа (2 901 KB, 60 секунди) от Фил Медина (www.mrsciguy.com) и се убедете сами >>
Коментирайте.Прегрятата вода също остава течна, дори когато се нагрее над точката на кипене.
3. "Стъклена" вода
Бързо и без да се замисляте, назовете колко различни състояния има водата?
Ако сте отговорили на три (твърдо, течно, газообразно), значи грешите. Учените идентифицират най-малко 5 различни състояния на течна вода и 14 състояния на лед.
Помните ли разговора за супер охладената вода? Така че, каквото и да правите, при -38 °C дори най-чистата супер охладена вода внезапно се превръща в лед. Какво се случва с по-нататъшен спад?
температура? При -120 °C нещо странно започва да се случва с водата: тя става супер вискозна или вискозна, като меласата, а при температури под -135 °C се превръща в „стъклена” или „стъкловидна” вода – твърдо вещество, което няма кристална структура .
4. Квантови свойства на водата
На молекулярно ниво водата е още по-изненадваща. През 1995 г. експеримент за разсейване на неутрони, проведен от учени, даде неочакван резултат: физиците откриха, че неутроните, насочени към водните молекули, „виждат“ 25% по-малко водородни протони от очакваното.
Оказа се, че при скорост от една атосекунда (10 -18 секунди) се получава необичаен квантов ефект и химичната формула на водата, вместо обичайната - H 2 O, става H 1,5 O!
5. Водата има ли памет?
Хомеопатията, алтернатива на конвенционалната медицина, твърди, че разреден разтвор на лекарство може да има лечебен ефект върху тялото, дори ако факторът на разреждане е толкова голям, че в разтвора не е останало нищо освен водни молекули. Привържениците на хомеопатията обясняват този парадокс с концепцията, наречена „памет на водата“, според която водата на молекулярно ниво има „памет“ за веществото, веднъж разтворено в нея, и запазва свойствата на разтвора с първоначалната концентрация след нито един път. молекула от съставката остава в него.
Международна група учени, ръководена от професор Мадлен Енис от университета на Кралицата, която критикува принципите на хомеопатията, проведе експеримент през 2002 г., за да опровергае тази концепция веднъж завинаги. След това учените казаха, че успяха да докажат реалността на ефекта на „паметта на водата“, но експериментите, проведени под наблюдението на независими експерти, не донесоха никакви резултати. Дебатът за съществуването на феномена „памет на водата“ продължава.
Водата има много други необичайни свойства, за които не говорихме в тази статия.
Литература.
1. 5 наистина странни неща за водата / http://www.neatorama.com.
2. Мистерията на водата: създадена е теорията за ефекта на Аристотел-Мпемба / http://www.o8ode.ru.
3. Непомнящ Н.Н. Тайните на неживата природа. Най-мистериозното вещество във Вселената / http://www.bibliotekar.ru.