Det virker indlysende, at koldt vand fryser hurtigere end varmt vand, da varmt vand under lige betingelser tager længere tid om at afkøle og efterfølgende fryse. Men tusinder af års observationer, såvel som moderne eksperimenter, har vist, at det modsatte også er tilfældet: Under visse forhold fryser varmt vand hurtigere end koldt vand. Sciencium Science Channel forklarer dette fænomen:
Som forklaret i videoen ovenfor er fænomenet med, at varmt vand fryser hurtigere end koldt vand, kendt som Mpemba-effekten, opkaldt efter Erasto Mpemba, en tanzanisk studerende, der lavede is som en del af et skoleprojekt i 1963. Eleverne skulle bringe en blanding af fløde og sukker i kog, lade den køle af og derefter lægge den i fryseren.
I stedet puttede Erasto sin blanding i straks, varm, uden at vente på, at den var afkølet. Som et resultat var hans blanding allerede frosset efter 1,5 time, men de andre elevers blandinger var det ikke. Interesseret i fænomenet begyndte Mpemba at studere spørgsmålet sammen med fysikprofessor Denis Osborne, og i 1969 udgav de et papir, der sagde, at varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Dette var den første peer-reviewede undersøgelse af sin art, men selve fænomenet er nævnt i Aristoteles' papirer, der dateres tilbage til det 4. århundrede f.Kr. e. Francis Bacon og Descartes bemærkede også dette fænomen i deres undersøgelser.
Videoen viser flere muligheder for at forklare, hvad der sker:
- Frost er et dielektrikum, og derfor lagrer koldt vand varme bedre end et varmt glas, som smelter is, når det kommer i kontakt med det.
- Koldt vand har flere opløste gasser end varmt vand, og forskere spekulerer i, at dette kan spille en rolle for afkølingshastigheden, selvom det endnu ikke er klart, hvordan
- Varmt vand mister flere vandmolekyler gennem fordampning, så der er færre tilbage at fryse
- Varmt vand kan køle hurtigere på grund af øgede konvektive strømme. Disse strømme opstår, fordi vandet i glasset først afkøles ved overfladen og siderne, hvilket får koldt vand til at synke og varmt vand til at stige. I et varmt glas er konvektive strømme mere aktive, hvilket kan påvirke afkølingshastigheden.
Men i 2016 blev der gennemført en nøje kontrolleret undersøgelse, der viste det modsatte: varmt vand frøs meget langsommere end koldt vand. Samtidig bemærkede forskerne, at ændring af placeringen af termoelementet - en enhed, der bestemmer temperaturændringer - med kun en centimeter fører til udseendet af Mpemba-effekten. En undersøgelse af andre lignende undersøgelser viste, at i alle tilfælde, hvor denne effekt blev observeret, var der en forskydning af termoelementet inden for en centimeter.
Mpemba-effekten eller hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand? Mpemba-effekten (Mpemba Paradox) er et paradoks, der siger, at varmt vand under nogle forhold fryser hurtigere end koldt vand, selvom det skal passere koldt vands temperatur under fryseprocessen. Dette paradoks er et eksperimentelt faktum, der modsiger de sædvanlige ideer, ifølge hvilke et mere opvarmet legeme under de samme betingelser tager længere tid at afkøle til en bestemt temperatur end et mindre opvarmet legeme at afkøle til samme temperatur. Dette fænomen blev bemærket på et tidspunkt af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes, men det var først i 1963, at den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba opdagede, at en varm isblanding fryser hurtigere end en kold. Som elev på Magambi High School i Tanzania lavede Erasto Mpemba praktisk arbejde som kok. Han skulle lave hjemmelavet is - kog mælk, opløs sukker i det, afkøl det til stuetemperatur og sæt det derefter i køleskabet for at fryse. Tilsyneladende var Mpemba ikke en særlig flittig elev og forsinkede med at gennemføre den første del af opgaven. Da han frygtede, at han ikke ville nå det ved slutningen af lektionen, satte han stadig varm mælk i køleskabet. Til hans overraskelse frøs det endnu tidligere end hans kammeraters mælk, tilberedt i henhold til den givne teknologi. Herefter eksperimenterede Mpemba ikke kun med mælk, men også med almindeligt vand. I hvert fald spurgte han allerede som elev på Mkwava Secondary School professor Dennis Osborne fra University College i Dar Es Salaam (inviteret af skoledirektøren til at holde et foredrag om fysik for eleverne) specifikt om vand: ”Hvis du tager to identiske beholdere med lige store mængder vand, så vandet i den ene har en temperatur på 35°C, og i den anden - 100°C, og sæt dem i fryseren, så fryser vandet hurtigere i den anden. Hvorfor?" Osborne blev interesseret i dette spørgsmål, og snart, i 1969, offentliggjorde han og Mpemba resultaterne af deres eksperimenter i tidsskriftet Physics Education. Siden da er den effekt, de opdagede, blevet kaldt Mpemba-effekten. Indtil nu er der ingen, der ved præcis, hvordan man forklarer denne mærkelige effekt. Forskere har ikke en enkelt version, selvom der er mange. Det hele handler om forskellen i egenskaberne for varmt og koldt vand, men det er endnu ikke klart, hvilke egenskaber der spiller en rolle i dette tilfælde: forskellen på underafkøling, fordampning, isdannelse, konvektion eller virkningen af flydende gasser på vand kl. forskellige temperaturer. Paradokset ved Mpemba-effekten er, at den tid, hvor en krop afkøles til den omgivende temperatur, skal være proportional med temperaturforskellen mellem denne krop og omgivelserne. Denne lov blev etableret af Newton og er siden blevet bekræftet mange gange i praksis. I denne effekt afkøles vand med en temperatur på 100°C til en temperatur på 0°C hurtigere end den samme mængde vand med en temperatur på 35°C. Dette indebærer dog endnu ikke et paradoks, da Mpemba-effekten kan forklares inden for rammerne af kendt fysik. Her er nogle forklaringer på Mpemba-effekten: Fordampning Varmt vand fordamper hurtigere fra en beholder og reducerer derved dens volumen, og en mindre mængde vand ved samme temperatur fryser hurtigere. Vand opvarmet til 100 C mister 16 % af sin masse, når det afkøles til 0 C. Effekten af fordampning er en dobbelt effekt. For det første falder mængden af vand, der kræves til afkøling. Og for det andet falder temperaturen på grund af det faktum, at fordampningsvarmen ved overgangen fra vandfasen til dampfasen falder. Temperaturforskel På grund af det faktum, at temperaturforskellen mellem varmt vand og kold luft er større, er varmevekslingen i dette tilfælde mere intens, og det varme vand afkøles hurtigere. Hypotermi Når vandet afkøles til under 0 C, fryser det ikke altid. Under nogle forhold kan det undergå superafkøling og fortsætte med at forblive flydende ved temperaturer under frysepunktet. I nogle tilfælde kan vand forblive flydende selv ved en temperatur på -20 C. Årsagen til denne effekt er, at for at de første iskrystaller kan begynde at dannes, er der brug for krystaldannelsescentre. Hvis de ikke er til stede i flydende vand, vil superafkølingen fortsætte, indtil temperaturen falder nok til, at krystaller kan dannes spontant. Når de begynder at dannes i den superafkølede væske, vil de begynde at vokse hurtigere og danne slush ice, som vil fryse til is. Varmt vand er mest modtageligt for hypotermi, fordi opvarmning af det fjerner opløste gasser og bobler, som igen kan tjene som centre for dannelsen af iskrystaller. Hvorfor får hypotermi varmt vand til at fryse hurtigere? Ved koldt vand, der ikke er superafkølet, sker følgende. I dette tilfælde vil der dannes et tyndt lag is på overfladen af fartøjet. Dette islag vil fungere som en isolator mellem vandet og den kolde luft og vil forhindre yderligere fordampning. Hastigheden for dannelse af iskrystaller vil i dette tilfælde være lavere. I tilfælde af varmt vand, der udsættes for underafkøling, har det underafkølede vand ikke et beskyttende overfladelag af is. Derfor taber den meget hurtigere varme gennem den åbne top. Når superafkølingsprocessen slutter, og vandet fryser, går meget mere varme tabt, og der dannes derfor mere is. Mange forskere af denne effekt anser hypotermi for at være hovedfaktoren i tilfælde af Mpemba-effekten. Konvektion Koldt vand begynder at fryse fra oven og forværrer derved processerne med varmestråling og konvektion og dermed varmetab, mens varmt vand begynder at fryse nedefra. Denne effekt forklares af en anomali i vandtætheden. Vand har en maksimal massefylde ved 4 C. Hvis du afkøler vand til 4 C og sætter det ved en lavere temperatur, fryser overfladelaget af vand hurtigere. Fordi dette vand er mindre tæt end vand ved en temperatur på 4 C, vil det forblive på overfladen og danne et tyndt koldt lag. Under disse forhold vil der inden for kort tid dannes et tyndt lag is på overfladen af vandet, men dette islag vil tjene som en isolator, der beskytter de nederste lag af vand, som forbliver ved en temperatur på 4 C. Derfor vil yderligere afkølingsproces være langsommere. Ved varmt vand er situationen en helt anden. Overfladelaget af vand afkøles hurtigere på grund af fordampning og en større temperaturforskel. Desuden er koldtvandslag tættere end varmtvandslag, så det koldevandslag vil synke ned og hæve det varmevandslag til overfladen. Denne cirkulation af vand sikrer et hurtigt fald i temperaturen. Men hvorfor når denne proces ikke et ligevægtspunkt? For at forklare Mpemba-effekten ud fra dette konvektionssynspunkt ville det være nødvendigt at antage, at de kolde og varme lag af vand adskilles, og selve konvektionsprocessen fortsætter, efter at den gennemsnitlige vandtemperatur falder til under 4 C. Der er dog ingen eksperimentelle data, der ville bekræfte denne hypotese om, at kolde og varme lag af vand adskilles ved konvektionsprocessen. Gasser opløst i vand Vand indeholder altid gasser opløst i det - ilt og kuldioxid. Disse gasser har evnen til at reducere vandets frysepunkt. Når vand opvarmes, frigives disse gasser fra vandet, fordi deres opløselighed i vand er lavere ved høje temperaturer. Når varmt vand afkøles, indeholder det derfor altid færre opløste gasser end i uopvarmet koldt vand. Derfor er frysepunktet for opvarmet vand højere, og det fryser hurtigere. Denne faktor betragtes nogle gange som den vigtigste til at forklare Mpemba-effekten, selvom der ikke er nogen eksperimentelle data, der bekræfter dette faktum. Termisk ledningsevne Denne mekanisme kan spille en væsentlig rolle, når vand placeres i køleafdelingens fryser i små beholdere. Under disse forhold er det blevet observeret, at en beholder med varmt vand smelter isen i fryseren nedenunder, hvorved den termiske kontakt med fryserens væg og den termiske ledningsevne forbedres. Som følge heraf fjernes varme fra en varmtvandsbeholder hurtigere end fra en kold. Til gengæld smelter en beholder med koldt vand ikke sneen nedenunder. Alle disse (såvel som andre) tilstande blev undersøgt i mange eksperimenter, men et klart svar på spørgsmålet - hvilken af dem giver en hundrede procent reproduktion af Mpemba-effekten - blev aldrig opnået. For eksempel undersøgte den tyske fysiker David Auerbach i 1995 effekten af superkølende vand på denne effekt. Han opdagede, at varmt vand, der når en underafkølet tilstand, fryser ved en højere temperatur end koldt vand og derfor hurtigere end sidstnævnte. Men koldt vand når en superafkølet tilstand hurtigere end varmt vand, og kompenserer derved for den tidligere forsinkelse. Derudover modsagde Auerbachs resultater tidligere data om, at varmt vand var i stand til at opnå større underkøling på grund af færre krystallisationscentre. Når vand opvarmes, fjernes gasser, der er opløst i det, og når det koges, udfældes nogle salte, der er opløst i det. Indtil videre kan kun én ting siges - reproduktionen af denne effekt afhænger væsentligt af betingelserne, hvorunder eksperimentet udføres. Netop fordi det ikke altid gengives. O.V. Mosin
Mange forskere har fremsat og fremlægger deres egne versioner af, hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand. Det ville virke som et paradoks - trods alt skal varmt vand først køle af for at fryse. Faktum er dog stadig en kendsgerning, og videnskabsmænd forklarer det på forskellige måder.
Store versioner
I øjeblikket er der flere versioner, der forklarer dette faktum:
- Fordi varmt vand fordamper hurtigere, falder dets volumen. Og frysning af en mindre mængde vand ved samme temperatur sker hurtigere.
- Fryseafdelingen i køleskabet har en snowliner. En beholder med varmt vand smelter sneen nedenunder. Dette forbedrer den termiske kontakt med fryseren.
- Frysning af koldt vand begynder i modsætning til varmt vand øverst. Samtidig forværres konvektion og varmestråling og dermed varmetab.
- Koldt vand indeholder krystallisationscentre - stoffer opløst i det. Hvis deres indhold i vand er lille, er isning vanskeligt, selvom det samtidig er muligt med superafkøling - når det ved minusgrader har en flydende tilstand.
Selvom vi retfærdigt kan sige, at denne effekt ikke altid observeres. Meget ofte fryser koldt vand hurtigere end varmt vand.
Ved hvilken temperatur fryser vand
Hvorfor fryser vand overhovedet? Det indeholder en vis mængde mineralske eller organiske partikler. Det kan for eksempel være meget små partikler af sand, støv eller ler. Når lufttemperaturen falder, er disse partikler centrene omkring hvilke iskrystaller dannes.
Rollen som krystallisationskerner kan også spilles af luftbobler og revner i beholderen, der indeholder vand. Hastigheden af processen med at omdanne vand til is er i høj grad påvirket af antallet af sådanne centre - hvis der er mange af dem, fryser væsken hurtigere. Under normale forhold, med normalt atmosfærisk tryk, bliver vand til en fast tilstand fra væske ved en temperatur på 0 grader.
Essensen af Mpemba-effekten
Mpemba-effekten er et paradoks, hvis essens er, at varmt vand under visse omstændigheder fryser hurtigere end koldt vand. Dette fænomen blev bemærket af Aristoteles og Descartes. Det var dog først i 1963, at den tanzaniske skoledreng Erasto Mpemba fastslog, at varm is fryser på kortere tid end kold is. Han gjorde denne konklusion, mens han afsluttede en madlavningsopgave.
Han måtte opløse sukker i kogt mælk og efter at have afkølet det, stillede det i køleskabet til frysning. Tilsyneladende var Mpemba ikke særlig flittig og begyndte sent at færdiggøre den første del af opgaven. Derfor ventede han ikke på, at mælken kølede af, og satte den i køleskabet varm. Han blev meget overrasket, da det frøs endnu hurtigere end hos hans klassekammerater, som udførte arbejdet i overensstemmelse med den givne teknologi.
Dette faktum interesserede den unge mand meget, og han begyndte at eksperimentere med almindeligt vand. I 1969 offentliggjorde tidsskriftet Physics Education resultaterne af forskning udført af Mpemba og professor Dennis Osborne fra University of Dar Es Salaam. Effekten de beskrev fik navnet Mpemba. Men selv i dag er der ingen klar forklaring på fænomenet. Alle videnskabsmænd er enige om, at hovedrollen i dette hører til forskellene i egenskaberne af afkølet og varmt vand, men hvad der præcist er ukendt.
Singapore version
Fysikere fra et af Singapore-universiteterne var også interesserede i spørgsmålet om, hvilket vand der fryser hurtigere - varmt eller koldt? Et team af forskere ledet af Xi Zhang forklarede dette paradoks netop ved vandets egenskaber. Alle kender sammensætningen af vand fra skolen – et iltatom og to brintatomer. Ilt trækker til en vis grad elektroner væk fra brint, så molekylet er en bestemt slags "magnet".
Som et resultat bliver visse molekyler i vand lidt tiltrukket af hinanden og forenes af en brintbinding. Dens styrke er mange gange lavere end en kovalent binding. Singaporeanske forskere mener, at forklaringen på Mpembas paradoks netop ligger i brintbindinger. Hvis vandmolekyler er placeret meget tæt sammen, så kan et så stærkt samspil mellem molekylerne deformere den kovalente binding i midten af selve molekylet.
Men når vand opvarmes, bevæger de bundne molekyler sig lidt væk fra hinanden. Som et resultat sker der afslapning af kovalente bindinger i midten af molekylerne med frigivelse af overskydende energi og en overgang til et lavere energiniveau. Dette fører til, at varmt vand begynder at afkøle hurtigt. Det er i hvert fald, hvad teoretiske beregninger udført af singaporeanske videnskabsmænd viser.
Øjeblikkeligt frysende vand - 5 utrolige tricks: Video
21.11.2017 11.10.2018 Alexander Firtsev
« Hvilket vand fryser hurtigere, koldt eller varmt?"- prøv at stille dine venner et spørgsmål, højst sandsynligt vil de fleste af dem svare, at koldt vand fryser hurtigere - og de vil lave en fejl.
Faktisk, hvis du samtidig placerer to kar af samme form og volumen i fryseren, hvoraf det ene indeholder koldt vand og det andet varmt, så er det det varme vand, der fryser hurtigere.
En sådan udtalelse kan virke absurd og urimelig. Hvis du følger logikken, skal varmt vand først køle ned til koldt vands temperatur, og koldt vand burde allerede blive til is på dette tidspunkt.
Så hvorfor slår varmt vand koldt vand på vej til at fryse? Lad os prøve at finde ud af det.
Observations- og forskningshistorie
Folk har observeret denne paradoksale effekt siden oldtiden, men ingen lagde stor vægt på den. Således bemærkede Arestoteles såvel som Rene Descartes og Francis Bacon i deres noter uoverensstemmelserne i hastigheden for frysning af koldt og varmt vand. Et usædvanligt fænomen dukkede ofte op i hverdagen.
I lang tid blev fænomenet ikke undersøgt på nogen måde og vakte ikke megen interesse blandt videnskabsmænd.
Undersøgelsen af denne usædvanlige effekt begyndte i 1963, da en nysgerrig skoledreng fra Tanzania, Erasto Mpemba, bemærkede, at varm mælk til is frøs hurtigere end kold mælk. I håb om at få en forklaring på årsagerne til den usædvanlige effekt, spurgte den unge mand sin fysiklærer på skolen. Læreren lo dog kun af ham.
Senere gentog Mpemba forsøget, men i sit forsøg brugte han ikke længere mælk, men vand, og den paradoksale effekt blev gentaget igen.
6 år senere, i 1969, stillede Mpemba dette spørgsmål til fysikprofessor Dennis Osborn, som kom til hans skole. Professoren var interesseret i den unge mands observation, og som et resultat blev der udført et eksperiment, der bekræftede tilstedeværelsen af effekten, men årsagerne til dette fænomen blev ikke etableret.
Siden er fænomenet blevet kaldt Mpemba effekt.
Gennem de videnskabelige observationers historie er der fremsat mange hypoteser om årsagerne til fænomenet.
Så i 2012 ville British Royal Society of Chemistry annoncere en konkurrence af hypoteser, der forklarer Mpemba-effekten. Forskere fra hele verden deltog i konkurrencen; i alt 22.000 videnskabelige artikler blev registreret. På trods af et så imponerende antal artikler, bragte ingen af dem klarhed over Mpemba-paradokset.
Den mest almindelige version var ifølge hvilken varmt vand fryser hurtigere, da det simpelthen fordamper hurtigere, dets volumen bliver mindre, og når volumenet falder, stiger dets afkølingshastighed. Den mest almindelige version blev til sidst tilbagevist, fordi der blev udført et eksperiment, hvor fordampning var udelukket, men effekten blev alligevel bekræftet.
Andre videnskabsmænd mente, at årsagen til Mpemba-effekten var fordampningen af gasser opløst i vand. Efter deres mening fordamper gasser opløst i vand under opvarmningsprocessen, på grund af hvilket det får en højere densitet end koldt vand. Som det er kendt, fører en stigning i densitet til en ændring i vands fysiske egenskaber (en stigning i termisk ledningsevne) og derfor en stigning i afkølingshastigheden.
Derudover er der fremsat en række hypoteser, der beskriver vandets cirkulationshastighed afhængig af temperatur. Mange undersøgelser har forsøgt at fastslå forholdet mellem materialet i beholderne, hvori væsken var placeret. Mange teorier virkede meget plausible, men de kunne ikke bekræftes videnskabeligt på grund af mangel på indledende data, modsigelser i andre eksperimenter, eller fordi de identificerede faktorer simpelthen ikke var sammenlignelige med vandets afkølingshastighed. Nogle videnskabsmænd satte i deres værker spørgsmålstegn ved eksistensen af effekten.
I 2013 hævdede forskere ved Nanyang Technological University i Singapore at have løst mysteriet om Mpemba-effekten. Ifølge deres forskning ligger årsagen til fænomenet i, at mængden af energi, der er lagret i brintbindinger mellem koldt- og varmtvandsmolekyler, er væsentligt forskellig.
Computermodelleringsmetoder viste følgende resultater: Jo højere vandtemperaturen er, jo større er afstanden mellem molekylerne på grund af, at frastødende kræfter øges. Følgelig strækker molekylernes brintbindinger sig og lagrer mere energi. Når de er afkølet, begynder molekylerne at bevæge sig tættere på hinanden og frigive energi fra brintbindinger. I dette tilfælde er frigivelsen af energi ledsaget af et fald i temperaturen.
I oktober 2017 fandt spanske fysikere i løbet af en anden undersøgelse ud af, at en stor rolle i dannelsen af effekten spilles af fjernelse af et stof fra ligevægt (stærk opvarmning før stærk afkøling). De bestemte betingelserne, hvorunder sandsynligheden for, at virkningen opstår, er maksimal. Derudover bekræftede videnskabsmænd fra Spanien eksistensen af den omvendte Mpemba-effekt. De fandt ud af, at når den opvarmes, kan en koldere prøve nå en høj temperatur hurtigere end en varmere.
På trods af omfattende information og adskillige eksperimenter har videnskabsmænd til hensigt at fortsætte med at studere effekten.
Mpemba-effekt i det virkelige liv
Har du nogensinde undret dig over, hvorfor skøjtebanen om vinteren er fyldt med varmt vand og ikke koldt? Som du allerede forstår, gør de dette, fordi en skøjtebane fyldt med varmt vand vil fryse hurtigere, end hvis den var fyldt med koldt vand. Af samme grund hældes der varmt vand i rutsjebanerne i vinterisbyer.
Således giver viden om eksistensen af fænomenet folk mulighed for at spare tid, når de forbereder steder til vintersport.
Derudover bruges Mpemba-effekten nogle gange i industrien til at reducere frysetiden for produkter, stoffer og materialer, der indeholder vand.
Det ser ud til, at den gode gamle formel H 2 O ikke indeholder hemmeligheder. Men faktisk er vand - kilden til liv og den mest berømte væske i verden - fyldt med mange mysterier, som selv videnskabsmænd nogle gange ikke er i stand til at løse.
Her er de 5 mest interessante fakta om vand:
1. Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand
Lad os tage to beholdere med vand: Hæld varmt vand i den ene og koldt vand i den anden, og stil dem i fryseren. Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand, selvom koldt vand logisk nok skulle være blevet til is først: varmt vand skal trods alt først afkøles til den kolde temperatur og derefter blive til is, mens koldt vand ikke behøver at køle af. Hvorfor sker dette?
I 1963 var Erasto B. Mpemba, en gymnasieelev i Tanzania, ved at fryse en isblanding og bemærkede, at den varme blanding størknede hurtigere i fryseren end den kolde. Da den unge mand delte sin opdagelse med sin fysiklærer, grinede han kun af ham. Heldigvis var eleven vedholdende og overbeviste læreren om at udføre et eksperiment, som bekræftede hans opdagelse: under visse forhold fryser varmt vand faktisk hurtigere end koldt vand.
Nu kaldes dette fænomen, hvor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand, "Mpemba-effekten." Sandt nok, længe før ham blev denne unikke egenskab ved vand bemærket af Aristoteles, Francis Bacon og Rene Descartes.
Forskere forstår stadig ikke helt arten af dette fænomen, og de forklarer det enten ved forskellen i underafkøling, fordampning, isdannelse, konvektion eller ved virkningen af flydende gasser på varmt og koldt vand.
Bemærkning fra X.RU om emnet "Varmt vand fryser hurtigere end koldt vand."
Da spørgsmålene om køling er tættere på os, kølespecialister, vil vi tillade os at dykke lidt dybere ind i essensen af dette problem og give to meninger om karakteren af et sådant mystisk fænomen.
1. En videnskabsmand fra University of Washington har foreslået en forklaring på et mystisk fænomen kendt siden Aristoteles' tid: hvorfor varmt vand fryser hurtigere end koldt vand.
Fænomenet, kaldet Mpemba-effekten, er meget udbredt i praksis. For eksempel råder eksperter bilister til at hælde koldt, ikke varmt, vand i vaskereservoiret om vinteren. Men hvad der ligger til grund for dette fænomen forblev ukendt i lang tid.
Dr. Jonathan Katz fra University of Washington studerede dette fænomen og kom til den konklusion, at stoffer opløst i vand, som udfældes ved opvarmning, spiller en vigtig rolle, rapporterer EurekAlert.
Med opløste stoffer mener Dr. Katz calcium- og magnesiumbicarbonater, som findes i hårdt vand. Når vandet opvarmes, udfældes disse stoffer og danner kalk på kedlens vægge. Vand, der aldrig er blevet opvarmet, indeholder disse urenheder. Når det fryser, og der dannes iskrystaller, stiger koncentrationen af urenheder i vandet 50 gange. På grund af dette falder vandets frysepunkt. "Og nu skal vandet køle yderligere for at fryse," forklarer Dr. Katz.
Der er en anden grund, der forhindrer uopvarmet vand i at fryse. Sænkning af frysepunktet for vand reducerer temperaturforskellen mellem den faste og flydende fase. "Fordi den hastighed, hvormed vand taber varme afhænger af denne temperaturforskel, afkøles vand, der ikke er blevet opvarmet, mindre godt," kommenterer Dr. Katz.
Ifølge videnskabsmanden kan hans teori testes eksperimentelt, fordi Mpemba-effekten bliver mere mærkbar for hårdere vand.
2. Ilt plus brint plus kulde skaber is. Ved første øjekast virker dette gennemsigtige stof meget simpelt. I virkeligheden er is fyldt med mange mysterier. Ice, skabt af afrikaneren Erasto Mpemba, tænkte ikke på berømmelse. Dagene var varme. Han ville have ispinde. Han tog juiceboksen og lagde den i fryseren. Det gjorde han mere end én gang og bemærkede derfor, at juicen fryser særligt hurtigt, hvis man først holder den i solen – den varmer den virkelig op! Det er mærkeligt, tænkte den tanzaniske skoledreng, der handlede i modstrid med verdslig visdom. Er det virkelig rigtigt, at for at væsken hurtigere kan blive til is, skal den først... opvarmes? Den unge mand var så overrasket, at han delte sit gæt med læreren. Han rapporterede denne nysgerrighed i pressen.
Denne historie skete tilbage i tresserne af forrige århundrede. Nu er "Mpemba-effekten" velkendt af videnskabsmænd. Men i lang tid forblev dette tilsyneladende simple fænomen et mysterium. Hvorfor fryser varmt vand hurtigere end koldt vand?
Det var først i 1996, at fysikeren David Auerbach fandt en løsning. For at besvare dette spørgsmål udførte han et eksperiment i et helt år: han opvarmede vand i et glas og afkølede det igen. Så hvad fandt han ud af? Ved opvarmning fordamper luftbobler opløst i vand. Vand uden gasser fryser lettere fast på beholderens vægge. "Selvfølgelig vil vand med et højt luftindhold også fryse," siger Auerbach, "men ikke ved nul grader celsius, men kun ved minus fire til seks grader." Selvfølgelig skal du vente længere. Så varmt vand fryser før koldt vand, dette er en videnskabelig kendsgerning.
Der er næppe et stof, der dukker op foran vores øjne med samme lethed som is. Det består kun af vandmolekyler - det vil sige elementære molekyler indeholdende to brintatomer og et oxygenatom. Imidlertid er is måske det mest mystiske stof i universet. Forskere har endnu ikke været i stand til at forklare nogle af dens egenskaber.
2. Superkøling og "instant" frysning
Alle ved, at vand altid bliver til is, når det afkøles til 0°C... undtagen i nogle tilfælde! Et eksempel på dette er "superkøling", som er egenskaben ved meget rent vand til at forblive flydende, selv når det er afkølet til under frysepunktet. Dette fænomen er muliggjort på grund af det faktum, at miljøet ikke indeholder centre eller krystalliseringskerner, der kan udløse dannelsen af iskrystaller. Så vand forbliver i flydende form, selv når det afkøles til under nul grader Celsius. Krystallisationsprocessen kan for eksempel udløses af gasbobler, urenheder (forurenende stoffer) eller en ujævn overflade af beholderen. Uden dem forbliver vand i flydende tilstand. Når krystallisationsprocessen starter, kan du se det superafkølede vand øjeblikkeligt blive til is.
Se videoen (2.901 KB, 60 sek) fra Phil Medina (www.mrsciguy.com) og se selv >>
Kommentar. Overophedet vand forbliver også flydende, selv når det opvarmes over dets kogepunkt.
3. "Glas" vand
Nævn hurtigt og uden at tænke, hvor mange forskellige tilstande har vand?
Hvis du svarede tre (fast, flydende, gas), så tog du fejl. Forskere identificerer mindst 5 forskellige tilstande af flydende vand og 14 tilstande af is.
Kan du huske samtalen om superkølet vand? Så uanset hvad du gør, bliver selv det reneste superkølede vand ved -38 °C pludselig til is. Hvad sker der med yderligere tilbagegang?
temperatur? Ved -120 °C begynder der at ske noget mærkeligt med vand: det bliver super tyktflydende eller tyktflydende, som melasse, og ved temperaturer under -135 °C bliver det til "glasagtigt" eller "glasagtigt" vand - et fast stof, der mangler krystallinsk struktur .
4. Vands kvanteegenskaber
På molekylært niveau er vand endnu mere overraskende. I 1995 gav et neutronspredningseksperiment udført af videnskabsmænd et uventet resultat: fysikere opdagede, at neutroner rettet mod vandmolekyler "ser" 25 % færre brintprotoner end forventet.
Det viste sig, at der med en hastighed på et attosekund (10 -18 sekunder) sker en usædvanlig kvanteeffekt, og den kemiske formel for vand bliver i stedet for den sædvanlige - H 2 O H 1,5 O!
5. Har vand hukommelse?
Homøopati, et alternativ til konventionel medicin, fastslår, at en fortyndet opløsning af et lægemiddel kan have en helbredende effekt på kroppen, selvom fortyndingsfaktoren er så stor, at der ikke er noget tilbage i opløsningen undtagen vandmolekyler. Tilhængere af homøopati forklarer dette paradoks med et koncept kaldet "vandhukommelse", ifølge hvilket vand på molekylært niveau har en "hukommelse" af stoffet, når det først er opløst i det og bevarer egenskaberne af opløsningen af den oprindelige koncentration efter ikke en eneste molekyle af ingrediensen forbliver i den.
En international gruppe videnskabsmænd ledet af professor Madeleine Ennis fra Queen's University of Belfast, som kritiserede homøopatiens principper, gennemførte et eksperiment i 2002 for at tilbagevise dette koncept én gang for alle. Resultatet var det modsatte. After What sagde videnskabsmænd, at de var i stand til at bevise virkeligheden af "vandhukommelses"-effekten. Forsøg udført under tilsyn af uafhængige eksperter gav dog ikke resultater. Tvister om eksistensen af "vandhukommelses"-fænomenet fortsætter.
Vand har mange andre usædvanlige egenskaber, som vi ikke talte om i denne artikel.
Litteratur.
1. 5 virkelig underlige ting om vand / http://www.neatorama.com.
2. Vandets mysterium: teorien om Aristoteles-Mpemba-effekten blev skabt / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Hemmeligheder af livløs natur. Det mest mystiske stof i universet / http://www.bibliotekar.ru.