Maji ya moto huganda haraka kuliko athari ya baridi. Ni maji gani huganda haraka - moto au baridi?

Maji- dutu rahisi kutoka kwa mtazamo wa kemikali, hata hivyo, ina idadi ya mali isiyo ya kawaida ambayo haiachi kuwashangaza wanasayansi. Chini ni mambo machache ambayo watu wachache wanajua kuhusu.

1. Ni maji gani huganda haraka - baridi au moto?

Hebu tuchukue vyombo viwili na maji: mimina maji ya moto kwenye moja na maji baridi ndani ya nyingine, na uwaweke kwenye friji. Maji ya moto yataganda haraka kuliko maji baridi, ingawa kwa mantiki, maji baridi yanapaswa kugeuka kuwa barafu kwanza: baada ya yote, maji ya moto lazima kwanza yapoe kwa joto la baridi, na kisha yageuke kuwa barafu, wakati maji baridi hayahitaji kupoa. Kwa nini hii inatokea?

Mnamo mwaka wa 1963, mwanafunzi wa Kitanzania anayeitwa Erasto B. Mpemba, alipokuwa akigandisha mchanganyiko wa ice cream, aligundua kuwa mchanganyiko wa moto uliganda haraka kwenye friji kuliko ule wa baridi. Kijana huyo aliposhiriki ugunduzi wake na mwalimu wake wa fizikia, alimcheka tu. Kwa bahati nzuri, mwanafunzi alikuwa akiendelea na akamshawishi mwalimu kufanya jaribio, ambalo lilithibitisha ugunduzi wake: chini ya hali fulani, maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

Sasa jambo hili la maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi linaitwa “ Mpemba athari" Kweli, muda mrefu kabla yake mali hii ya kipekee ya maji ilibainishwa na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes.

Wanasayansi bado hawaelewi kikamilifu asili ya jambo hili, wakielezea ama kwa tofauti katika baridi kali, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au kwa athari za gesi zenye maji kwenye maji ya moto na baridi.

2. Inaweza kuganda papo hapo

Kila mtu anajua hilo maji daima hugeuka kuwa barafu inapopozwa hadi 0°C... isipokuwa kwa baadhi! Mfano wa kesi hiyo ni supercooling, ambayo ni mali ya maji safi sana kubaki kioevu hata wakati kilichopozwa hadi chini ya kufungia. Jambo hili linawezekana kutokana na ukweli kwamba mazingira hayana vituo au nuclei ya fuwele ambayo inaweza kusababisha uundaji wa fuwele za barafu. Na hivyo maji hubakia katika hali ya kimiminika hata yakipozwa hadi chini ya nyuzi joto sifuri.

Mchakato wa Crystallization inaweza kusababishwa, kwa mfano, na Bubbles za gesi, uchafu (uchafuzi), au uso usio na usawa wa chombo. Bila wao, maji yatabaki katika hali ya kioevu. Mchakato wa uwekaji fuwele unapoanza, unaweza kutazama maji yaliyopozwa sana yakibadilika mara moja kuwa barafu.

Kumbuka kwamba maji "ya moto zaidi" pia hubaki kioevu hata yanapokanzwa juu ya kiwango chake cha kuchemsha.

3. majimbo 19 ya maji

Bila kusita, taja maji yana majimbo ngapi tofauti? Ikiwa umejibu tatu: imara, kioevu, gesi, basi ulikosea. Wanasayansi hutofautisha angalau majimbo 5 tofauti ya maji katika hali ya kioevu na majimbo 14 katika fomu iliyoganda.

Je, unakumbuka mazungumzo kuhusu maji yaliyopozwa sana? Kwa hivyo, haijalishi utafanya nini, kwa -38 °C hata maji safi yaliyopozwa sana yatabadilika kuwa barafu ghafla. Je, nini kitatokea joto likipungua zaidi? Kwa -120 °C, kitu cha ajabu huanza kutokea kwa maji: inakuwa ya viscous au viscous, kama molasi, na kwa joto chini ya -135 ° C inageuka kuwa maji "vitreous" au "vitreous" - dutu ngumu ambayo haina fuwele. muundo.

4. Maji huwashangaza wanafizikia

Katika ngazi ya Masi, maji ni ya kushangaza zaidi. Mnamo mwaka wa 1995, jaribio la kueneza kwa nyutroni lililofanywa na wanasayansi lilitoa matokeo yasiyotarajiwa: wanafizikia waligundua kwamba neutroni zinazolenga molekuli za maji "ona" 25% ya protoni za hidrojeni chache kuliko ilivyotarajiwa.

Ilibadilika kuwa kwa kasi ya attosecond moja (sekunde 10 -18) athari ya quantum isiyo ya kawaida hufanyika, na formula ya kemikali ya maji badala yake. H2O, inakuwa H1.5O!

5. Kumbukumbu ya maji

Mbadala kwa dawa rasmi homeopathy inasema kuwa suluhisho la dilute la dawa linaweza kuwa na athari ya matibabu kwa mwili, hata ikiwa sababu ya dilution ni kubwa sana kwamba hakuna kitu kilichobaki katika suluhisho isipokuwa molekuli za maji. Wafuasi wa tiba ya magonjwa ya akili wanaelezea kitendawili hiki kwa dhana inayoitwa " kumbukumbu ya maji", kulingana na ambayo maji katika ngazi ya Masi ina "kumbukumbu" ya dutu ambayo mara moja ilifutwa ndani yake na huhifadhi mali ya ufumbuzi wa mkusanyiko wa awali baada ya si molekuli moja ya kiungo iliyobaki ndani yake.

Timu ya kimataifa ya wanasayansi ikiongozwa na Profesa Madeleine Ennis wa Chuo Kikuu cha Malkia cha Belfast, ambaye alikuwa amekosoa kanuni za tiba ya magonjwa ya akili, walifanya majaribio mwaka wa 2002 ili kukanusha dhana hiyo mara moja na kwa wote. Matokeo yalikuwa kinyume. Baada ya hapo, wanasayansi walisema kwamba waliweza kudhibitisha ukweli wa athari " kumbukumbu ya maji" Hata hivyo, majaribio yaliyofanywa chini ya usimamizi wa wataalam wa kujitegemea hayakuleta matokeo. Mizozo juu ya uwepo wa jambo hilo " kumbukumbu ya maji"endelea.

Maji yana mali nyingine nyingi zisizo za kawaida ambazo hatukuzungumzia katika makala hii. Kwa mfano, wiani wa maji hubadilika kulingana na joto (wiani wa barafu ni chini ya wiani wa maji); maji yana mvutano wa juu wa uso; katika hali ya kioevu, maji ni mtandao tata na unaobadilika wa makundi ya maji, na ni tabia ya makundi ambayo huathiri muundo wa maji, nk.

Kuhusu vipengele hivi na vingine vingi visivyotarajiwa maji inaweza kusomwa katika makala " Tabia isiyo ya kawaida ya maji", kilichoandikwa na Martin Chaplin, profesa katika Chuo Kikuu cha London.

Moja ya somo nililopenda sana shuleni lilikuwa kemia. Mara moja mwalimu wa kemia alitupa kazi ya ajabu sana na ngumu. Alitupa orodha ya maswali ambayo tulipaswa kujibu katika suala la kemia. Tulipewa siku kadhaa kwa kazi hii na tukaruhusiwa kutumia maktaba na vyanzo vingine vya habari vilivyopatikana. Moja ya maswali haya yalihusu kiwango cha kuganda cha maji. Sikumbuki jinsi swali lilivyosikika, lakini ilikuwa juu ya ukweli kwamba ikiwa unachukua ndoo mbili za mbao za ukubwa sawa, moja na maji ya moto, nyingine na baridi (pamoja na joto lililoonyeshwa kwa usahihi), na kuziweka ndani. mazingira yenye halijoto fulani, je yataganda kwa kasi gani? Bila shaka, jibu mara moja lilipendekeza yenyewe - ndoo ya maji baridi, lakini tulifikiri ni rahisi sana. Lakini hii haikutosha kutoa jibu kamili; tulihitaji kudhibitisha kutoka kwa maoni ya kemikali. Licha ya mawazo na utafiti wangu wote, sikuweza kufikia mkataa wenye mantiki. Hata niliamua kuruka somo hili siku hiyo, kwa hivyo sikujifunza suluhu ya kitendawili hiki.

Miaka ilipita, na nilijifunza hadithi nyingi za kila siku kuhusu kiwango cha kuchemsha na kiwango cha kuganda cha maji, na hadithi moja ilisema: "maji ya moto hugandisha haraka." Niliangalia tovuti nyingi, lakini habari ilikuwa ya kupingana sana. Na haya yalikuwa maoni tu, yasiyo na msingi kutoka kwa mtazamo wa kisayansi. Na niliamua kufanya majaribio yangu mwenyewe. Kwa kuwa sikuweza kupata ndoo za mbao, nilitumia freezer, jiko, maji na kipimajoto cha dijiti. Nitakuambia juu ya matokeo ya uzoefu wangu baadaye kidogo. Kwanza, nitashiriki nanyi hoja za kuvutia kuhusu maji:

Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Wataalamu wengi wanasema kwamba maji baridi yatafungia kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto. Lakini jambo moja la kuchekesha (kinachojulikana athari ya Memba), kwa sababu zisizojulikana, inathibitisha kinyume chake: Maji ya moto huganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Moja ya maelezo kadhaa ni mchakato wa uvukizi: ikiwa maji ya moto sana yanawekwa kwenye mazingira ya baridi, maji yataanza kuyeyuka (kiasi kilichobaki cha maji kitafungia kwa kasi). Na kulingana na sheria za kemia, hii sio hadithi hata kidogo, na uwezekano mkubwa ndivyo mwalimu alitaka kusikia kutoka kwetu.

Maji yaliyochemshwa huganda haraka kuliko maji ya bomba. Licha ya maelezo ya hapo awali, wataalam wengine wanasema kuwa maji yaliyochemshwa ambayo yamepozwa hadi joto la kawaida yanapaswa kuganda haraka kwa sababu kuchemsha hupunguza kiwango cha oksijeni.

Maji baridi huchemka haraka kuliko maji ya moto. Ikiwa maji ya moto yanafungia kwa kasi, basi labda maji baridi huchemka haraka! Hii ni kinyume na akili ya kawaida na wanasayansi wanasema kwamba hii haiwezi kuwa. Maji ya bomba ya moto yanapaswa kuchemka haraka kuliko maji baridi. Lakini kutumia maji ya moto kuchemsha hakuokoa nishati. Unaweza kutumia gesi au mwanga kidogo, lakini hita ya maji itatumia kiasi sawa cha nishati inayohitajika kupasha maji baridi. (Kwa nishati ya jua hali ni tofauti kidogo). Kama matokeo ya kupokanzwa maji kwa hita ya maji, sediment inaweza kuonekana, kwa hivyo maji itachukua muda mrefu kuwasha.

Ikiwa unaongeza chumvi kwa maji, ita chemsha haraka. Chumvi huongeza kiwango cha kuchemsha (na ipasavyo hupunguza kiwango cha kufungia - ndiyo sababu mama wengine wa nyumbani huongeza chumvi kidogo ya mwamba kwenye ice cream yao). Lakini katika kesi hii tunavutiwa na swali lingine: maji yatachemka kwa muda gani na ikiwa kiwango cha kuchemsha katika kesi hii kinaweza kuongezeka zaidi ya 100 ° C). Licha ya kile ambacho vitabu vya upishi vinasema, wanasayansi wanasema kwamba kiasi cha chumvi tunachoongeza kwa maji ya moto haitoshi kuathiri wakati wa kuchemsha au joto.

Lakini hii ndio nilipata:

Maji baridi: Nilitumia glasi tatu za mililita 100 za maji yaliyotakaswa: glasi moja yenye joto la kawaida (72°F/22°C), moja na maji ya moto (115°F/46°C), na moja na maji yaliyochemshwa (212). °F/100°C). Niliweka glasi zote tatu kwenye jokofu kwa -18°C. Na kwa kuwa nilijua kuwa maji hayangegeuka kuwa barafu mara moja, niliamua kiwango cha kufungia kwa kutumia "kuelea kwa mbao". Wakati fimbo iliyowekwa katikati ya glasi haikugusa tena msingi, niliona maji kuwa yameganda. Niliangalia glasi kila baada ya dakika tano. Na matokeo yangu ni nini? Maji kwenye glasi ya kwanza yaliganda baada ya dakika 50. Maji ya moto yaliganda baada ya dakika 80. Kuchemsha - baada ya dakika 95. Matokeo yangu: Kwa kuzingatia hali ya friji na maji niliyotumia, sikuweza kuzalisha athari ya Memba.

Nilijaribu pia jaribio hili na maji yaliyochemshwa hapo awali ambayo yalikuwa yamepozwa kwa joto la kawaida. Iliganda ndani ya dakika 60 - bado ilichukua muda mrefu kuliko maji baridi kuganda.

Maji ya kuchemsha: Nilichukua lita moja ya maji kwenye joto la kawaida na kuiweka kwenye moto. Ilichemka kwa dakika 6. Kisha niliipoza tena kwa joto la kawaida na kuiongeza wakati ilikuwa ya moto. Kwa moto huo huo, maji ya moto yalichemshwa kwa masaa 4 na dakika 30. Hitimisho: Kama inavyotarajiwa, maji ya moto huchemka haraka sana.

Maji ya kuchemsha (pamoja na chumvi): Niliongeza vijiko 2 vikubwa vya chumvi kwa lita 1 ya maji. Ilichemka kwa dakika 6 sekunde 33, na kama kipimajoto kilivyoonyesha, kilifikia joto la 102°C. Bila shaka, chumvi huathiri kiwango cha kuchemsha, lakini sio sana. Hitimisho: chumvi katika maji haiathiri sana joto na wakati wa kuchemsha. Ninakubali kwa uaminifu kwamba jikoni yangu haiwezi kuitwa maabara, na labda hitimisho langu linapingana na ukweli. Friji yangu inaweza isigandishe chakula sawasawa. Miwani yangu ya glasi inaweza kuwa na umbo lisilo la kawaida, nk. Lakini bila kujali kinachotokea katika maabara, linapokuja kufungia au kuchemsha maji jikoni, jambo muhimu zaidi ni akili ya kawaida.

kiungo na ukweli wa kuvutia kuhusu waterall kuhusu maji
kama inavyopendekezwa kwenye jukwaa la forum.ixbt.com, athari hii (athari ya maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi) inaitwa "athari ya Aristotle-Mpemba"

Wale. Maji ya kuchemsha (yaliyopozwa) yanafungia kwa kasi zaidi kuliko maji "ghafi".

Inaonekana dhahiri kuwa maji baridi huganda haraka kuliko maji ya moto, kwani chini ya hali sawa maji ya moto huchukua muda mrefu kupoa na kufungia. Hata hivyo, maelfu ya miaka ya uchunguzi, pamoja na majaribio ya kisasa, yameonyesha kuwa kinyume chake pia ni kweli: chini ya hali fulani, maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Idhaa ya Sayansi ya Sayansi inaelezea jambo hili:

Kama ilivyoelezwa kwenye video hapo juu, hali ya maji ya moto kuganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi inajulikana kama athari ya Mpemba, iliyopewa jina la Erasto Mpemba, mwanafunzi wa Kitanzania aliyetengeneza ice cream kama sehemu ya mradi wa shule mnamo 1963. Wanafunzi walipaswa kuleta mchanganyiko wa cream na sukari kwa chemsha, wacha iwe baridi, na kisha kuiweka kwenye friji.

Badala yake, Erasto aliweka mchanganyiko wake mara moja, moto, bila kungoja upoe. Matokeo yake, baada ya saa 1.5 mchanganyiko wake ulikuwa tayari umeganda, lakini mchanganyiko wa wanafunzi wengine haukuwa. Kwa kupendezwa na jambo hilo, Mpemba alianza kusoma suala hilo na profesa wa fizikia Denis Osborne, na mnamo 1969 walichapisha karatasi iliyosema kuwa maji ya joto huganda haraka kuliko maji baridi. Huu ulikuwa utafiti wa kwanza wa aina yake uliopitiwa na rika, lakini jambo lenyewe limetajwa kwenye karatasi za Aristotle, zilizoanzia karne ya 4 KK. e. Francis Bacon na Descartes pia walibainisha jambo hili katika masomo yao.

Video inaorodhesha chaguzi kadhaa za kuelezea kile kinachotokea:

Frost ni dielectric, na kwa hivyo maji baridi ya baridi huhifadhi joto bora kuliko glasi ya joto, ambayo huyeyusha barafu inapogusana nayo.
Maji baridi yana gesi zilizoyeyushwa zaidi kuliko maji ya joto, na watafiti wanakisia kuwa hii inaweza kuchukua jukumu katika kiwango cha kupoeza, ingawa bado haijawa wazi jinsi gani.
Maji ya moto hupoteza molekuli nyingi za maji kupitia uvukizi, kwa hivyo kuna chache zaidi kugandisha
Maji ya joto yanaweza baridi kwa kasi kutokana na kuongezeka kwa mikondo ya convective. Mikondo hii hutokea kwa sababu maji katika glasi hupoa kwanza kwenye uso na kando, na kusababisha maji baridi kuzama na maji ya moto kupanda. Katika glasi ya joto, mikondo ya convective inafanya kazi zaidi, ambayo inaweza kuathiri kiwango cha baridi.

Walakini, mnamo 2016, uchunguzi uliodhibitiwa kwa uangalifu ulifanyika ambao ulionyesha kinyume: maji ya moto yaliganda polepole zaidi kuliko maji baridi. Wakati huo huo, wanasayansi waliona kwamba kubadilisha eneo la thermocouple - kifaa kinachoamua mabadiliko ya joto - kwa sentimita moja tu husababisha kuonekana kwa athari ya Mpemba. Uchunguzi wa tafiti zingine zinazofanana ulionyesha kuwa katika hali zote ambapo athari hii ilizingatiwa, kulikuwa na uhamishaji wa thermocouple ndani ya sentimita.

Watafiti wengi wameweka mbele na wanatoa matoleo yao wenyewe kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Inaweza kuonekana kama kitendawili - baada ya yote, ili kufungia, maji ya moto yanahitaji kwanza kupoa. Hata hivyo, ukweli unabaki kuwa ukweli, na wanasayansi wanaelezea kwa njia tofauti.

Matoleo makuu

Kwa sasa, kuna matoleo kadhaa ambayo yanaelezea ukweli huu:

Kwa sababu maji ya moto huvukiza kwa kasi, kiasi chake hupungua. Na kufungia kwa kiasi kidogo cha maji kwa joto sawa hutokea kwa kasi zaidi.
Sehemu ya friji ya friji ina mstari wa theluji. Chombo kilicho na maji ya moto huyeyusha theluji chini yake. Hii inaboresha mawasiliano ya joto na friji.
Kufungia kwa maji baridi, tofauti na maji ya moto, huanza juu. Wakati huo huo, convection na mionzi ya joto, na, kwa hiyo, kupoteza joto kunazidi kuwa mbaya.
Maji baridi yana vituo vya crystallization - dutu kufutwa ndani yake. Ikiwa maudhui yao katika maji ni ndogo, icing ni vigumu, ingawa wakati huo huo, supercooling inawezekana - wakati kwa joto la chini ya sifuri ina hali ya kioevu.

Ingawa kwa haki tunaweza kusema kuwa athari hii haizingatiwi kila wakati. Mara nyingi, maji baridi huganda haraka kuliko maji ya moto.

Maji huganda kwa joto gani

Kwa nini maji huganda kabisa? Ina kiasi fulani cha madini au chembe za kikaboni. Hizi zinaweza kuwa, kwa mfano, chembe ndogo sana za mchanga, vumbi au udongo. Joto la hewa linapopungua, chembe hizi ni vituo vinavyozunguka fuwele za barafu.

Jukumu la viini vya crystallization pia linaweza kuchezwa na Bubbles za hewa na nyufa kwenye chombo kilicho na maji. Kasi ya mchakato wa kugeuza maji kuwa barafu huathiriwa sana na idadi ya vituo kama hivyo - ikiwa kuna mengi yao, kioevu hufungia haraka. Chini ya hali ya kawaida, na shinikizo la kawaida la anga, maji hugeuka kuwa hali imara kutoka kioevu kwenye joto la digrii 0.

Kiini cha athari ya Mpemba

Athari ya Mpemba ni kitendawili, kiini chake ni kwamba chini ya hali fulani, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Jambo hili liligunduliwa na Aristotle na Descartes. Hata hivyo, hadi 1963 ndipo mvulana wa shule wa Kitanzania Erasto Mpemba aliamua kwamba aiskrimu ya moto hugandishwa kwa muda mfupi zaidi kuliko aiskrimu baridi. Alifanya hitimisho hili wakati akikamilisha kazi ya kupika.

Ilibidi kufuta sukari katika maziwa ya kuchemsha na, baada ya kuipoza, kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa na bidii sana na alianza kumaliza sehemu ya kwanza ya kazi hiyo kwa kuchelewa. Kwa hiyo, hakusubiri maziwa yapoe, na kuiweka kwenye jokofu ya moto. Alishangaa sana pale ilipoganda kwa kasi zaidi kuliko ile ya wanafunzi wenzake, waliokuwa wakifanya kazi hiyo kwa kufuata teknolojia aliyopewa.

Ukweli huu ulimvutia sana kijana huyo, na akaanza majaribio na maji ya kawaida. Mnamo 1969, jarida la Physics Education lilichapisha matokeo ya utafiti wa Mpemba na Profesa Dennis Osborne wa Chuo Kikuu cha Dar Es Salaam. Athari waliyoieleza ilipewa jina la Mpemba. Hata hivyo, hata leo hakuna maelezo wazi ya jambo hilo. Wanasayansi wote wanakubali kwamba jukumu kuu katika hili ni la tofauti katika mali ya maji baridi na ya moto, lakini ni nini hasa haijulikani.

Toleo la Singapore

Wanafizikia kutoka kwa moja ya vyuo vikuu vya Singapore pia walipendezwa na swali ambalo maji hufungia haraka - moto au baridi? Timu ya watafiti wakiongozwa na Xi Zhang walielezea kitendawili hiki kwa usahihi na sifa za maji. Kila mtu anajua muundo wa maji kutoka shuleni - atomi ya oksijeni na atomi mbili za hidrojeni. Oksijeni kwa kiasi fulani huvuta elektroni kutoka kwa hidrojeni, hivyo molekuli ni aina fulani ya "sumaku".

Matokeo yake, molekuli fulani katika maji huvutia kidogo kwa kila mmoja na huunganishwa na dhamana ya hidrojeni. Nguvu yake ni mara nyingi chini kuliko dhamana ya ushirikiano. Watafiti wa Singapore wanaamini kwamba maelezo ya kitendawili cha Mpemba yapo katika vifungo vya hidrojeni. Ikiwa molekuli za maji zimewekwa pamoja sana, basi mwingiliano mkali kama huo kati ya molekuli unaweza kuharibu kifungo cha ushirikiano katikati ya molekuli yenyewe.

Lakini wakati maji yanapokanzwa, molekuli zilizofungwa husogea kidogo kutoka kwa kila mmoja. Matokeo yake, utulivu wa vifungo vya covalent hutokea katikati ya molekuli na kutolewa kwa nishati ya ziada na mpito kwa kiwango cha chini cha nishati. Hii inaongoza kwa ukweli kwamba maji ya moto huanza kupungua kwa kasi. Angalau, hivi ndivyo hesabu za kinadharia zinazofanywa na wanasayansi wa Singapore zinaonyesha.

Maji ya kufungia mara moja - hila 5 za ajabu: Video

Inaweza kuonekana kuwa fomula nzuri ya zamani H 2 O haina siri. Lakini kwa kweli, maji - chanzo cha uhai na kioevu maarufu zaidi duniani - yamejaa siri nyingi ambazo hata wanasayansi wakati mwingine hawawezi kutatua.

Hapa kuna mambo 5 ya kuvutia zaidi kuhusu maji:

1. Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi

Hebu tuchukue vyombo viwili na maji: mimina maji ya moto ndani ya moja, na maji baridi ndani ya nyingine, na kuiweka kwenye friji. Maji ya moto yataganda haraka kuliko maji baridi, ingawa kwa mantiki, maji baridi yanapaswa kugeuka kuwa barafu kwanza: baada ya yote, maji ya moto lazima kwanza yapoe kwa joto la baridi, na kisha yageuke kuwa barafu, wakati maji baridi hayahitaji kupoa. Kwa nini hii inatokea?

Mnamo 1963, Erasto B. Mpemba, mwanafunzi wa shule ya upili nchini Tanzania, alikuwa akigandisha mchanganyiko wa ice cream na aligundua kuwa mchanganyiko huo wa moto uliganda haraka kwenye friji kuliko ule wa baridi. Kijana huyo aliposhiriki ugunduzi wake na mwalimu wake wa fizikia, alimcheka tu. Kwa bahati nzuri, mwanafunzi alikuwa akiendelea na akamshawishi mwalimu kufanya jaribio, ambalo lilithibitisha ugunduzi wake: chini ya hali fulani, maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

Sasa hali hii ya maji ya moto kuganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi inaitwa "athari ya Mpemba." Kweli, muda mrefu kabla yake mali hii ya kipekee ya maji ilibainishwa na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes.

Kumbuka kutoka X.RU juu ya mada "Maji moto hugandisha haraka kuliko maji baridi."

Kwa kuwa maswala ya baridi ni karibu na sisi, wataalamu wa friji, tutajiruhusu kuzama kwa undani zaidi kiini cha shida hii na kutoa maoni mawili juu ya asili ya jambo kama hilo la kushangaza.

1. Mwanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Washington amependekeza maelezo kwa jambo la ajabu lililojulikana tangu wakati wa Aristotle: kwa nini maji ya moto huganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

Jambo hilo, linaloitwa athari ya Mpemba, hutumiwa sana katika mazoezi. Kwa mfano, wataalam wanashauri madereva kumwaga maji baridi, sio moto, kwenye hifadhi ya washer wakati wa baridi. Lakini ni nini msingi wa jambo hili ulibaki haijulikani kwa muda mrefu.

Dk. Jonathan Katz kutoka Chuo Kikuu cha Washington alichunguza jambo hili na akafikia hitimisho kwamba vitu vinavyoyeyushwa katika maji, ambavyo hupita wakati wa joto, huwa na jukumu muhimu, laripoti EurekAlert.

Kwa solutes, Dk. Katz anamaanisha kalsiamu na bicarbonates ya magnesiamu, ambayo hupatikana katika maji ngumu. Wakati maji yanapokanzwa, vitu hivi hupanda, na kutengeneza kiwango kwenye kuta za kettle. Maji ambayo hayajawahi kupashwa joto yana uchafu huu. Inapoganda na kuunda fuwele za barafu, mkusanyiko wa uchafu katika maji huongezeka mara 50. Kwa sababu ya hili, kiwango cha kufungia cha maji hupungua. "Na sasa maji yanapaswa kupoa zaidi ili kuganda," aeleza Dakt. Katz.

Kuna sababu ya pili ambayo inazuia maji yasiyo na joto kutoka kwa kufungia. Kupunguza kiwango cha kufungia cha maji hupunguza tofauti ya joto kati ya awamu ngumu na kioevu. "Kwa sababu kiwango ambacho maji hupoteza joto hutegemea tofauti hii ya joto, maji ambayo hayajapashwa joto hupungua vizuri," asema Dakt. Katz.

Kulingana na mwanasayansi, nadharia yake inaweza kujaribiwa kwa majaribio, kwa sababu Athari ya Mpemba inaonekana zaidi kwa maji magumu.

2. Oksijeni pamoja na hidrojeni pamoja na baridi hutengeneza barafu. Kwa mtazamo wa kwanza, dutu hii ya uwazi inaonekana rahisi sana. Kwa kweli, barafu imejaa siri nyingi. Barafu, iliyoundwa na Mwafrika Erasto Mpemba, hakufikiria juu ya umaarufu. Siku zilikuwa moto. Alitaka popsicles. Alichukua sanduku la juisi na kuiweka kwenye friji. Alifanya hivi zaidi ya mara moja na kwa hivyo aligundua kuwa juisi huganda haraka sana ikiwa utaishikilia kwenye jua kwanza - huwasha moto sana! Hii ni ajabu, alifikiri mtoto wa shule wa Kitanzania, ambaye alitenda kinyume na hekima ya ulimwengu. Je, ni kweli kwamba ili kioevu kugeuka kuwa barafu kwa kasi, lazima kwanza iwe ... joto? Kijana huyo alishangaa sana hivi kwamba akashiriki nadhani yake na mwalimu. Aliripoti udadisi huu kwenye vyombo vya habari.

Hadithi hii ilitokea nyuma katika miaka ya sitini ya karne iliyopita. Sasa "Mpemba effect" inajulikana kwa wanasayansi. Lakini kwa muda mrefu jambo hili lililoonekana kuwa rahisi lilibaki kuwa siri. Kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi?

Haikuwa hadi 1996 ambapo mwanafizikia David Auerbach alipata suluhisho. Ili kujibu swali hili, alifanya majaribio kwa mwaka mzima: alipasha moto maji kwenye glasi na akaipoza tena. Kwa hivyo aligundua nini? Wakati joto, Bubbles hewa kufutwa katika maji kuyeyuka. Maji yasiyo na gesi huganda kwa urahisi zaidi kwenye kuta za chombo. "Bila shaka, maji yenye kiwango cha juu cha hewa pia yataganda," asema Auerbach, "lakini si kwa nyuzi joto sifuri, lakini tu kwa digrii nne hadi sita." Bila shaka, itabidi kusubiri zaidi. Kwa hiyo, maji ya moto hufungia kabla ya maji baridi, hii ni ukweli wa kisayansi.

Hakuna kitu kinachoonekana mbele ya macho yetu kwa urahisi sawa na barafu. Inajumuisha tu molekuli za maji - yaani, molekuli za msingi zilizo na atomi mbili za hidrojeni na atomi moja ya oksijeni. Walakini, barafu labda ndio dutu ya kushangaza zaidi katika Ulimwengu. Wanasayansi bado hawajaweza kueleza baadhi ya sifa zake.

2. Supercooling na "papo hapo" kufungia

Kila mtu anajua kwamba maji daima hugeuka kuwa barafu wakati kilichopozwa hadi 0 ° C ... isipokuwa katika baadhi ya matukio! Mfano wa hii ni "kupoa zaidi," ambayo ni sifa ya maji safi sana kubaki kioevu hata yanapopozwa hadi chini ya kuganda. Jambo hili linawezekana kutokana na ukweli kwamba mazingira hayana vituo au nuclei ya fuwele ambayo inaweza kusababisha uundaji wa fuwele za barafu. Na hivyo maji hubakia katika hali ya kimiminika hata yakipozwa hadi chini ya nyuzi joto sifuri. Mchakato wa fuwele unaweza kuchochewa, kwa mfano, na Bubbles za gesi, uchafu (uchafuzi), au uso usio na usawa wa chombo. Bila wao, maji yatabaki katika hali ya kioevu. Mchakato wa uwekaji fuwele unapoanza, unaweza kutazama maji yaliyopozwa sana yakibadilika mara moja kuwa barafu.

Tazama video (KB 2,901, sekunde 60) kutoka kwa Phil Medina (www.mrsciguy.com) na ujionee mwenyewe >>

Maoni. Maji yenye joto kali pia hubaki kuwa kioevu hata yanapokanzwa juu ya kiwango chake cha kuchemka.

3. "Kioo" maji

Kwa haraka na bila kufikiria, taja maji yana majimbo ngapi tofauti?

Ikiwa ulijibu tatu (imara, kioevu, gesi), basi ulikosea. Wanasayansi wanatambua angalau majimbo 5 tofauti ya maji ya kioevu na majimbo 14 ya barafu.

Je, unakumbuka mazungumzo kuhusu maji yaliyopozwa sana? Kwa hivyo, haijalishi utafanya nini, kwa -38 °C hata maji safi kabisa yaliyopozwa hubadilika kuwa barafu ghafla. Nini kinatokea kwa kupungua zaidi?

joto? Kwa -120 °C kitu cha ajabu huanza kutokea kwa maji: inakuwa ya viscous au viscous, kama molasi, na kwa joto chini ya -135 ° C inageuka kuwa maji ya "glasi" au "vitreous" - dutu ngumu ambayo haina muundo wa fuwele. .

4. Quantum mali ya maji

Ilibadilika kuwa kwa kasi ya attosecond moja (sekunde 10 -18) athari isiyo ya kawaida ya quantum hufanyika, na formula ya kemikali ya maji, badala ya kawaida - H 2 O, inakuwa H 1.5 O!

5. Je, maji yana kumbukumbu?

Homeopathy, mbadala kwa dawa ya kawaida, inasema kuwa suluhisho la diluted la madawa ya kulevya linaweza kuwa na athari ya uponyaji kwenye mwili, hata ikiwa sababu ya dilution ni kubwa sana kwamba hakuna kitu kilichobaki katika suluhisho isipokuwa molekuli za maji. Watetezi wa homeopathy wanaelezea kitendawili hiki na dhana inayoitwa "kumbukumbu ya maji," kulingana na ambayo maji katika kiwango cha Masi yana "kumbukumbu" ya dutu mara moja kufutwa ndani yake na huhifadhi mali ya suluhisho la mkusanyiko wa asili baada ya sio hata moja. molekuli ya kiungo inabaki ndani yake.

Kundi la kimataifa la wanasayansi wakiongozwa na Profesa Madeleine Ennis kutoka Chuo Kikuu cha Malkia cha Belfast, ambaye alikosoa kanuni za homeopathy, walifanya majaribio mnamo 2002 kukanusha dhana hii mara moja na kwa wote. Matokeo yake yalikuwa kinyume.Baada ya Nini, wanasayansi walisema kwamba waliweza kuthibitisha ukweli wa athari ya "kumbukumbu ya maji." Hata hivyo, majaribio yaliyofanywa chini ya usimamizi wa wataalam wa kujitegemea hayakuleta matokeo.Migogoro kuhusu kuwepo kwa jambo la "kumbukumbu ya maji" inaendelea.

Maji yana mali nyingine nyingi zisizo za kawaida ambazo hatukuzungumzia katika makala hii.

Fasihi.

1. Mambo 5 Ya Ajabu Sana Kuhusu Maji / http://www.neatorama.com.
2. Siri ya maji: nadharia ya athari ya Aristotle-Mpemba iliundwa / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Siri za asili isiyo hai. Dutu ya ajabu zaidi katika ulimwengu / http://www.bibliotekar.ru.