เห็นได้ชัดว่าน้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำร้อน เนื่องจากภายใต้สภาวะที่เท่ากัน น้ำร้อนจะใช้เวลาในการทำให้เย็นนานกว่าและแข็งตัวในเวลาต่อมา อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์หลายพันปีตลอดจนการทดลองสมัยใหม่ได้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ช่องวิทยาศาสตร์วิทยาศาสตร์ อธิบายปรากฏการณ์นี้:
ตามที่อธิบายไว้ในวิดีโอด้านบน ปรากฏการณ์น้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น เรียกว่าปรากฏการณ์ Mpemba ซึ่งตั้งชื่อตาม Erasto Mpemba นักเรียนชาวแทนซาเนียที่ทำไอศกรีมโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการโรงเรียนเมื่อปี 1963 นักเรียนต้องนำส่วนผสมของครีมและน้ำตาลไปต้ม ปล่อยให้เย็น แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง
Erasto ใส่ส่วนผสมของเขาทันทีโดยร้อนโดยไม่ต้องรอให้เย็นลง ผลก็คือ หลังจากผ่านไป 1.5 ชั่วโมง ส่วนผสมของเขาก็ถูกแช่แข็งแล้ว แต่ส่วนผสมของนักเรียนคนอื่นๆ กลับไม่แข็งตัว ด้วยความสนใจในปรากฏการณ์นี้ Mpemba จึงเริ่มศึกษาปัญหานี้กับศาสตราจารย์ฟิสิกส์ Denis Osborne และในปี 1969 พวกเขาได้ตีพิมพ์บทความที่ระบุว่าน้ำอุ่นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น นี่เป็นการศึกษาแบบ peer-reviewed ครั้งแรกในประเภทนี้ แต่ปรากฏการณ์ดังกล่าวได้รับการกล่าวถึงในเอกสารของอริสโตเติล ย้อนหลังไปถึงศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช จ. Francis Bacon และ Descartes ยังตั้งข้อสังเกตถึงปรากฏการณ์นี้ในการศึกษาของพวกเขาด้วย
วิดีโอแสดงรายการตัวเลือกต่างๆ เพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้น:
- ฟรอสต์เป็นอิเล็กทริก ดังนั้นน้ำเย็นที่เย็นจัดจะเก็บความร้อนได้ดีกว่าแก้วอุ่น ซึ่งจะละลายน้ำแข็งเมื่อสัมผัสกับมัน
- น้ำเย็นมีก๊าซละลายมากกว่าน้ำอุ่น และนักวิจัยคาดการณ์ว่าสิ่งนี้อาจมีบทบาทต่ออัตราการทำความเย็น แม้ว่าจะยังไม่ชัดเจนว่าจะทำอย่างไร
- น้ำร้อนสูญเสียโมเลกุลของน้ำมากขึ้นเนื่องจากการระเหย ดังนั้นจึงเหลือการแช่แข็งน้อยลง
- น้ำอุ่นสามารถเย็นเร็วขึ้นเนื่องจากมีกระแสการพาความร้อนเพิ่มขึ้น กระแสน้ำเหล่านี้เกิดขึ้นเนื่องจากน้ำในแก้วเย็นตัวลงที่พื้นผิวและด้านข้างก่อน ทำให้น้ำเย็นจมและน้ำร้อนจะลอยขึ้น ในแก้วอุ่น กระแสการพาความร้อนจะทำงานมากกว่า ซึ่งอาจส่งผลต่ออัตราการทำความเย็นได้
อย่างไรก็ตาม ในปี 2016 ได้มีการศึกษาที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวังซึ่งแสดงให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้าม นั่นคือ น้ำร้อนแข็งตัวช้ากว่าน้ำเย็นมาก ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าการเปลี่ยนตำแหน่งของเทอร์โมคัปเปิลซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่กำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพียง 1 เซนติเมตรจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์ Mpemba การศึกษาการศึกษาอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันแสดงให้เห็นว่าในทุกกรณีที่สังเกตเห็นผลกระทบนี้ มีการกระจัดของเทอร์โมคัปเปิลภายในหนึ่งเซนติเมตร
ผลกระทบของ Mpemba หรือเหตุใดน้ำร้อนจึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น Mpemba Effect (Mpemba Paradox) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในระหว่างกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน อริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรเน เดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ในคราวเดียว แต่ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียค้นพบว่าส่วนผสมของไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมเย็น Erasto Mpemba เป็นนักเรียนที่ Magambi High School ในประเทศแทนซาเนีย โดยทำงานภาคปฏิบัติเป็นพ่อครัว เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาลในนั้น ปล่อยให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและล่าช้าในการทำส่วนแรกของงานให้เสร็จล่าช้า ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใด ในฐานะนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwava เขาขอให้ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น จากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์ เอส ซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายเรื่องฟิสิกส์แก่นักเรียน) โดยเฉพาะเกี่ยวกับน้ำ: “ถ้าคุณเรียน ภาชนะสองใบที่เหมือนกันซึ่งมีปริมาณน้ำเท่ากัน โดยภาชนะใบหนึ่งมีอุณหภูมิ 35°C และอีกใบมีอุณหภูมิ 100°C แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง จากนั้นในวินาทีนั้นน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม ออสบอร์นเริ่มสนใจประเด็นนี้ และในไม่ช้า ในปี 1969 เขาและเอ็มเพมบาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของพวกเขาในวารสาร Physics Education ตั้งแต่นั้นมา ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba ก็คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิโดยรอบควรเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ภายในกรอบของฟิสิกส์ที่รู้จัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนสำหรับปรากฏการณ์ Mpemba: การระเหย น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ ส่งผลให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำที่มีปริมาตรน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100 C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0 C ผลของการระเหยเป็นผลกระทบสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองอุณหภูมิลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนจากเฟสน้ำไปเป็นเฟสไอน้ำลดลง ความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและอากาศเย็นมีมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงมีความรุนแรงมากขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นตัวเร็วขึ้น อุณหภูมิร่างกายต่ำ เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ -20 C สาเหตุของผลกระทบนี้ก็คือ เพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของผลึก หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงเพียงพอสำหรับผลึกที่จะก่อตัวได้เอง เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้ เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ได้ทำความเย็นยิ่งยวดจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ จะมีชั้นน้ำแข็งบางๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของภาชนะ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยออกไปอีก อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะลดลง ในกรณีของน้ำร้อนที่ต้องทำความเย็นแบบพิเศษ น้ำที่เย็นเป็นพิเศษนั้นจะไม่มีชั้นผิวป้องกันเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนได้เร็วกว่ามากเมื่อผ่านหลังคาแบบเปิด เมื่อกระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ความร้อนจะสูญเสียไปอย่างมาก และทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิร่างกายเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba การพาความร้อน น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 C ถ้าคุณทำให้น้ำเย็นลงถึง 4 C และตั้งไว้ที่อุณหภูมิต่ำลง ชั้นผิวน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4 C น้ำจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวจนเกิดเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำภายในระยะเวลาอันสั้น แต่ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันชั้นล่างของน้ำซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 C ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นต่อจะช้าลง ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลง ทำให้ชั้นน้ำอุ่นลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากที่อุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 C อย่างไรก็ตาม ไม่มี ข้อมูลการทดลองที่จะยืนยันสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการพาความร้อน ก๊าซที่ละลายในน้ำ น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้น - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซที่ละลายน้อยกว่าในน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม การนำความร้อน กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการใส่น้ำในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะบรรจุน้ำร้อนละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังช่องแช่แข็งและการนำความร้อน ส่งผลให้ความร้อนถูกดึงออกจากภาชนะน้ำร้อนได้เร็วกว่าภาชนะที่เย็น ในทางกลับกัน ภาชนะที่มีน้ำเย็นจะไม่ทำให้หิมะที่อยู่ด้านล่างละลาย เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามใดที่ให้การสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ร้อยเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 David Auerbach นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดเร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นจะตกตะกอน ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป โอ.วี. โมซิน
นักวิจัยหลายคนได้หยิบยกและเสนอแนวทางของตนเองว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ดูเหมือนจะเป็นเรื่องที่ขัดแย้งกัน - เพื่อแช่แข็ง น้ำร้อนจะต้องเย็นก่อน อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงนี้ยังคงเป็นข้อเท็จจริง และนักวิทยาศาสตร์ก็อธิบายเรื่องนี้ด้วยวิธีที่ต่างกันออกไป
รุ่นหลัก
ในขณะนี้ มีหลายเวอร์ชันที่อธิบายข้อเท็จจริงนี้:
- เนื่องจากน้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น ปริมาตรจึงลดลง และการแข็งตัวของน้ำปริมาณน้อยที่อุณหภูมิเดียวกันจะเกิดขึ้นเร็วกว่า
- ช่องแช่แข็งของตู้เย็นมีแผ่นบุหิมะ ภาชนะที่บรรจุน้ำร้อนละลายหิมะที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับช่องแช่แข็ง
- การแช่แข็งน้ำเย็นซึ่งแตกต่างจากน้ำร้อนเริ่มต้นที่ด้านบน ในเวลาเดียวกัน การพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน ส่งผลให้การสูญเสียความร้อนแย่ลง
- น้ำเย็นมีศูนย์กลางการตกผลึก - สารที่ละลายอยู่ในนั้น หากเนื้อหาในน้ำมีน้อย การทำไอซิ่งก็ทำได้ยาก แม้ว่าในขณะเดียวกันก็สามารถทำการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลได้ - เมื่อที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์จะมีสถานะเป็นของเหลว
แม้ว่าในความเป็นธรรมเราสามารถพูดได้ว่าผลกระทบนี้ไม่ได้สังเกตเสมอไป บ่อยครั้งที่น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำร้อน
น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิเท่าใด
ทำไมน้ำถึงแข็งเลย? ประกอบด้วยแร่ธาตุหรืออนุภาคอินทรีย์จำนวนหนึ่ง สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคขนาดเล็กมากของทราย ฝุ่น หรือดินเหนียว เมื่ออุณหภูมิอากาศลดลง อนุภาคเหล่านี้จะเป็นศูนย์กลางที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัว
บทบาทของนิวเคลียสของการตกผลึกสามารถเกิดขึ้นได้จากฟองอากาศและรอยแตกในภาชนะที่บรรจุน้ำ ความเร็วของกระบวนการเปลี่ยนน้ำให้เป็นน้ำแข็งนั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากจำนวนศูนย์กลางดังกล่าว - หากมีหลายแห่งของเหลวก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ภายใต้สภาวะปกติที่ความดันบรรยากาศปกติ น้ำจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะของแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศา
สาระสำคัญของเอฟเฟกต์ Mpemba
เอฟเฟกต์ Mpemba เป็นสิ่งที่ขัดแย้งกัน โดยมีสาระสำคัญคือภายใต้สถานการณ์บางอย่าง น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น อริสโตเติลและเดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียตัดสินใจว่าไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวในเวลาที่สั้นกว่าไอศกรีมเย็น ๆ เขาสรุปเรื่องนี้ขณะทำงานทำอาหารเสร็จ
เขาต้องละลายน้ำตาลในนมต้มแล้วเมื่อเย็นแล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ได้ขยันเป็นพิเศษและเริ่มทำงานส่วนแรกให้เสร็จช้า ดังนั้นเขาจึงไม่รอให้นมเย็นลงแล้วจึงนำไปแช่ในตู้เย็นที่ร้อน เขาประหลาดใจมากเมื่อมันแข็งตัวเร็วกว่าเพื่อนร่วมชั้นที่ทำงานตามเทคโนโลยีที่กำหนด
ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ชายหนุ่มสนใจเป็นอย่างมาก และเขาเริ่มทดลองกับน้ำเปล่า ในปี 1969 วารสาร Physics Education ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของ Mpemba และศาสตราจารย์ Dennis Osborne แห่งมหาวิทยาลัย Dar Es Salaam เอฟเฟกต์ที่พวกเขาอธิบายนั้นถูกเรียกว่า Mpemba อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับปรากฏการณ์นี้ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนเห็นพ้องกันว่าบทบาทหลักในเรื่องนี้มาจากความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำเย็นและน้ำร้อน แต่ยังไม่ทราบแน่ชัด
เวอร์ชั่นสิงคโปร์
นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งหนึ่งในสิงคโปร์สนใจคำถามที่ว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น ทีมนักวิจัยที่นำโดยซี จาง อธิบายความขัดแย้งนี้อย่างแม่นยำด้วยคุณสมบัติของน้ำ ทุกคนรู้องค์ประกอบของน้ำจากโรงเรียน - อะตอมออกซิเจนและอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม ออกซิเจนจะดึงอิเล็กตรอนออกจากไฮโดรเจนในระดับหนึ่ง ดังนั้นโมเลกุลจึงเป็น "แม่เหล็ก" ชนิดหนึ่ง
เป็นผลให้โมเลกุลบางชนิดในน้ำถูกดึงดูดเข้าหากันเล็กน้อยและรวมเป็นหนึ่งเดียวกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ความแข็งแรงของมันต่ำกว่าพันธะโควาเลนต์หลายเท่า นักวิจัยชาวสิงคโปร์เชื่อว่าคำอธิบายของความขัดแย้งของ Mpemba นั้นอยู่ที่พันธะไฮโดรเจนอย่างแน่นอน ถ้าโมเลกุลของน้ำถูกวางชิดกันแน่นหนา ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโมเลกุลอาจทำให้พันธะโควาเลนต์ที่อยู่ตรงกลางโมเลกุลเปลี่ยนรูปได้
แต่เมื่อน้ำร้อนขึ้น โมเลกุลที่จับกันจะเคลื่อนตัวออกจากกันเล็กน้อย เป็นผลให้การคลายตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นตรงกลางโมเลกุลพร้อมกับปล่อยพลังงานส่วนเกินและการเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าน้ำร้อนเริ่มเย็นลงอย่างรวดเร็ว อย่างน้อยที่สุด นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ชาวสิงคโปร์แสดงการคำนวณทางทฤษฎี
น้ำแช่แข็งทันที - 5 เคล็ดลับที่น่าทึ่ง: วิดีโอ
21.11.2017 11.10.2018 อเล็กซานเดอร์ เฟิร์ตเซฟ
« น้ำใดแข็งตัวเร็วกว่าเย็นหรือร้อน?“ - ลองถามคำถามกับเพื่อน ๆ ส่วนใหญ่แล้วพวกเขาจะตอบว่าน้ำเย็นแข็งตัวเร็วขึ้น - และพวกเขาจะทำผิดพลาด
ในความเป็นจริง หากคุณวางภาชนะสองใบที่มีรูปร่างและปริมาตรเท่ากันในช่องแช่แข็ง โดยภาชนะหนึ่งมีน้ำเย็นและอีกใบร้อน น้ำร้อนก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น
ข้อความดังกล่าวอาจดูไร้สาระและไม่มีเหตุผล หากคุณทำตามตรรกะ น้ำร้อนจะต้องเย็นลงจนถึงอุณหภูมิน้ำเย็นก่อน และในเวลานี้น้ำเย็นควรกลายเป็นน้ำแข็งแล้ว
แล้วเหตุใดน้ำร้อนจึงเอาชนะน้ำเย็นจนกลายเป็นน้ำแข็ง? ลองคิดดูสิ
ประวัติความเป็นมาของการสังเกตและการวิจัย
ผู้คนสังเกตเห็นผลกระทบที่ขัดแย้งกันนี้มาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ไม่มีใครให้ความสำคัญกับมันมากนัก ดังนั้น Arestotle เช่นเดียวกับ Rene Descartes และ Francis Bacon จึงตั้งข้อสังเกตในบันทึกของพวกเขาถึงความไม่สอดคล้องกันของอัตราการแช่แข็งของน้ำเย็นและน้ำร้อน ปรากฏการณ์ที่ไม่ธรรมดามักเกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน
เป็นเวลานานแล้วที่ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้รับการศึกษา แต่อย่างใดและไม่กระตุ้นความสนใจในหมู่นักวิทยาศาสตร์มากนัก
การศึกษาผลกระทบที่ผิดปกตินี้เริ่มต้นขึ้นในปี 1963 เมื่อ Erasto Mpemba เด็กนักเรียนที่อยากรู้อยากเห็นจากแทนซาเนียสังเกตเห็นว่านมร้อนสำหรับไอศกรีมแข็งตัวเร็วกว่านมเย็น ด้วยความหวังที่จะได้รับคำอธิบายถึงสาเหตุของผลกระทบที่ผิดปกติ ชายหนุ่มจึงถามครูฟิสิกส์ที่โรงเรียน อย่างไรก็ตาม ครูเพียงแต่หัวเราะเยาะเขา
ต่อมา Mpemba ทำการทดลองซ้ำ แต่ในการทดลองของเขาเขาไม่ได้ใช้นมอีกต่อไป แต่ใช้น้ำ และผลที่ขัดแย้งกันก็เกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง
6 ปีต่อมาในปี 1969 Mpemba ได้ถามคำถามนี้กับศาสตราจารย์ฟิสิกส์ Dennis Osborn ซึ่งมาโรงเรียนของเขา ศาสตราจารย์สนใจในการสังเกตของชายหนุ่ม และเป็นผลให้มีการทดลองเพื่อยืนยันการมีอยู่ของผลกระทบ แต่ไม่ได้ระบุสาเหตุของปรากฏการณ์นี้
นับแต่นั้นมาก็ได้เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา.
ตลอดประวัติศาสตร์ของการสังเกตทางวิทยาศาสตร์ มีการตั้งสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับสาเหตุของปรากฏการณ์
ดังนั้นในปี 2012 British Royal Society of Chemistry จะประกาศการแข่งขันของสมมติฐานที่อธิบายผลกระทบของ Mpemba นักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกเข้าร่วมการแข่งขัน มีงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ลงทะเบียนทั้งสิ้น 22,000 ชิ้น แม้จะมีบทความจำนวนมากที่น่าประทับใจ แต่ก็ไม่มีบทความใดที่ทำให้เกิดความชัดเจนกับความขัดแย้งของ Mpemba
เวอร์ชันที่พบบ่อยที่สุดคือตามที่น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากระเหยเร็วขึ้น ปริมาตรก็เล็กลง และเมื่อปริมาตรลดลง อัตราการทำความเย็นก็จะเพิ่มขึ้น เวอร์ชันที่พบบ่อยที่สุดถูกข้องแวะในที่สุดเนื่องจากมีการทดลองโดยไม่รวมการระเหย แต่อย่างไรก็ตามผลลัพธ์ก็ได้รับการยืนยัน
นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เชื่อว่าสาเหตุของปรากฏการณ์ Mpemba คือการระเหยของก๊าซที่ละลายในน้ำ ในความเห็นของพวกเขาในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนก๊าซที่ละลายในน้ำจะระเหยออกไปซึ่งทำให้มีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำเย็น ดังที่ทราบกันดีว่าการเพิ่มความหนาแน่นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ (การนำความร้อนเพิ่มขึ้น) และส่งผลให้อัตราการทำความเย็นเพิ่มขึ้น
นอกจากนี้ยังมีการเสนอสมมติฐานจำนวนหนึ่งที่อธิบายอัตราการไหลเวียนของน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การศึกษาจำนวนมากได้พยายามสร้างความสัมพันธ์ระหว่างวัสดุของภาชนะบรรจุซึ่งมีของเหลวอยู่ หลายทฤษฎีดูเหมือนเป็นไปได้มาก แต่ก็ไม่สามารถยืนยันทางวิทยาศาสตร์ได้เนื่องจากขาดข้อมูลเบื้องต้น ความขัดแย้งในการทดลองอื่นๆ หรือเนื่องจากปัจจัยที่ระบุไม่สามารถเทียบเคียงได้กับอัตราการทำความเย็นของน้ำ นักวิทยาศาสตร์บางคนในงานของพวกเขาตั้งคำถามถึงการมีอยู่ของผลกระทบ
ในปี 2013 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยางในสิงคโปร์อ้างว่าสามารถไขปริศนาของปรากฏการณ์ Mpemba ได้ จากการวิจัยของพวกเขา สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ก็คือปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำเย็นและน้ำร้อนมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
วิธีการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นผลลัพธ์ดังต่อไปนี้ ยิ่งอุณหภูมิของน้ำสูงขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเนื่องจากความจริงที่ว่าแรงผลักเพิ่มขึ้น ส่งผลให้พันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลยืดตัวและกักเก็บพลังงานได้มากขึ้น เมื่อเย็นลง โมเลกุลจะเริ่มเคลื่อนที่เข้าใกล้กัน และปล่อยพลังงานออกจากพันธะไฮโดรเจน ในกรณีนี้การปล่อยพลังงานจะมาพร้อมกับอุณหภูมิที่ลดลง
ในเดือนตุลาคม 2017 นักฟิสิกส์ชาวสเปนในระหว่างการศึกษาอื่นพบว่ามีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของผลกระทบโดยการกำจัดสารออกจากสมดุล (การให้ความร้อนสูงก่อนที่จะเย็นตัวลงอย่างแรง) พวกเขากำหนดเงื่อนไขที่ความน่าจะเป็นของผลกระทบจะเกิดขึ้นสูงสุด นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์จากสเปนยังยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ Mpemba แบบย้อนกลับ พวกเขาพบว่าเมื่อถูกความร้อน ตัวอย่างที่เย็นกว่าจะมีอุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าตัวอย่างที่อุ่นกว่า
แม้จะมีข้อมูลที่ครอบคลุมและการทดลองมากมาย แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ตั้งใจที่จะศึกษาผลกระทบต่อไป
เอฟเฟ็กต์ Mpemba ในชีวิตจริง
คุณเคยสงสัยบ้างไหมว่าทำไมในฤดูหนาวลานสเก็ตจึงเต็มไปด้วยน้ำร้อนและไม่เย็น? อย่างที่คุณเข้าใจแล้ว พวกเขาทำเช่นนี้เพราะลานสเก็ตที่เต็มไปด้วยน้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าการเติมน้ำเย็น ด้วยเหตุผลเดียวกัน น้ำร้อนจึงถูกเทลงในสไลเดอร์ในเมืองน้ำแข็งในฤดูหนาว
ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของปรากฏการณ์ทำให้ผู้คนประหยัดเวลาในการเตรียมสถานที่สำหรับกีฬาฤดูหนาว
นอกจากนี้ บางครั้งเอฟเฟกต์ Mpemba ยังใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อลดเวลาการแช่แข็งของผลิตภัณฑ์ สาร และวัสดุที่มีน้ำ
ดูเหมือนว่าสูตรเก่าที่ดี H 2 O ไม่มีความลับ แต่ในความเป็นจริง น้ำซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของชีวิตและของเหลวที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลกนั้นเต็มไปด้วยความลึกลับมากมายที่แม้แต่นักวิทยาศาสตร์บางครั้งก็ไม่สามารถไขได้
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจที่สุด 5 ประการเกี่ยวกับน้ำมีดังนี้:
1. น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น
ให้เรานำน้ำสองภาชนะมาใส่: เทน้ำร้อนใส่อันหนึ่งและน้ำเย็นใส่อีกอันแล้วใส่ไว้ในช่องแช่แข็ง น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าตามตรรกะแล้ว น้ำเย็นควรกลายเป็นน้ำแข็งก่อน หลังจากนั้น น้ำร้อนจะต้องทำให้เย็นลงเป็นอุณหภูมิเย็นก่อน แล้วจึงเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง ในขณะที่น้ำเย็นไม่แข็งตัว จำเป็นต้องเย็น ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น?
ในปี 1963 Erasto B. Mpemba นักเรียนมัธยมปลายในประเทศแทนซาเนีย กำลังแช่แข็งส่วนผสมไอศกรีม และสังเกตเห็นว่าส่วนผสมที่ร้อนจะแข็งตัวในช่องแช่แข็งได้เร็วกว่าส่วนผสมที่เย็น เมื่อชายหนุ่มแบ่งปันการค้นพบของเขากับครูฟิสิกส์ เขาก็เพียงหัวเราะเยาะเขาเท่านั้น โชคดีที่นักเรียนคนนั้นยืนหยัดและโน้มน้าวให้ครูทำการทดลอง ซึ่งยืนยันการค้นพบของเขา: ภายใต้เงื่อนไขบางประการ น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นจริงๆ
ตอนนี้ปรากฏการณ์ของน้ำร้อนที่แข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นนี้เรียกว่าปรากฏการณ์ Mpemba จริงอยู่ ก่อนหน้าเขามานานแล้ว คุณสมบัติพิเศษของน้ำนี้ได้รับการกล่าวถึงโดยอริสโตเติล ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต
นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่เข้าใจธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้อย่างถ่องแท้ โดยอธิบายได้จากความแตกต่างในด้านความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือโดยผลกระทบของก๊าซเหลวต่อน้ำร้อนและน้ำเย็น
หมายเหตุจาก X.RU ในหัวข้อ “น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น”
เนื่องจากปัญหาการทำความเย็นอยู่ใกล้เราผู้เชี่ยวชาญด้านการทำความเย็นเราจะอนุญาตให้ตัวเองเจาะลึกเข้าไปในสาระสำคัญของปัญหานี้อีกเล็กน้อยและให้ความคิดเห็นสองประการเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์ลึกลับดังกล่าว
1. นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันได้เสนอคำอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์ลึกลับที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยอริสโตเติล: เหตุใดน้ำร้อนจึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Mpemba ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ผู้ขับขี่รถยนต์เทน้ำเย็นไม่ใช่น้ำร้อนลงในอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้าในฤดูหนาว แต่สิ่งที่เป็นรากฐานของปรากฏการณ์นี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดมาเป็นเวลานาน
ดร. โจนาธาน แคทซ์ จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ศึกษาปรากฏการณ์นี้และได้ข้อสรุปว่าสารที่ละลายในน้ำซึ่งตกตะกอนเมื่อถูกความร้อน มีบทบาทสำคัญ EurekAlert รายงาน
เมื่อใช้ตัวละลาย ดร. แคทซ์หมายถึงแคลเซียมและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนตที่พบในน้ำกระด้าง เมื่อน้ำร้อน สารเหล่านี้จะตกตะกอนทำให้เกิดตะกรันบนผนังกาต้มน้ำ น้ำที่ไม่เคยได้รับความร้อนมีสิ่งเจือปนเหล่านี้ เมื่อมันกลายเป็นน้ำแข็งและเกิดผลึกน้ำแข็ง ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในน้ำจะเพิ่มขึ้น 50 เท่า ด้วยเหตุนี้จุดเยือกแข็งของน้ำจึงลดลง “และตอนนี้น้ำจะต้องเย็นลงอีกจึงจะกลายเป็นน้ำแข็ง” ดร. แคทซ์อธิบาย
มีเหตุผลประการที่สองที่ป้องกันไม่ให้น้ำที่ไม่ผ่านความร้อนกลายเป็นน้ำแข็ง การลดจุดเยือกแข็งของน้ำจะช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสถานะของแข็งและของเหลว “เนื่องจากอัตราที่น้ำสูญเสียความร้อนขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ น้ำที่ไม่ได้รับความร้อนจะเย็นลงได้ไม่ดีนัก” ดร. แคทซ์ให้ความเห็น
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ทฤษฎีของเขาสามารถทดสอบได้ในเชิงทดลองเพราะ เอฟเฟกต์ Mpemba จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับน้ำที่กระด้างขึ้น
2. ออกซิเจนบวกไฮโดรเจนบวกความเย็นทำให้เกิดน้ำแข็ง เมื่อมองแวบแรก สารโปร่งใสนี้ดูเรียบง่ายมาก ในความเป็นจริง น้ำแข็งเต็มไปด้วยความลึกลับมากมาย Ice สร้างขึ้นโดย African Erasto Mpemba ไม่ได้คิดถึงชื่อเสียง วันนั้นร้อน เขาต้องการไอติม เขาหยิบกล่องน้ำผลไม้ไปแช่ในช่องแช่แข็ง เขาทำสิ่งนี้มากกว่าหนึ่งครั้งและสังเกตเห็นว่าน้ำผลไม้จะแข็งตัวเร็วเป็นพิเศษหากคุณถือไว้กลางแดดเป็นครั้งแรก - มันทำให้ร้อนขึ้นมาก! เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียคิดว่าสิ่งนี้แปลกซึ่งกระทำการตรงกันข้ามกับภูมิปัญญาทางโลก จำเป็นหรือไม่ที่ต้องอุ่นของเหลวก่อนเพื่อให้กลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น? ชายหนุ่มประหลาดใจมากจนบอกการเดาของเขากับอาจารย์ เขารายงานความอยากรู้อยากเห็นนี้ในสื่อ
เรื่องราวนี้เกิดขึ้นในช่วงอายุหกสิบเศษของศตวรรษที่ผ่านมา ปัจจุบัน "เอฟเฟกต์ Mpemba" เป็นที่รู้จักกันดีในหมู่นักวิทยาศาสตร์ แต่ปรากฏการณ์ที่ดูเหมือนเรียบง่ายนี้ยังคงเป็นปริศนามาเป็นเวลานาน ทำไมน้ำร้อนถึงแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น?
จนกระทั่งปี 1996 นักฟิสิกส์ David Auerbach พบวิธีแก้ปัญหา เพื่อตอบคำถามนี้ เขาได้ทำการทดลองตลอดทั้งปี โดยต้มน้ำในแก้วแล้วทำให้เย็นอีกครั้ง แล้วเขาค้นพบอะไร? เมื่อถูกความร้อน ฟองอากาศที่ละลายในน้ำจะระเหยไป น้ำที่ไม่มีก๊าซจะแข็งตัวบนผนังของถังได้ง่ายขึ้น “แน่นอนว่าน้ำที่มีปริมาณอากาศสูงก็จะแข็งตัวเช่นกัน” Auerbach กล่าว “แต่ไม่ใช่ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แต่จะอยู่ที่ลบ 4-6 องศาเท่านั้น” แน่นอนว่าคุณจะต้องรออีกต่อไป ดังนั้น น้ำร้อนจะแข็งตัวก่อนน้ำเย็น นี่เป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์
แทบจะไม่มีสสารใดปรากฏต่อหน้าต่อตาเราได้ง่ายเหมือนน้ำแข็ง ประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำเท่านั้น นั่นคือโมเลกุลเบื้องต้นที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม อย่างไรก็ตาม น้ำแข็งอาจเป็นสสารที่ลึกลับที่สุดในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติบางประการของมันได้
2. การทำความเย็นแบบพิเศษและการแช่แข็งแบบ "ทันที"
ทุกคนรู้ดีว่าน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งเสมอเมื่อเย็นลงถึง 0°C... ยกเว้นในบางกรณี! ตัวอย่างนี้คือ “การทำให้เย็นลงเป็นพิเศษ” ซึ่งเป็นคุณสมบัติของน้ำบริสุทธิ์มากที่จะคงสภาพเป็นของเหลวแม้ว่าจะเย็นลงถึงจุดเยือกแข็งก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากสภาพแวดล้อมไม่มีศูนย์กลางหรือนิวเคลียสของการตกผลึกที่สามารถกระตุ้นให้เกิดผลึกน้ำแข็งได้ ดังนั้นน้ำจึงยังคงอยู่ในสถานะของเหลวแม้ว่าจะเย็นลงจนต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียสก็ตาม กระบวนการตกผลึกสามารถถูกกระตุ้นได้ เช่น โดยฟองก๊าซ สิ่งเจือปน (สารปนเปื้อน) หรือพื้นผิวภาชนะที่ไม่เรียบ หากไม่มีพวกมัน น้ำก็จะคงอยู่ในสถานะของเหลว เมื่อกระบวนการตกผลึกเริ่มต้นขึ้น คุณสามารถชมน้ำเย็นจัดที่กลายเป็นน้ำแข็งได้ในทันที
ดูวิดีโอ (2,901 KB, 60 วินาที) จาก Phil Medina (www.mrsciguy.com) และดูด้วยตัวคุณเอง >>
ความคิดเห็นน้ำร้อนยวดยิ่งยังคงเป็นของเหลวแม้ว่าจะถูกให้ความร้อนเหนือจุดเดือดก็ตาม
3. น้ำ “แก้ว”
ได้อย่างรวดเร็วและไม่ต้องคิดให้ทายว่าน้ำมีกี่สถานะ?
หากคุณตอบสามข้อ (ของแข็ง ของเหลว แก๊ส) แสดงว่าคุณผิด นักวิทยาศาสตร์ระบุสถานะน้ำของเหลวได้อย่างน้อย 5 สถานะและน้ำแข็ง 14 สถานะ
จำบทสนทนาเกี่ยวกับน้ำเย็นจัดได้ไหม? ดังนั้นไม่ว่าคุณจะทำอะไร ที่อุณหภูมิ -38 °C แม้แต่น้ำที่เย็นจัดที่สุดที่บริสุทธิ์ที่สุดก็กลายเป็นน้ำแข็งทันที จะเกิดอะไรขึ้นกับการลดลงอีก?
อุณหภูมิ? ที่อุณหภูมิ -120 °C สิ่งแปลกประหลาดเริ่มเกิดขึ้นกับน้ำ น้ำจะมีความหนืดสูงมากหรือหนืด เช่น กากน้ำตาล และที่อุณหภูมิต่ำกว่า -135 °C น้ำจะกลายเป็นน้ำ "คล้ายแก้ว" หรือ "น้ำคล้ายแก้ว" ซึ่งเป็นสารของแข็งที่ไม่มีโครงสร้างผลึก .
4. คุณสมบัติควอนตัมของน้ำ
ในระดับโมเลกุล น้ำเป็นสิ่งที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่าเดิม ในปี 1995 การทดลองการกระเจิงนิวตรอนโดยนักวิทยาศาสตร์ให้ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด: นักฟิสิกส์ค้นพบว่านิวตรอนที่มุ่งเป้าไปที่โมเลกุลของน้ำ "เห็น" โปรตอนไฮโดรเจนน้อยกว่าที่คาดไว้ 25%
ปรากฎว่าด้วยความเร็วหนึ่งอัตโตวินาที (10 -18 วินาที) เอฟเฟกต์ควอนตัมที่ผิดปกติเกิดขึ้นและสูตรทางเคมีของน้ำแทนที่จะเป็นสูตรปกติ - H 2 O กลายเป็น H 1.5 O!
5. น้ำมีความทรงจำหรือไม่?
โฮมีโอพาธีย์ซึ่งเป็นทางเลือกแทนยาแผนโบราณระบุว่าสารละลายเจือจางของยาสามารถมีผลในการรักษาร่างกายได้ แม้ว่าปัจจัยการเจือจางจะดีมากจนไม่เหลืออะไรเลยในสารละลายยกเว้นโมเลกุลของน้ำ ผู้เสนอโฮมีโอพาธีอธิบายความขัดแย้งนี้ด้วยแนวคิดที่เรียกว่า "ความทรงจำของน้ำ" โดยที่น้ำในระดับโมเลกุลมี "ความทรงจำ" ของสารเมื่อละลายเข้าไปแล้วและยังคงรักษาคุณสมบัติของสารละลายของความเข้มข้นดั้งเดิมไว้หลังจากนั้นไม่แม้แต่ครั้งเดียว โมเลกุลของส่วนผสมยังคงอยู่ในนั้น
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดยศาสตราจารย์แมดเดอลีน เอนนิส จากมหาวิทยาลัยควีนส์แห่งเบลฟัสต์ ซึ่งวิพากษ์วิจารณ์หลักการของโฮมีโอพาธีย์ ได้ทำการทดลองในปี 2545 เพื่อหักล้างแนวคิดนี้ครั้งแล้วครั้งเล่า ผลลัพธ์ที่ได้กลับตรงกันข้าม สามารถพิสูจน์ความเป็นจริงของปรากฏการณ์ "ความทรงจำของน้ำ" ได้ อย่างไรก็ตาม การทดลองที่ดำเนินการภายใต้การดูแลของผู้เชี่ยวชาญอิสระไม่ได้ให้ผลลัพธ์ใดๆ
น้ำมีคุณสมบัติที่ผิดปกติอื่นๆ อีกมากมายที่เราไม่ได้พูดถึงในบทความนี้
วรรณกรรม.
1. 5 เรื่องแปลกๆ เกี่ยวกับน้ำ / http://www.neatorama.com
2. ความลึกลับของน้ำ: มีการสร้างทฤษฎีเอฟเฟกต์ Aristotle-Mpemba / http://www.o8ode.ru
3. เนโปมยาชชี่ เอ็น.เอ็น. ความลับของธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต สสารลึกลับที่สุดในจักรวาล / http://www.bibliotekar.ru