21.11.2017 11.10.2018 Alexander Firtsev
« Hangi su daha hızlı donar, soğuk mu sıcak mı?“- arkadaşlarınıza bir soru sormayı deneyin, büyük olasılıkla çoğu, soğuk suyun daha hızlı donduğunu söyleyecektir ve bir hata yapacaklardır.
Aslında, aynı şekil ve hacimde, biri soğuk su ve diğeri sıcak olan iki kabı aynı anda dondurucuya koyarsanız, daha hızlı donacaktır. sıcak su.
Böyle bir ifade saçma ve mantıksız görünebilir. Mantığı takip ederseniz, sıcak suyun önce soğuk suyun sıcaklığına kadar soğuması gerekir ve bu sırada soğuk su zaten buza dönüşmelidir.
Peki neden sıcak su donma yolunda soğuk suyu geride bırakıyor? Hadi anlamaya çalışalım.
Gözlem ve araştırmaların tarihi
İnsanlar antik çağlardan beri paradoksal etkiyi gözlemlediler ama kimse bunu açıklamadı özel önem. Böylece Arestotle, Rene Descartes ve Francis Bacon notlarında soğuk ve sıcak suyun donma oranlarındaki tutarsızlıklara dikkat çekti. Olağandışı fenomen sıklıkla günlük yaşamda kendini gösterir.
Uzun bir süre bu fenomen hiçbir şekilde incelenmedi ve neden olmadı özel ilgi bilim adamları arasında.
Bu olağandışı etkinin incelenmesi 1963 yılında Tanzanya'dan meraklı bir okul çocuğu olan Erasto Mpemba'nın dondurma için sıcak sütün soğuk sütten daha hızlı donduğunu fark etmesiyle başladı. Bu alışılmadık etkinin nedenlerine dair bir açıklama bulmayı ümit eden genç adam, okuldaki fizik öğretmenine sordu. Ancak öğretmen ona sadece güldü.
Daha sonra Mpemba deneyi tekrarladı, ancak deneyinde artık süt değil su kullandı ve paradoksal etki bir kez daha tekrarlandı.
6 yıl sonra, 1969'da Mpemba bu soruyu okuluna gelen fizik profesörü Dennis Osborn'a sordu. Profesör genç adamın gözlemiyle ilgilendi ve sonuç olarak etkinin varlığını doğrulayan bir deney yapıldı, ancak bu olgunun nedenleri belirlenemedi.
O zamandan beri fenomen çağrıldı Mpemba etkisi.
Tarih boyunca bilimsel gözlemler Olayın nedenleri hakkında birçok hipotez öne sürülmüştür.
Böylece 2012'de İngiliz Kraliyet Kimya Derneği, Mpemba etkisini açıklayan bir hipotez yarışması düzenleyecekti. Dünyanın her yerinden bilim adamının katıldığı yarışmaya toplam 22.000 kişi kayıt oldu bilimsel çalışmalar. Bu kadar etkileyici sayıda makaleye rağmen hiçbiri Mpemba paradoksuna açıklık getirmedi.
En yaygın versiyon, sıcak suyun daha hızlı donmasıydı, çünkü daha hızlı buharlaşır, hacmi küçülür ve hacim azaldıkça soğutma hızı artar. En yaygın versiyon sonunda çürütüldü çünkü buharlaşmanın hariç tutulduğu bir deney yapıldı, ancak yine de etki doğrulandı.
Diğer bilim adamları Mpemba etkisinin nedeninin suda çözünen gazların buharlaşması olduğuna inanıyorlardı. Onlara göre, ısıtma işlemi sırasında suda çözünen gazlar buharlaşır ve bu sayede daha fazla elde edilir. yüksek yoğunluk soğuktan daha. Bilindiği gibi yoğunluğun artması değişime neden olur fiziki ozellikleri su (artan termal iletkenlik) ve dolayısıyla soğutma hızında bir artış.
Ayrıca sıcaklığa bağlı olarak su sirkülasyon hızını açıklayan bir takım hipotezler ileri sürülmüştür. Sıvının bulunduğu kapların malzemesi arasındaki ilişkiyi kurmaya yönelik birçok çalışma yapılmıştır. Pek çok teori çok makul görünüyordu, ancak ilk verilerin eksikliği, diğer deneylerdeki çelişkiler veya belirlenen faktörlerin suyun soğuma hızıyla karşılaştırılamaması nedeniyle bilimsel olarak doğrulanamadı. Bazı bilim insanları çalışmalarında bu etkinin varlığını sorguladılar.
2013 yılında araştırmacılar Teknoloji Üniversitesi Nanyang Singapur, Mpemba etkisinin gizemini çözdüklerini söyledi. Araştırmalarına göre bu olgunun nedeni, vücutta depolanan enerji miktarının artmasında yatmaktadır. hidrojen bağları Soğuk ve sıcak su molekülleri arasında önemli bir fark vardır.
Yöntemler bilgisayar modellemeşu sonuçları gösterdi: Suyun sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, itici kuvvetlerin artması nedeniyle moleküller arasındaki mesafe de o kadar büyük olur. Ve bu nedenle moleküllerin hidrojen bağları gerilir ve depolanır. büyük miktar enerji. Soğutulduğunda moleküller birbirine yaklaşmaya başlar ve hidrojen bağlarından enerji açığa çıkar. Bu durumda enerjinin açığa çıkmasına sıcaklıkta bir azalma eşlik eder.
Ekim 2017'de İspanyol fizikçiler başka bir çalışma sırasında şunu buldular: büyük rol Etkinin oluşumunda rol oynayan maddenin dengeden çıkarılmasıdır (güçlü soğutmadan önce güçlü ısıtma). Etkinin ortaya çıkma olasılığının maksimum olduğu koşulları belirlediler. Ayrıca İspanya'dan bilim adamları da varlığı doğruladılar. ters etki Mpemba. Daha soğuk bir numunenin ısıtıldığında daha sıcak bir numuneden daha hızlı bir şekilde yüksek bir sıcaklığa ulaşabileceğini buldular.
Kapsamlı bilgilere ve çok sayıda deneye rağmen, bilim insanları etkiyi incelemeye devam etmeyi planlıyor.
Gerçek hayatta Mpemba etkisi
nedenini hiç merak ettin mi kış zamanı buz pateni pisti sular altında kalıyor sıcak su ve soğuk değil mi? Zaten anladığınız gibi, bunu yapıyorlar çünkü sıcak suyla dolu bir buz pateni pisti, soğuk suyla dolu bir buz pateni pistine göre daha hızlı donacaktır. Aynı sebepten dolayı kışın buz kasabalarında kaydıraklara sıcak su dökülür.
Böylece olgunun varlığının bilinmesi, insanların site hazırlarken zamandan tasarruf etmelerini sağlar. kış türleri Spor Dalları
Ayrıca Mpemba etkisi bazen sanayide su içeren ürün, madde ve malzemelerin donma süresini azaltmak için de kullanılmaktadır.
Mpemba etkisi veya sıcak su neden soğuk sudan daha hızlı donar? Mpemba Etkisi (Mpemba Paradoksu), donma işlemi sırasında soğuk suyun sıcaklığını geçmesi gerekmesine rağmen, bazı koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu belirten bir paradokstur. Bu paradoks, aynı koşullar altında daha fazla ısıtılmış bir cismin belirli bir sıcaklığa soğuması için daha az ısıtılmış bir cismin aynı sıcaklığa soğuması için daha fazla zaman harcadığı şeklindeki alışılagelmiş fikirlerle çelişen deneysel bir gerçektir. Bu fenomen bir zamanlar Aristoteles, Francis Bacon ve Rene Descartes tarafından fark edilmişti, ancak Tanzanyalı okul çocuğu Erasto Mpemba ancak 1963'te sıcak bir dondurma karışımının soğuk olandan daha hızlı donduğunu keşfetti. Magambinskaya'nın öğrencisi olmak lise Tanzanya'da Erasto Mpemba yaptı pratik iş yemek pişirmede. Ev yapımı dondurma yapması gerekiyordu; sütü kaynatın, şekeri içinde eritin ve soğuyana kadar soğutun. oda sıcaklığı ve daha sonra donması için buzdolabına koyun. Görünüşe göre Mpemba pek çalışkan bir öğrenci değildi ve görevin ilk bölümünü tamamlamayı geciktirdi. Dersin sonuna yetişemeyeceğinden korktuğu için hala sıcak sütü buzdolabına koydu. Şaşırtıcı bir şekilde, yoldaşlarının verilen teknolojiye göre hazırlanan sütünden bile daha erken dondu. Bundan sonra Mpemba sadece sütle değil aynı zamanda sıradan suyla da deneyler yaptı. Her halükarda, zaten Mkwawa Ortaokulunda bir öğrenci olarak, Profesör Dennis Osborne'a şu soruyu sordu: üniversite koleji Darüsselam'da (öğrencilere fizik dersi vermek üzere okul müdürü tarafından davet edilmiş) özellikle su hakkında: "Eğer iki özdeş kap alırsanız, eşit hacimler birinde suyun sıcaklığı 35°C, diğerinde - 100°C olacak şekilde su koyun ve bunları dondurucuya koyun, ardından ikincisinde su daha hızlı donacaktır. Neden?" Osborne bu soruyla ilgilenmeye başladı ve çok geçmeden 1969'da o ve Mpemba deneylerinin sonuçlarını Physics Education dergisinde yayınladılar. O zamandan beri keşfettikleri etkiye Mpemba etkisi adı verildi. Bugüne kadar hiç kimse bunu yapmadı. Bu garip etkiyi tam olarak nasıl açıklayacağını biliyor Bilim adamlarının elinde çok sayıda olmasına rağmen tek bir versiyon yok. Her şey sıcak ve soğuk suyun özelliklerindeki farkla ilgili, ancak bu durumda hangi özelliklerin rol oynadığı henüz belli değil: Aşırı soğutma, buharlaşma, buz oluşumu, konveksiyon veya sıvılaştırılmış gazların farklı sıcaklıklarda su üzerindeki etkisindeki fark Mpemba etkisinin paradoksu, vücudun sıcaklığa kadar soğuma süresidir. çevre , bu vücut ile çevre arasındaki sıcaklık farkıyla orantılı olmalıdır. Bu yasa Newton tarafından oluşturuldu ve o zamandan beri pratikte birçok kez doğrulandı. Bu etkide sıcaklığı 100°C olan su, aynı miktardaki 35°C sıcaklıktaki sudan 0°C daha hızlı soğur. Ancak Mpemba etkisi bilinen fizik çerçevesinde açıklanabildiği için bu henüz bir paradoks anlamına gelmiyor. Mpemba etkisinin bazı açıklamaları şunlardır: Buharlaşma Sıcak su bir kaptan daha hızlı buharlaşır, böylece hacmi azalır ve aynı sıcaklıkta daha küçük hacimli su daha hızlı donar. 100°C'ye ısıtılan su, 0°C'ye soğutulduğunda kütlesinin %16'sını kaybeder. Buharlaşmanın etkisi çift yönlüdür. Öncelikle soğutma için gerekli olan su kütlesi azalır. İkincisi ise su fazından buhar fazına geçişin buharlaşma ısısının azalması nedeniyle sıcaklık düşer. Sıcaklık farkı Sıcak su ile soğuk hava arasındaki sıcaklık farkının daha fazla olması nedeniyle bu durumda ısı alışverişi daha yoğun olur ve sıcak su daha hızlı soğur. Hipotermi Su 0 C'nin altına soğuduğunda her zaman donmaz. Bazı koşullar altında aşırı soğumaya maruz kalabilir ve donma noktasının altındaki sıcaklıklarda sıvı kalmaya devam edebilir. Bazı durumlarda su -20 C sıcaklıkta bile sıvı kalabilmektedir. Bu etkinin nedeni, ilk buz kristallerinin oluşmaya başlayabilmesi için kristal oluşum merkezlerine ihtiyaç duyulmasıdır. Sıvı suda mevcut değillerse, sıcaklık kristallerin kendiliğinden oluşmasına yetecek kadar düşene kadar aşırı soğutma devam edecektir. Aşırı soğutulmuş sıvı içinde oluşmaya başladıklarında, daha hızlı büyümeye başlayacaklar, sulu kar buzları oluşturacaklar ve bu da donarak buz oluşturacak. Sıcak su, hipotermiye en duyarlı olanıdır çünkü ısıtmak, çözünmüş gazları ve kabarcıkları uzaklaştırır ve bunlar da buz kristallerinin oluşumu için merkez görevi görebilir. Hipotermi neden sıcak suyun daha hızlı donmasına neden olur? Aşırı soğutulmamış soğuk su durumunda aşağıdakiler meydana gelir. Bu durumda kabın yüzeyinde ince bir buz tabakası oluşacaktır. Bu buz tabakası su ile soğuk hava arasında yalıtkan görevi görecek ve daha fazla buharlaşmayı önleyecektir. Bu durumda buz kristallerinin oluşma hızı daha düşük olacaktır. Aşırı soğutmaya maruz kalan sıcak su durumunda, aşırı soğutulmuş suyun koruyucu bir yüzey buz tabakası yoktur. Bu nedenle üstü açık olduğundan ısıyı çok daha hızlı kaybeder. Aşırı soğutma işlemi sona erdiğinde ve su donduğunda çok daha fazla ısı kaybı olur ve dolayısıyla daha fazla buz oluşur. Bu etkiyi araştıran birçok araştırmacı, Mpemba etkisi durumunda hipoterminin ana faktör olduğunu düşünmektedir. Konveksiyon Soğuk su yukarıdan donmaya başlar, böylece ısı radyasyonu ve konveksiyon süreçleri ve dolayısıyla ısı kaybı kötüleşir, sıcak su ise aşağıdan donmaya başlar. Bu etki su yoğunluğundaki bir anormallik ile açıklanmaktadır. Su var maksimum yoğunluk 4 C. Suyu 4 C'ye soğutup daha düşük bir sıcaklığa koyarsanız suyun yüzey tabakası daha hızlı donacaktır. Bu su, 4 C sıcaklıktaki sudan daha az yoğun olduğundan yüzeyde kalacak ve ince, soğuk bir tabaka oluşturacaktır. Bu koşullar altında kısa sürede suyun yüzeyinde ince bir buz tabakası oluşacaktır ancak bu buz tabakası yalıtkan görevi görerek suyun alt katmanlarını koruyacak ve 4 C sıcaklıkta kalacaktır. Bu nedenle daha sonraki soğutma işlemi daha yavaş olacaktır. Sıcak su durumunda ise durum tamamen farklıdır. Suyun yüzey tabakası buharlaşma nedeniyle daha hızlı soğuyacak ve daha büyük fark sıcaklıklar Ayrıca soğuk su katmanları sıcak su katmanlarından daha yoğun olduğundan soğuk su katmanı aşağıya doğru çökerek katmanı yükseltir. ılık su yüzeye. Suyun bu dolaşımı sıcaklığın hızlı bir şekilde düşmesini sağlar. Peki bu süreç neden bir denge noktasına ulaşmıyor? Mpemba etkisini konveksiyon açısından bu bakış açısıyla açıklamak için, soğuk ve sıcak su katmanlarının ayrıldığını ve konveksiyon sürecinin sonradan devam ettiğini varsaymak gerekir. ortalama sıcaklık su 4 C'nin altına düşecektir. Ancak konveksiyon işlemi sırasında soğuk ve sıcak su katmanlarının ayrıldığı yönündeki bu hipotezi doğrulayacak hiçbir deneysel veri yoktur. Suda çözünmüş gazlar Su her zaman içinde çözünmüş gazlar içerir - oksijen ve karbon dioksit. Bu gazlar suyun donma noktasını düşürme özelliğine sahiptir. Su ısıtıldığında bu gazlar sudan açığa çıkar çünkü yüksek sıcaklıklarda sudaki çözünürlükleri daha düşüktür. Bu nedenle sıcak su soğuduğunda, ısıtılmamış soğuk suya göre her zaman daha az çözünmüş gaz içerir. Bu nedenle ısıtılan suyun donma noktası daha yüksek olur ve daha hızlı donar. Bu gerçeği doğrulayan hiçbir deneysel veri olmamasına rağmen, bu faktör bazen Mpemba etkisini açıklamada ana faktör olarak kabul edilir. Isı iletkenliği Bu mekanizma, suyun buzdolabının dondurucu bölmesine küçük kaplar halinde yerleştirilmesi durumunda önemli bir rol oynayabilir. Bu koşullar altında, bir sıcak su kabının alttaki dondurucudaki buzu erittiği, böylece dondurucu duvarı ile termal teması ve termal iletkenliği iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, sıcak su kabındaki ısı, soğuk olana göre daha hızlı uzaklaştırılır. Buna karşılık, soğuk su dolu bir kap, altındaki karı eritmez. Tüm bu koşullar (aynı zamanda diğer) birçok deneyde incelendi, ancak hangisinin Mpemba etkisinin yüzde yüz yeniden üretimini sağladığı sorusuna net bir cevap hiçbir zaman elde edilemedi. Yani örneğin 1995 yılında Alman fizikçi David Auerbach aşırı soğuyan suyun bu etki üzerindeki etkisini inceledi. Aşırı soğumuş bir duruma ulaşan sıcak suyun, soğuk sudan daha yüksek bir sıcaklıkta donduğunu ve dolayısıyla soğuk sudan daha hızlı donduğunu keşfetti. Ancak soğuk su, aşırı soğumuş duruma sıcak sudan daha hızlı ulaşır ve böylece önceki gecikmeyi telafi eder. Ayrıca Auerbach'ın sonuçları, sıcak suyun daha az kristalizasyon merkezi nedeniyle daha fazla aşırı soğutma elde edebildiğine ilişkin önceki verilerle çelişiyordu. Su ısıtıldığında içinde çözünen gazlar uzaklaştırılır, kaynatıldığında ise içinde çözünen bazı tuzlar çöker. Şimdilik tek bir şey söylenebilir - bu etkinin yeniden üretilmesi büyük ölçüde deneyin gerçekleştirildiği koşullara bağlıdır. Tam da her zaman çoğaltılmadığı için. O. V. Mosin
Sıcak suyun neden soğuk suya göre daha hızlı donduğuna dair pek çok araştırmacı kendi versiyonlarını ortaya attı ve ileri sürüyor. Bu bir paradoks gibi görünebilir - sonuçta, sıcak suyun donması için önce soğuması gerekir. Ancak gerçek hala bir gerçek ve bilim insanları bunu farklı şekillerde açıklıyor.
Ana sürümler
Açık şu an Bu gerçeği açıklayan birkaç versiyon var:
- Sıcak su daha hızlı buharlaştığı için hacmi azalır. Aynı sıcaklıkta daha az miktarda suyun donması daha hızlı gerçekleşir.
- Buzdolabının dondurucu bölmesinde kar astarı bulunmaktadır. İçinde sıcak su bulunan bir kap, altındaki karı eritir. Bu, dondurucuyla termal teması iyileştirir.
- Soğuk suyun donması sıcak sudan farklı olarak üst kısımdan başlar. Aynı zamanda konveksiyon ve ısı radyasyonu ve dolayısıyla ısı kaybı kötüleşir.
- Soğuk su, içinde çözünmüş maddeler olan kristalleşme merkezleri içerir. Sudaki içerikleri küçükse, buzlanma zordur, ancak aynı zamanda aşırı soğutma da mümkündür - sıfırın altındaki sıcaklıklarda sıvı halde olduğunda.
Adil olmak gerekirse, bu etkinin her zaman gözlemlenmediğini söyleyebiliriz. Çoğu zaman soğuk su, sıcak sudan daha hızlı donar.
Su hangi sıcaklıkta donar
Su neden donuyor? Belirli miktarda mineral veya organik parçacık içerir. Bu, örneğin, çok ince parçacıklar kum, toz veya kil. Hava sıcaklığı düştükçe bu parçacıklar, çevresinde buz kristallerinin oluştuğu merkezlerdir.
Kristalizasyon çekirdeklerinin rolü, su içeren kaptaki hava kabarcıkları ve çatlaklar tarafından da oynanabilir. Suyu buza dönüştürme işleminin hızı büyük ölçüde bu tür merkezlerin sayısından etkilenir - eğer çok sayıda varsa, sıvı daha hızlı donar. Şu tarihte: normal koşullar, normal olan atmosferik basınç, su içeri giriyor katı hal 0 derece sıcaklıktaki sıvıdan.
Mpemba etkisinin özü
Mpemba etkisi bir paradokstur; bunun özü, belirli koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donmasıdır. Bu fenomen Aristoteles ve Descartes tarafından fark edildi. Ancak Tanzanyalı öğrenci Erasto Mpemba, sıcak dondurmanın donmasının daha uzun sürdüğünü ancak 1963 yılında belirledi. Kısa bir zaman soğuktan daha. Bir yemek pişirme görevini tamamlarken bu sonuca vardı.
Şekeri kaynamış sütte eritmesi ve soğuttuktan sonra donması için buzdolabına koyması gerekiyordu. Görünüşe göre Mpemba pek gayretli değildi ve görevin ilk bölümünü geç tamamlamaya başladı. Bu nedenle sütün soğumasını beklemedi ve sıcak bir şekilde buzdolabına koydu. Verilen teknolojiye uygun olarak çalışmayı yapan sınıf arkadaşlarından bile daha hızlı donduğunu görünce çok şaşırdı.
Bu gerçek genç adamın çok ilgisini çekti ve sade su ile deneylere başladı. 1969'da Fizik Eğitimi dergisi Mpemba ve Dar Es Salaam Üniversitesi'nden Profesör Dennis Osborne'un araştırmasının sonuçlarını yayınladı. Tanımladıkları etkiye Mpemba adı verildi. Ancak bugün bile bu olaya ilişkin net bir açıklama bulunmuyor. Tüm bilim adamları bundaki ana rolün soğuk ve sıcak suyun özelliklerindeki farklılıklara ait olduğu konusunda hemfikirdir, ancak tam olarak ne olduğu bilinmemektedir.
Singapur versiyonu
Singapur üniversitelerinden birinden fizikçiler de hangi suyun daha hızlı donduğu sorusuyla ilgilendiler - sıcak mı soğuk mu? Xi Zhang liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, bu paradoksu tam olarak suyun özellikleriyle açıkladı. Herkes suyun bileşimini okuldan biliyor - bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomu. Oksijen bir dereceye kadar elektronları hidrojenden uzaklaştırır, dolayısıyla molekül bir tür “mıknatıstır”.
Sonuç olarak sudaki bazı moleküller birbirlerine hafifçe çekilir ve bir hidrojen bağıyla birleşir. Gücü kovalent bağdan birçok kez daha düşüktür. Singapurlu araştırmacılar, Mpemba paradoksunun açıklamasının tam olarak hidrojen bağlarında yattığına inanıyor. Su molekülleri birbirine çok sıkı bir şekilde yerleştirilmişse bu durum güçlü etkileşim Moleküller arasındaki bağ, molekülün ortasındaki kovalent bağı deforme edebilir.
Ama suyu ısıtırken bağlı moleküller birbirinden biraz uzakta. Sonuç olarak moleküllerin ortasında gevşeme meydana gelir. kovalent bağlar fazla enerjinin serbest bırakılması ve daha düşük bir enerjiye geçiş ile enerji seviyesi. Bu, sıcak suyun hızla soğumaya başlamasına neden olur. En azından Singapurlu bilim adamlarının yaptığı teorik hesaplamalar bunu gösteriyor.
Suyu anında dondurmak - 5 inanılmaz numara: Video
Britanya Kraliyet Kimya Derneği, bu durumu açıklayabilen herkese 1.000 £ ödül verecek bilimsel nokta Neden bazı durumlarda sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donduğunu anlamak.
“Modern bilim, görünüşte basit olan bu soruyu hâlâ cevaplayamıyor. Dondurmacılar ve barmenler bu etkiyi günlük işlerinde kullanıyorlar ancak kimse bunun neden işe yaradığını gerçekten bilmiyor. Bu sorun, Aristoteles ve Descartes gibi filozofların bunun üzerinde düşünmesiyle binlerce yıldır biliniyor," dedi İngiliz Kraliyet Kimya Topluluğu başkanı Profesör David Phillips, Topluluğun basın açıklamasında aktarıldığı gibi.
Afrikalı bir aşçı İngiliz fizik profesörünü nasıl yendi?
Bu bir 1 Nisan şakası değil, sert bir şaka fiziksel gerçeklik. Galaksiler ve kara deliklerle kolayca çalışan ve kuarkları ve bozonları aramak için dev hızlandırıcılar inşa eden modern bilim, temel suyun nasıl "işlediğini" açıklayamıyor. Okul ders kitabı Daha sıcak bir cismi soğutmanın, soğuk bir cismi soğutmaktan daha fazla zaman aldığını açıkça belirtiyor. Ama su için bu yasa her zaman gözlemlenmez. Aristoteles M.Ö. 4. yüzyılda bu paradoksa dikkat çekmişti. e. Bu benim yazdığım şey Antik Yunan Meteorologica I kitabında: “Suyun önceden ısıtılması donmasına katkıda bulunur. Bu nedenle pek çok kişi sıcak suyu daha hızlı soğutmak istediğinde önce onu güneşe koyar...” Orta Çağ'da Francis Bacon ve Rene Descartes bu olguyu açıklamaya çalışmışlardır. Ne yazık ki, ne büyük filozoflar ne de klasik termofiziği geliştiren çok sayıda bilim adamı bunu başaramadı ve bu nedenle böylesine sakıncalı bir gerçek uzun süre "unutuldu".
Ve ancak 1968'de Tanzanya'dan gelen okul çocuğu Erasto Mpembe sayesinde herhangi bir bilimden uzak "hatırladılar". 1963 yılında mutfak sanatları okulunda okurken 13 yaşındaki Mpembe'ye dondurma yapma görevi verildi. Teknolojiye göre sütü kaynatmak, içindeki şekeri eritmek, oda sıcaklığına soğutmak ve ardından donmak üzere buzdolabına koymak gerekiyordu. Görünüşe göre Mpemba çalışkan bir öğrenci değildi ve tereddüt ediyordu. Dersin sonuna yetişemeyeceğinden korktuğu için hala sıcak sütü buzdolabına koydu. Şaşırtıcı bir şekilde, yoldaşlarının tüm kurallara göre hazırlanan sütünden bile daha erken dondu.
Mpemba keşfini fizik öğretmeniyle paylaştığında tüm sınıfın önünde ona güldü. Mpemba hakareti hatırladı. Beş yıl sonra Dar es Salaam'da üniversite öğrencisiyken kendini bir konferansta buldu. ünlü fizikçi Denis G. Osborne. Dersin ardından bilim adamına şu soruyu sordu: “Eğer iki özdeş kap alırsanız Eşit miktar birini 35 °C (95 °F) ve diğerini 100 °C (212 °F) sıcaklıkta su ile dondurucuya koyun; sıcak kaptaki su daha hızlı donacaktır. Neden?" Tanrının unuttuğu Tanzanya'dan gelen genç bir adamın sorusuna İngiliz bir profesörün tepkisini tahmin edebilirsiniz. Öğrenciyle dalga geçti. Ancak Mpemba böyle bir cevaba hazırdı ve bilim adamını iddiaya davet etti. Onların tartışması bitti deneysel doğrulama Mpemba'nın haklı olduğunu ve Osborne'un mağlup olduğunu doğruladı. Böylece aşçı çırak bilim tarihine adını yazdırmış ve bu olaya bundan sonra “Mpemba etkisi” adı verilmiştir. Onu bir kenara atmak, “yok” ilan etmek mümkün değil. Bu fenomen mevcut ve şairin yazdığı gibi "acımıyor."
Toz parçacıkları ve çözünen maddeler suçlanacak mı?
Yıllar geçtikçe pek çok kişi suyun donmasının gizemini çözmeye çalıştı. Bu fenomen için bir sürü açıklama önerildi: buharlaşma, konveksiyon, çözünmüş maddelerin etkisi - ancak bu faktörlerin hiçbiri kesin olarak kabul edilemez. Pek çok bilim adamı tüm yaşamlarını Mpemba etkisine adadı. Departman çalışanı radyasyon güvenliği Devlet Üniversitesi New York - James Brownridge - içinde boş zaman on yılı aşkın süredir bu paradoksu inceliyor. Yüzlerce deney yaptıktan sonra bilim adamı, hipotermi "suçunun" kanıtına sahip olduğunu iddia ediyor. Brownridge, suyun 0°C'de yalnızca aşırı soğuduğunu ve sıcaklık bunun altına düştüğünde donmaya başladığını açıklıyor. Donma noktası sudaki yabancı maddeler tarafından düzenlenir; buz kristallerinin oluşum hızını değiştirirler. Toz parçacıkları, bakteriler ve çözünmüş tuzlar gibi yabancı maddeler, kristalleşme merkezleri çevresinde buz kristalleri oluştuğunda karakteristik bir çekirdeklenme sıcaklığına sahiptir. Suda aynı anda birden fazla element bulunduğunda donma noktası en fazla olan elemente göre belirlenir. Yüksek sıcaklıkçekirdeklenme.
Deney için Brownridge aynı sıcaklıkta iki su numunesi aldı ve bunları dondurucuya yerleştirdi. Muhtemelen yabancı maddelerin farklı bir kombinasyonu nedeniyle örneklerden birinin her zaman diğerinden önce donduğunu keşfetti.
Brownridge, sıcak suyun daha hızlı soğuduğunu, çünkü suyun ve dondurucunun sıcaklıkları arasında daha büyük bir fark olduğunu iddia ediyor; bu, soğuk suyun donma noktasına ulaşmadan önce donma noktasına ulaşmasına yardımcı oluyor. doğal nokta donma noktası en az 5°C daha düşüktür.
Ancak Brownridge'in mantığı birçok soruyu gündeme getiriyor. Dolayısıyla Mpemba etkisini kendi yöntemleriyle açıklayabilenler, İngiliz Kraliyet Kimya Derneği'nden bin sterlin için rekabet etme şansına sahip oluyor.
Bu yazımızda sıcak suyun neden soğuk suya göre daha hızlı donduğu sorusuna bakacağız.
Isıtılmış su, soğuk sudan çok daha hızlı donar! Bu muhteşem mülk Bilim adamlarının hala kesin bir açıklamasını bulamadıkları su, eski çağlardan beri biliniyor. Örneğin, Aristoteles'te bile kış balıkçılığının bir açıklaması vardır: balıkçılar oltaları buzdaki deliklere sokarlar ve daha hızlı donmaları için buzu sularlar. ılık su. Bu fenomen, adını 20. yüzyılın 60'lı yıllarında Erasto Mpemba'dan almıştır. Mnemba, dondurma yaparken tuhaf bir etki fark etti ve açıklama için fizik öğretmeni Dr. Denis Osborne'a başvurdu. Mpemba ve Dr. Osborne suyla deneyler yaptı farklı sıcaklıklar ve şu sonuca varıldı: neredeyse kaynayan su, oda sıcaklığındaki sudan çok daha hızlı donmaya başlar. Diğer bilim adamları da kendi deneylerini yaptılar ve her seferinde benzer sonuçlar elde ettiler.
Fiziksel bir olgunun açıklaması
Bunun neden olduğuna dair genel kabul görmüş bir açıklama yoktur. Pek çok araştırmacı, asıl meselenin, sıcaklığı donma noktasının altına düştüğünde ortaya çıkan sıvının aşırı soğuması olduğunu öne sürüyor. Başka bir deyişle, eğer su 0°C'nin altındaki bir sıcaklıkta donarsa, aşırı soğutulmuş su örneğin -2°C'lik bir sıcaklığa sahip olabilir ve buza dönüşmeden hala sıvı halde kalabilir. Dondurmayı denediğimizde soğuk suİlk önce aşırı soğuma ve ancak bir süre sonra sertleşme olasılığı vardır. Isıtılmış suda diğer işlemler meydana gelir. Buza daha hızlı dönüşmesi konveksiyonla ilişkilidir.
Konveksiyon- Bu fiziksel olay sıcak alt sıvı katmanlarının yükseldiği ve üst soğutulmuş katmanların düştüğü yer.
