Efectul MPEMBA sau de ce înghețarea apei calde mai repede decât frigul? Ce nu știi despre apă.

MPEMBA Efect (Paradox of MPEMBI) - un paradox care spune că apa caldă în unele condiții îngheață mai repede decât frigul, deși trebuie să sufere temperatura apei reci în procesul de congelare. Acest paradox este fact experimentalContrar ideilor obișnuite, conform cărora, cu aceleași condiții, un corp mai încălzit pentru răcirea la o anumită temperatură necesită mai mult timp decât corpul mai puțin încălzit pentru răcirea la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la un moment dat Aristotel, Francis Bacon și Rene Descart, dar numai în 1963, Școala Tanzaniană Erassto Mpembea a constatat că amestecul fierbinte de înghețată îngheață mai repede decât frig.

Ca student al Liceului Magambaba din Tanzania Erasto Mpemba a făcut-o munca practica la cazul bucătarului. Avea nevoie să facă înghețată de casă - lapte de fierbere, dizolva zahărul în el, se răcește la temperatura camerei și apoi pune-l în frigider pentru îngheț. Aparent, Mpembba nu a fost în special un student diligent și a fost încredințat cu împlinirea primei părți a sarcinii. Temându-se că nu ar avea timp pentru sfârșitul lecției, el a pus în frigider încă lapte fierbinte. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele tovarășilor săi gătite conform unei tehnologii date.

După aceea, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, deja ca student al Liceului Mkvava, el a pus întrebarea profesorului Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar Es Salama (pentru a citi elevii o prelegere cu privire la fizica în clasa universitară: "Dacă luați două identice Containerele cu volume egale de apă, într-unul dintre ele, apa are o temperatură de 35 ° C, iar în cealaltă - 100 ° C și puneți-le în congelator, apoi în cea de-a doua apă îngheață mai repede. De ce? " Osborne a devenit interesată de această problemă și, în curând, în 1969, împreună cu MPEMBA a publicat rezultatele experimentelor lor în revista "Educația fizică". De atunci, efectul găsit este numit efectul MPEMBA.

Până acum, nimeni nu știe cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de supercooling, evaporare, formare de gheață, convecție sau efectele gazelor descărcate pe apă la diferite temperaturi.

Paradoxalitatea efectului MPEMBA este că timpul în care corpul se răcește până la temperatură înconjurătortrebuie să fie proporțională cu diferența dintre temperaturile acestui corp și mediul înconjurător. Această lege a fost încă stabilită de Newton și de atunci de multe ori a fost confirmată în practică. În acest sens, apa cu o temperatură de 100 ° C se răcește la o temperatură de 0 ° C mai repede decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35 ° C.

Cu toate acestea, aceasta nu implică un paradox, deoarece efectul MPEMBA poate fi găsit o explicație și în cadrul faimosului fizică. Iată câteva explicații ale efectului MPEMBU:

Evaporare

Apa caldă mai rapidă se evaporă din recipient, reducând astfel volumul său, iar volumul mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheață mai repede. Încălzit la 100 cu apă pierde 16% din masa sa în timpul răcirii la 0 ° C.

Efectul evaporării - efect dublu. În primul rând, masa apei este redusă, ceea ce este necesar pentru răcire. În al doilea rând, temperatura este redusă datorită faptului că căldura de evaporare a tranziției de la faza de apă la faza de abur este redusă.

Diferența de temperatură

Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mult -, prin urmare, schimbul de căldură în acest caz este mai intensă și mai caldă este răcită mai repede.

SuperCooling.

Când apa este răcită sub 0 c, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate fi supus hipotermiei, continuând să rămână lichid la temperaturi sub temperatura punctului de congelare. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la o temperatură de -20 ° C.

Motivul pentru acest efect este că, pentru a începe să formeze primele cristale de gheață necesită centre de formare de cristal. Dacă nu sunt în apă lichidă, atunci supercooling-ul va continua până când temperatura scade atât de mult încât cristalele vor începe să se formeze spontan. Când încep să se formeze într-un fluid supracoliu, ei vor începe să crească mai repede, formând un Lth Shuhuh, care îngheț va forma gheață.

Apa caldă este cea mai susceptibilă la supercooling, deoarece încălzirea sa elimină gazele și bulele dizolvate, care, la rândul lor, pot servi ca centre pentru formarea de cristale de gheață.

De ce supercooling-ul provoacă apă caldă pentru a rămâne mai repede? În cazul apei reci, care nu este suprasolicitat de următoarele. În acest caz, stratul subțire de gheață va fi format pe suprafața vasului. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aer rece și va împiedica evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde, supercooling-ul supus, apa superculă nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldura mult mai repede prin partea de sus deschisă.

Când procesul de hipotermie se încheie și se blochează apa, mult mai multă căldură este pierdută și, prin urmare, se formează mai multă gheață.

Mulți cercetători din acest efect consideră supercooling la factorul principal în cazul efectului MPEMB.

Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, agravând astfel procesele de emisie de căldură și de convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos.

Acest efect al anomaliei de densitate a apei este explicat. Apa are o densitate maximă la 4 ° C în cazul răcirii apei la 4 s și puneți-o la o temperatură mai scăzută, stratul de apă va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densa decât apa la o temperatură de 4 s, va rămâne pe suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, stratul subțire de gheață va fi format pe suprafața apei pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va fi un izolator care protejează straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, procesul de răcire suplimentar va fi mai lent.

În cazul apei calde, situația este complet diferită. Stratul de apă de apă va fi răcit mai repede datorită evaporării și diferențe mai mari temperaturi. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, prin urmare stratul de apă rece va cădea în jos, ridicând un strat de apă caldă la suprafață. O astfel de circulație a apei oferă o scădere rapidă a temperaturii.

Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul MPEMBA din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să se facă ca straturile de apă rece și caldă să fie separate și procesul de convecție continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C.

Cu toate acestea, nu există date experimentale care să confirme această ipoteză că straturile de apă rece și caldă sunt împărțite în timpul convecției.

Gazele dizolvate

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în IT - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de înghețare a apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă, de la solubilitatea lor în apă la temperaturi ridicate de mai jos. Prin urmare, atunci când apa caldă este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în \u200b\u200bapă rece care nu este încălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat principalul lucru atunci când explicați efectul MPEMB, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată în congelatorul camerei de refrigerare în recipiente mici. În aceste condiții, se remarcă faptul că recipientul de apă caldă este deplasat de un gheață de congelator dintr-un congelator, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelator și conductivitatea termică. Ca rezultat, căldura este îndepărtată din recipient cu apă fierbinte mai repede decât de la frig. La rândul său, recipientul cu apă rece nu trece sub zăpadă.

Toate aceste condiții (precum și altele) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără echivoc la întrebarea - care dintre ele oferă o reproducere de o sută la sută a efectului MPEMBE - și nu a fost primit.

De exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat efectul hipotermiei apei în acest sens. El a descoperit că apa caldă, ajungând la o stare supercală, îngheață la o temperatură mai mare decât frigul, ceea ce înseamnă mai repede pe acesta din urmă. Dar apă rece atinge o stare suportabilă mai rapidă decât fierbinte, desigur, compensând la întârzierea anterioară.

În plus, rezultatele Auerbakh au contrazis datele obținute anterior că apa caldă este capabilă să realizeze o supraîncărcare mai mare datorită unui număr mai mic de centre de cristalizare. Când apa este încălzită de la ea, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate și în timpul fierberii sale, unele săruri dizolvate în acesta sunt precipitate.

Puteți spune până acum un singur lucru este posibil - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se efectuează experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

O. V. MOSIN.

Literarsurse:

"Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. De ce face acest lucru?", Jearl Walker la om de știință amator, științific american, voi. 237, Nu. 3, pp 246-257; Septembrie 1977.

"Înghețarea apei calde și reci", g.S. Kell în America Journal of Fizică, voi. 37, Nu. 5, pp 564-565; Mai, 1969.

"SuperCooling și efectul MPEMBA", David Auerbach, în America Journal of Fizică, voi. 63, Nu. 10, pp 882-885; Oct, 1995.

"Efectul MPEMBA: Timpul de îngheț de apă caldă și rece", Charles A. Knight, în America Journal of Fizică, voi. 64, Nu. 5, p 524; Mai 1996.

Se pare evident că apa rece îngheață mai repede decât fierbinte, deoarece în condiții egale de apă caldă durează mai mult timp să se răcească și să înghețe ulterior. Cu toate acestea, observațiile milenare, precum și experimentele moderne, au arătat că opusul este adevărat: în anumite condiții, apa caldă îngheață mai repede decât frigul. Știința Sciencium explică acest fenomen:

După cum sa explicat pe videoclipul de mai sus, fenomenul când apa caldă îngheață mai repede decât frigul, cunoscut sub numele de efectul unei scramble, numit după Erasto Mpembea - un student din Tanzania, care în 1963 a făcut înghețată ca parte a unui proiect școlar. Elevii trebuiau să aducă un amestec de cremă și zahăr la fierbere, dau-o să se răcească și apoi să pună congelator.

În schimb, Erasto și-a pus amestecul imediat, fierbinte, fără a aștepta până când sa răcit. Ca rezultat, după 1,5 ore, amestecul său a fost deja înghețat și amestecurile altor studenți - nr. Interesat de fenomen, Mpemba a început să studieze întrebarea împreună cu profesorul Fizică Denis Osborne, iar în 1969 au publicat un articol în care a fost declarat că apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. A fost primul studiu similar revizuit de la egal la egal, dar fenomenul în sine este menționat în puburile din Aristotel datate în secolul al IV-lea î.Hr. e. Francis Bacon și Descartes au sărbătorit, de asemenea, acest fenomen în cercetarea lor.

Videoclipurile afișează mai multe opțiuni pentru a explica ce se întâmplă:

1. Frost este o dielectrică și, prin urmare, apa rece înghețată se calmează mai bine decât un pahar cald care se topește pe gheață, atingându-l
2. În apa rece a gazelor mai dizolvate decât în \u200b\u200bcald, iar cercetătorii sugerează că poate juca un rol în rata de răcire, deși nu este clar cum
3. Apa caldă pierde mai multe molecule acvatice din cauza evaporării, astfel că există mai puțin pentru înghețare
4. Apa caldă poate fi răcită mai repede datorită creșterii fluxurilor convective. Aceste fluxuri apar, deoarece, în primul rând, apa din sticlă este răcită pe suprafață și pe laturi, forțând apa rece să se scufunde, și urcarea fierbinte. În sticlă caldă, fluxurile convective sunt mai active, ceea ce poate afecta viteza de răcire.

Cu toate acestea, în 2016, a fost efectuat un studiu controlat cu atenție, care a arătat opusul: apa caldă a fost înghețată mult mai lentă rece. În același timp, oamenii de știință au observat că schimbarea locației termocuplului - dispozitivul care determină diferențele de temperatură este doar centimetrul duce la apariția efectului MPEMB. Studiul altor lucrări similare a arătat că, în toate cazurile, când a fost observat acest efect, a existat o deplasare a termocuplului în decurs de un centimetru.

Apa este unul dintre cele mai uimitoare lichide din lumina pe care proprietățile neobișnuite sunt inerente. De exemplu, gheața este o stare solidă a fluidului, are o greutate specifică mai mică decât apa însăși, ceea ce a făcut apariția și dezvoltarea vieții pe Pământ. În plus, în apropierea tehnologiei și lumea științifică Discuțiile sunt în curs de desfășurare, ceea ce apa îngheață mai repede - fierbinte sau rece. Cel care dovedește înghețarea mai rapidă a fluidului fierbinte în anumite condiții și justifică științific decizia, va primi de la British Royal Society of Chimiști o recompensă în 1000 de lire sterline.

Istoria întrebării

Faptul că atunci când efectuați o serie de condiții pentru apa caldă în viteza de îngheț este înaintea frigului, sa observat în Evul Mediu. Explicația acestui fenomen a fost cheltuită mult efort pentru Francis Bacon (Francis Bacon) și René Descartes. Cu toate acestea, din punctul de vedere al ingineriei de căldură clasică, acest paradox este imposibil de explicat și au încercat să se târască. O poveste oarecum curioasă care sa întâmplat cu Școala Tanzaniană Erasto Mpemba în 1963 a fost impulsul continuării litigiilor. Într-o zi în timpul lecției de gătit din școala de bucătari, băiatul, distras de outsideri, nu a avut timp să răcească amestecul pentru înghețată la timp și să pună o soluție de zahăr în congelator în congelator mai fierbinte. La surprinderea lui, produsul a răcit oarecum mai repede decât în \u200b\u200bcoarticulele sale, care observă temperatura înghețată de gătit.

Încercând să înțeleagă esența fenomenului, băiatul a apelat la profesorul de fizică, care, fără a intra în detalii, a ridiculizat experimentele sale culinare. Cu toate acestea, Esto a dispărut prin perseverență de invidiat și și-a continuat experimentele pe lapte, dar pe apă. El a fost convins că, în unele cazuri, înghețarea apei calde apare mai repede decât frigul.

Intrarea la Universitatea din Dar Es Salaam, Esto MPember a vizitat prelegerea profesorului Denis Osborne (Dennis G. Osborne). După încheierea ei, studentul a umplut omul de știință despre rata de înghețare a apei în funcție de temperatura sa. D.g. Osborne a răsturnat întrebarea însăși, spunând cu APLOMM că orice două camere este cunoscută că apa rece va îngheța mai repede. Cu toate acestea, perseverența naturală a tânărului sa simțit. El a semnat un pariu cu profesor, oferind aici, în laborator, să efectueze o verificare experimentală. Erasto a plasat două recipiente cu apă în congelator, temperatura cărora a fost egală cu 95 ° F (35 ° C) și în al doilea - 212 ° F (100 ° C). Care a fost surpriza profesorilor și a "fanilor" înconjurării atunci când apa din cel de-al doilea container înghețat mai repede. De atunci, acest fenomen a primit numele "paradoxului MPEMS".

Cu toate acestea, până acum nu există ipoteză teoretică subțire care să explice paradoxul MPEMBA. Nu este clar ce factori externi, compoziție chimică Apa, prezența gazelor și a mineralelor dizolvate afectează rata de înghețare a fluidelor la diferite temperaturi. Paradoxalitatea efectului "MPEMBE" este că este contrară unei legi deschise de I. Newton, care afirmă că timpul de răcire a apei este direct proporțional cu diferența de temperatură a fluidului și a mediului. Și dacă toate celelalte fluide sunt supuse complet de această lege, apa din unele cazuri este o excepție.

De ce apa caldă mai rapid înghețatăt.

Există mai multe versiuni, de ce apa caldă îngheață mai repede decât frigul. Principalele sunt luate în considerare:

• apa caldă se evaporă mai repede, în timp ce volumul său scade și un volum mai mic de lichid răcește mai repede - când apa se răcește de la + 100 ° C până la 0 ° C, pierderile volumetrice la presiunea atmosferică atinge 15%;
• intensitatea schimbului de căldură între lichid și mediu este mai mare, cu atât este mai mare diferența de temperatură, astfel încât pierderea de căldură a apei clocotite este mai rapidă;
• când se răcește apă caldă pe suprafața sa, se formează strigătul, care împiedică înghețarea completă a lichidului și evaporarea acesteia;
• la temperatura ridicată a apei, se produce amestecul de convecție, timpul de reducere al înghețării;
• gazele dizolvate în apă scade punctul de îngheț, selectarea energiei la formarea de cristal, - nu există gaze dizolvate în apă caldă.

Toate aceste condiții au fost supuse în mod repetat verificării experimentale. În special, omul de știință german David Auerbach (David Auerbach) a constatat că temperatura de cristalizare a apei calde este puțin mai mare decât cea a frigului, ceea ce face posibilă înghețarea mai rapidă a primului. Cu toate acestea, mai târziu, experimentele sale au fost criticate și mulți oameni de știință sunt convinși că efectul "MPMBE" despre ceea ce apa îngheață mai repede - fierbinte sau rece, este posibil să se reproducă numai în anumite condiții, căutarea și concretizarea pe care nimeni nu a fost angajată ora curentă.

Unul dintre elementele mele preferate la școală a fost chimia. Odată, profesorul de chimie ne-a dat o sarcină foarte ciudată și gravă. El ne-a dat o listă de întrebări pe care trebuia să le răspundem din punctul de vedere al chimiei. Am fost oferite pentru această sarcină timp de câteva zile și am permis să folosesc biblioteci și alte surse de informare disponibile. Una dintre aceste întrebări se referea la temperatura înghețării apei. Nu-mi amintesc exact cum a sunat întrebarea, dar dacă luați două găleți din lemn de aceeași dimensiune, unul cu apă fierbinte, altul cu o răceală (cu temperatură exact indicată) și puneți-le miercuri cu o anumită măsură Temperatura, care dintre ei vor îngheța mai repede? Desigur, răspunsul a sugerat imediat - o găleată cu apă rece, dar ne-a părut prea simplu. Dar acest lucru nu a fost suficient pentru a da un răspuns complet, trebuia să dovedim acest punct de vedere chimic. În ciuda tuturor reflecțiilor și cercetării mele, nu am putut face o concluzie logică. În această zi, chiar am decis să renunț la această lecție, așa că nu am învățat niciodată decizia acestei ghicitori.

Anii au trecut și am învățat multe mituri de uz casnic despre punctul de fierbere și înghețarea apei și un mit citit: "Apa caldă îngheață mai repede". M-am uitat prin multe site-uri web, dar informațiile au fost prea controversate. Și acestea au fost doar opinii nerezonabile din punctul de vedere al științei. Și am decis să-ți petrec propria experiență. Deoarece nu am putut găsi găleți din lemn, am folosit congelatorul, o sobă, o mică apă și un termometru digital. Vă voi spune despre rezultatele experienței mele mai târziu. Inițial, vă voi împărtăși câteva argumente interesante despre apă:

Apa caldă îngheață mai repede rece. Majoritatea experților susțin că apa rece va îngheța mai repede decât fierbinte. Dar un fenomen amuzant (efectul așa-numitului membma), din motive de neînțeles, dovedește opusul: apa caldă îngheață mai repede decât frigul. Una dintre mai multe explicații este procesul de evaporare: dacă apa foarte caldă este plasată într-un mediu rece, apa va începe să se evapore (cantitatea rămasă de apă va îngheța mai repede). Și în conformitate cu legile chimiei, acest lucru nu este un mit deloc și cel mai probabil că profesorul a vrut să audă de la noi.

Apa fiartă îngheață apă mai rapidă a apei. În ciuda explicației anterioare, unii experți susțin că apa fiartă pe care cărbunele la temperatura camerei ar trebui să înghețe mai repede, deoarece cantitatea de oxigen este redusă datorită fierberii.

Apa rece se fierbe mai repede decât apa caldă. Dacă apa caldă îngheață mai repede, atunci poate apa rece se fierbe mai repede! Acest lucru este contradictoriu bun simț Și oamenii de știință susțin că acest lucru nu poate fi pur și simplu. Apă caldă de la macara trebuie să se rostogolească mai repede decât frigul. Dar folosind apă caldă pentru fierbere, nu economisiți energie. Poate că veți petrece mai puțin gaz sau lumină, dar încălzitorul de apă va folosi aceeași cantitate de energie necesară pentru încălzirea apei reci. (DIN energie solara Situația este puțin diferită). Ca urmare a încălzirii apei printr-un încălzitor de apă, poate apărea un precipitat, astfel încât apa se va încălzi mai mult.

Dacă adăugați o sare în apă, se va fierbe mai repede. Sarea mărește punctul de fierbere (și, în consecință, scade temperatura de îngheț - motivul pentru care unele hostese sunt adăugate la înghețată o sare de rocă mică). Dar în acest caz, în acest caz, sunteți interesat de o altă întrebare: cât timp va fierbe apa și dacă punctul de fierbere poate crește peste 100 ° C în acest caz). În ciuda faptului că scriu cărți culinareOamenii de știință susțin că cantitatea de sare, pe care o adăugăm la apa clocotită nu este suficientă pentru a afecta timpul sau punctul de fierbere.

Dar ce sa întâmplat cu mine:

Apă rece: am folosit trei pahare de sticlă de 100 ml apă purificată: un pahar cu temperatura camerei (72 ° F / 22 ° C), unul - cu apă caldă (115 ° F / 46 ° C) și unul cu fiert ( 212 ° F / 100 ° C). Toate cele trei pahare pe care le-am plasat în congelator la temperaturi -18 ° C. Și din moment ce știam că apa nu se transformă imediat în gheață, am definit gradul de îngheț conform "flotorului de lemn". Când bagheta plasată în centrul paharului, nu mai privește fundația, m-am gândit că apa a fost înghețată. Ochelarii am verificat la fiecare cinci minute. Și care sunt rezultatele mele? Apă în prima sticlă înghețată în 50 de minute. Apă caldă înghețată în 80 de minute. Fierte - după 95 de minute. Concluziile mele: Având în vedere condițiile din congelator și apa pe care am folosit-o, nu am putut reproduce efectul membma.

Am încercat, de asemenea, să petrec o astfel de experiență mai devreme apa fiartaMai tare la temperatura camerei. Este înghețat după 60 de minute - a durat mai mult timp decât să înghețe apa rece.

Apa fiartă: am luat un litru de apă la temperatura camerei și am pus foc. Ea a fiert în 6 minute. Apoi am răcit din nou la temperatura camerei și am adăugat la el fierbinte. Cu același incendiu, apă caldă fiert în 4 ore și 30 de minute. Concluzie: După cum era de așteptat, apa caldă se fierbe mult mai repede.

Apă fiartă (cu sare): Am adăugat 2 linguri mari de sare de bază pe 1 litru de apă. Ea fiert după 6 minute 33 de secunde și, pe măsură ce termometrul a arătat atins o temperatură de 102 ° C. Fără îndoială, sarea afectează punctul de fierbere, dar nu prea mult. Concluzie: Sare în apă nu afectează temperatura și timpul de fierbere. Recunosc sincer că bucătăria mea este greu de apelat la laborator și poate că concluziile mele sunt contrare realității. Congelatorul meu poate fi produse inegale de înghețare. Ochelarii de sticlă ar putea fi forma greșită etc. Dar ceea ce sa întâmplat în laborator când vorbim Despre îngheț sau apă clocotită în bucătărie, cel mai important lucru este bunul simț.

referire la fapte de divertisment despre apa de apă
Deoarece acest efect sugerat pe forum forum.ixbt.com (efectul înghețării apei calde este mai rapid decât frigul) se numește "Aistotle-MPEMBA efect"

Acestea. Mai rapid îngheață apă fiartă (răcită), mai degrabă decât "brut"

Efectul MPEMBA sau de ce înghețarea apei calde mai repede decât frigul? Efectul MPEMBA (paradoxul MPEMBI) este un paradox care spune că apa caldă va îngheța în unele condiții mai repede decât frigul, deși trebuie să treacă temperatura apei reci în timpul procesului de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, cu aceleași condiții, corpul mai încălzit pentru răcirea la o anumită temperatură necesită mai mult timp decât corpul mai puțin încălzit pentru răcirea la aceeași temperatură. Acest fenomen a fost observat la un moment dat Aristotel, Francis Bacon și Rene Descart, dar numai în 1963, Școala Tanzaniană Erassto Mpembea a constatat că amestecul fierbinte de înghețată îngheață mai repede decât frig. Ca student al Liceului Magambaba din Tanzania, Erasto Mpembea a făcut o lucrare practică în cazul lui Cook. Avea nevoie să facă înghețată de casă - lapte de fierbere, dizolva zahărul în el, se răcește la temperatura camerei și apoi pune-l în frigider pentru îngheț. Aparent, Mpembba nu a fost în special un student diligent și a fost încredințat cu împlinirea primei părți a sarcinii. Temându-se că nu ar avea timp pentru sfârșitul lecției, el a pus în frigider încă lapte fierbinte. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele tovarășilor săi gătite conform unei tehnologii date. După aceea, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită. În orice caz, deja ca student al Liceului Mkvava, el a pus întrebarea profesorului Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar Es Salama (pentru a citi elevii o prelegere cu privire la fizica în clasa universitară: "Dacă luați două identice Containerele cu volume egale de apă, într-unul dintre ele, apa are o temperatură de 35 ° C, iar în cealaltă - 100 ° C și puneți-le în congelator, apoi în cea de-a doua apă îngheață mai repede. De ce? " Osborne a devenit interesată de această problemă și, în curând, în 1969, împreună cu MPEMBA a publicat rezultatele experimentelor lor în revista "Educația fizică". De atunci, efectul descoperit de ei se numește efectul înșelăciunii. Până acum, nimeni nu știe cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de supercooling, evaporare, formare de gheață, convecție sau efectele gazelor descărcate pe apă la diferite temperaturi. Paradoxalitatea efectului MPEMBA este că timpul în care corpul se răcește până la temperatura ambiantă ar trebui să fie proporțional cu diferența de temperaturi ale acestui corp și de mediul înconjurător. Această lege a fost încă stabilită de Newton și de atunci de multe ori a fost confirmată în practică. În acest sens, apa cu o temperatură de 100 ° C se răcește la o temperatură de 0 ° C mai repede decât aceeași cantitate de apă cu o temperatură de 35 ° C. Cu toate acestea, aceasta nu implică un paradox, deoarece efectul MPEMBA poate fi găsit o explicație și în cadrul faimosului fizică. Iată câteva explicații ale efectului MPEMBA: evaporarea apei calde este evaporată mai repede din recipient, reducând astfel volumul său, iar volumul mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheață mai repede. Menținerea până la 100 cu apă pierde 16% din masa sa la răcirea la 0 ° C. Efect efect - Efect dublu. În primul rând, masa apei este redusă, ceea ce este necesar pentru răcire. În al doilea rând, temperatura este redusă datorită faptului că căldura de evaporare a tranziției de la faza de apă la faza de abur este redusă. Diferența de temperatură datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mult - prin urmare, schimbul de căldură în acest caz este mai intens și mai caldă este mai rapidă decât răcită. Precooling Când apa este răcită sub 0 ° C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate fi supus hipotermiei, continuând să rămână lichid la temperaturi sub temperatura punctului de congelare. În unele cazuri, apa poate rămâne lichid chiar și la o temperatură de -20 ° C. Motivul pentru acest efect este că, pentru a începe să formeze primele cristale de gheață necesită centre de formare de cristal. Dacă nu sunt în apă lichidă, atunci supercooling-ul va continua până când temperatura scade atât de mult încât cristalele vor începe să se formeze spontan. Când încep să se formeze într-un fluid supracoliu, ei vor începe să crească mai repede, formând un Lth Shuhuh, care îngheț va forma gheață. Apa caldă este cea mai susceptibilă la supercooling, deoarece încălzirea sa elimină gazele și bulele dizolvate, care, la rândul lor, pot servi ca centre pentru formarea de cristale de gheață. De ce supercooling-ul provoacă apă caldă pentru a rămâne mai repede? În cazul apei reci, care nu este suprasolicitat de următoarele. În acest caz, stratul subțire de gheață va fi format pe suprafața vasului. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aer rece și va împiedica evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde, supercooling-ul supus, apa superculă nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldura mult mai repede prin partea de sus deschisă. Când procesul de hipotermie se încheie și se blochează apa, mult mai multă căldură este pierdută și, prin urmare, se formează mai multă gheață. Mulți cercetători din acest efect consideră supercooling la factorul principal în cazul efectului MPEMB. Convecția Apa rece începe să înghețe de sus, agravând astfel procesele de emisii de căldură și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos. Acest efect al anomaliei de densitate a apei este explicat. Apa are o densitate maximă la 4 ° C în cazul răcirii apei la 4 s și puneți-o la o temperatură mai scăzută, stratul de apă va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densa decât apa la o temperatură de 4 s, va rămâne pe suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, stratul subțire de gheață va fi format pe suprafața apei pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va fi un izolator care protejează straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare, procesul de răcire suplimentar va fi mai lent. În cazul apei calde, situația este complet diferită. Stratul de apă de apă va fi răcit mai rapid datorită evaporării și diferenței de temperatură mai mare. În plus, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, prin urmare stratul de apă rece va cădea în jos, ridicând un strat de apă caldă la suprafață. O astfel de circulație a apei oferă o scădere rapidă a temperaturii. Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul mișcării din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să se adopte că straturile de apă rece și caldă sunt separate și procesul de convecție continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4 C. Cu toate acestea, există Nu există date experimentale care să confirme această ipoteză că straturile reci și de apă caldă sunt împărțite în timpul convecției. Apa dizolvată în apă în apă conține întotdeauna gaze dizolvate în IT - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de înghețare a apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă, de la solubilitatea lor în apă la temperaturi ridicate de mai jos. Prin urmare, atunci când apa caldă este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în \u200b\u200bapă rece care nu este încălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat principalul lucru atunci când explicați efectul MPEMB, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt. Conductivitate termică Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată în congelatorul frigiderului în recipiente mici. În aceste condiții, se remarcă faptul că recipientul de apă caldă este deplasat de un gheață de congelator dintr-un congelator, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelator și conductivitatea termică. Ca rezultat, căldura este îndepărtată din recipient cu apă fierbinte mai repede decât de la frig. La rândul său, recipientul cu apă rece nu trece sub zăpadă. Toate aceste condiții (precum și altele) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără echivoc la întrebarea - care dintre ele oferă o reproducere de o sută la sută a efectului MPEMBE - și nu a fost primit. De exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat efectul hipotermiei apei în acest sens. El a descoperit că apa caldă, ajungând la o stare supercală, îngheață la o temperatură mai mare decât frigul, ceea ce înseamnă mai repede pe acesta din urmă. Dar apa rece ajunge mai repede decât fierbinte, compensând astfel lag-ul anterior. În plus, rezultatele Auerbakh au contrazis datele obținute anterior că apa caldă este capabilă să realizeze o supraîncărcare mai mare datorită unui număr mai mic de centre de cristalizare. Când apa este încălzită de la ea, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate și în timpul fierberii sale, unele săruri dizolvate în acesta sunt precipitate. Puteți spune până acum un singur lucru este posibil - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se efectuează experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă. O. V. MOSIN.