Shtëpi Kopsht perimesh në prag të dritares Uji i nxehtë është më i lehtë se uji i ftohtë. Efekti Mpemba ose pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë

Kopsht perimesh në prag të dritares

Uji i nxehtë është më i lehtë se uji i ftohtë. Efekti Mpemba ose pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë

Ka shumë faktorë që ndikojnë në ngrirjen më të shpejtë të ujit, i nxehtë apo i ftohtë, por pyetja në vetvete duket pak e çuditshme. Është e nënkuptuar, dhe dihet nga fizika, se uji i nxehtë ka ende nevojë për kohë për t'u ftohur në temperaturën e ujit të ftohtë të krahasueshëm për t'u shndërruar në akull. Në ujë të ftohtë, kjo fazë mund të anashkalohet, dhe, në përputhje me rrethanat, fiton me kohë.

Por përgjigjen në pyetjen se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë - jashtë në ngrica, e di çdo banor gjerësi veriore... Në fakt, shkencërisht, rezulton se në çdo rast, uji i ftohtë thjesht duhet të ngrijë më shpejt.

Mësuesi i fizikës, i cili u afrua nga nxënësi i shkollës Erasto Mpemba në 1963 me një kërkesë për të shpjeguar pse përzierja e ftohtë e akullores së ardhshme ngrin më gjatë se një e ngjashme, por e nxehtë, mendoi në të njëjtën mënyrë.

"Kjo nuk është fizikë botërore, por një lloj fizikë Mpemba"

Në atë kohë, mësuesi vetëm qeshi me këtë, por Denis Osborne, një profesor i fizikës i cili në një kohë u ndal në të njëjtën shkollë ku studionte Erasto, konfirmoi eksperimentalisht ekzistencën e një efekti të tillë, megjithëse atëherë nuk kishte asnjë shpjegim për këtë. Në vitin 1969 në popullore revistë shkencore Një artikull i përbashkët u botua nga këta dy persona që përshkruan këtë efekt të veçantë.

Që atëherë, meqë ra fjala, pyetja se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë - ka emrin e vet - efekti, apo paradoksi, i Mpemba.

Pyetja u ngrit për një kohë të gjatë

Natyrisht, një fenomen i tillë ka ndodhur më parë, dhe është përmendur në punimet e shkencëtarëve të tjerë. Jo vetëm nxënësi i shkollës ishte i interesuar për këtë çështje, por Rene Descartes dhe madje edhe Aristoteli menduan për të në kohën e tyre.

Këtu janë vetëm qasjet për zgjidhjen e këtij paradoksi filloi të shikohet vetëm në fund të shekullit të njëzetë.

Kushtet për të ndodhur një paradoks

Ashtu si me akulloren, nuk është vetëm uji i zakonshëm që ngrin gjatë eksperimentit. Duhet të jenë të pranishme disa kushte në mënyrë që të filloni të debatoni se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë. Çfarë ndikon në rrjedhën e këtij procesi?

Tani, në shekullin e 21-të, janë paraqitur disa opsione që mund të shpjegojnë këtë paradoks. Cili ujë ngrin më shpejt, i nxehtë apo i ftohtë, mund të varet nga fakti se ka një shpejtësi avullimi më të shpejtë se ai i ujit të ftohtë. Kështu, vëllimi i tij zvogëlohet, dhe me një ulje të vëllimit, koha e ngrirjes bëhet më e shkurtër sesa nëse marrim një vëllim të ngjashëm fillestar të ujit të ftohtë.

Shkrini ngrirësin për një kohë të gjatë

Cili ujë ngrin më shpejt dhe pse ndodh, mund të ndikohet nga shtresa e borës që mund të gjendet në ngrirësin e frigoriferit të përdorur për eksperimentin. Nëse merrni dy kontejnerë që janë identikë në vëllim, por njëri prej tyre do të përmbajë ujë i nxehtë, dhe në të tjera - të ftohtë, enë me ujë i nxehtë shkrin borën poshtë, duke përmirësuar kështu kontaktin e nivelit termik me murin e frigoriferit. Enë me ujë të ftohtë ai nuk mund ta bëjë këtë. Nëse nuk ka një shtresë të tillë me borë në ndarjen e frigoriferit, uji i ftohtë duhet të ngrijë më shpejt.

Sipër - Poshtë

Gjithashtu, fenomeni i të cilit uji ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë, shpjegohet si më poshtë. Duke ndjekur disa ligje, uji i ftohtë fillon të ngrijë nga shtresat e sipërme, kur uji i nxehtë e bën anasjelltas - fillon të ngrijë nga poshtë lart. Në këtë rast, rezulton se uji i ftohtë, duke pasur një shtresë të ftohtë sipër me akull të formuar tashmë në vende, përkeqëson kështu proceset e konvekcionit dhe rrezatimi termik, duke shpjeguar kështu se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë. Foto nga eksperimentet amatore është bashkangjitur, dhe është qartë e dukshme këtu.

Nxehtësia shuhet, duke u prirë lart dhe aty takohet me një shtresë shumë të ftohur. Nuk ka rrugë të lirë për rrezatimin e nxehtësisë, kështu që procesi i ftohjes bëhet i vështirë. Uji i nxehtë nuk ka absolutisht asnjë pengesë të tillë në rrugën e tij. Cili ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë, nga i cili varet rezultati i mundshëm, mund ta zgjeroni përgjigjen me faktin se çdo ujë ka substanca të caktuara të tretura në të.

Papastërtitë në ujë si një faktor që ndikon në rezultat

Nëse nuk mashtroni dhe përdorni ujë me të njëjtën përbërje, ku përqendrimet e substancave të caktuara janë identike, atëherë uji i ftohtë duhet të ngrijë më shpejt. Por nëse një situatë ndodh kur shpërbëhet elementet kimike disponohen vetëm në ujë të nxehtë, dhe uji i ftohtë nuk i posedon, atëherë ekziston mundësia që uji i nxehtë të ngrijë më herët. Kjo shpjegohet me faktin se lëndët e treta në ujë krijojnë qendra kristalizimi dhe me një numër të vogël të këtyre qendrave, shndërrimi i ujit në gjendje të ngurtë është i vështirë. Madje është e mundur edhe ftohja e tepërt e ujit, në kuptimin që në temperatura nën zero do të jetë në gjendje e lëngët.

Por të gjitha këto versione, me sa duket, nuk u përshtaten plotësisht shkencëtarëve dhe ata vazhduan të punojnë për këtë çështje. Në vitin 2013, një ekip studiuesish në Singapor thanë se kishin zgjidhur një mister shekullor.

Një grup shkencëtarësh kinezë argumentojnë se sekreti i këtij efekti qëndron në sasinë e energjisë që ruhet midis molekulave të ujit në lidhjet e tij, të quajtura lidhje hidrogjenore.

Të dhëna nga shkencëtarët kinezë

Kjo pasohet nga informacione, për të kuptuar të cilat është e nevojshme të keni disa njohuri në kimi për të kuptuar se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë. Siç e dini, ai përbëhet nga dy atome H (hidrogjen) dhe një atom O (oksigjen), të mbajtur së bashku nga lidhje kovalente.

Por edhe atomet e hidrogjenit të një molekule tërhiqen nga molekulat fqinje, nga përbërësi i tyre i oksigjenit. Janë këto lidhje që quhen lidhje hidrogjenore.

Duhet mbajtur mend se në të njëjtën kohë, molekulat e ujit janë të neveritshme ndaj njëra-tjetrës. Shkencëtarët vunë re se kur uji nxehet, distanca midis molekulave të tij rritet, dhe kjo është për shkak të forcave refuzuese. Rezulton se duke zënë një distancë midis molekulave në gjendje të ftohtë, mund të thuhet, ato shtrihen dhe kanë një furnizim më të madh energjie. Është kjo rezervë energjie që lirohet kur molekulat e ujit fillojnë t'i afrohen njëra-tjetrës, domethënë ndodh ftohja. Rezulton se një furnizim më i madh i energjisë në ujin e nxehtë dhe çlirimi më i madh i tij kur ftohet në temperatura nën zero, ndodh më shpejt sesa në ujin e ftohtë, i cili ka më pak energji të tillë. Pra, cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë? Në rrugë dhe në laborator, paradoksi Mpemba duhet të ndodhë dhe uji i nxehtë duhet të kthehet në akull më shpejt.

Por pyetja është ende e hapur

Ekziston vetëm një konfirmim teorik i kësaj të dhënë - e gjithë kjo është shkruar në formula të bukura dhe duket e besueshme. Por kur të dhënat eksperimentale, të cilat uji ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë, vendosen në një kuptim praktik dhe prezantohen rezultatet e tyre, atëherë çështja e paradoksit Mpemba mund të konsiderohet e mbyllur.

Formula e mirë e vjetër H 2 O, me sa duket, nuk përmban asnjë sekret. Por në fakt, uji - burimi i jetës dhe lëngu më i famshëm në botë - është i mbushur me shumë mistere që ndonjëherë as shkencëtarët nuk mund t'i zgjidhin.

Këtu janë 5 më të fakte interesante rreth ujit:

1. Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë

Merrni dy enë me ujë: në njërën hidhni ujë të nxehtë dhe në tjetrën ujë të ftohtë dhe vendosini në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse logjikisht, uji i ftohtë duhet të ishte i pari që do të shndërrohej në akull: në fund të fundit, uji i nxehtë fillimisht duhet të ftohet në temperaturë të ftohtë dhe më pas të kthehet në akull, ndërsa uji i ftohtë nuk ka nevojë të qetësohu. Pse po ndodh kjo?

Në vitin 1963 Erasto B. Mpemba, gjimnazist gjimnaz në Tanzani, ndërsa ngrija përzierjen e përgatitur të akullores, vura re se përzierja e nxehtë ngurtësohet më shpejt në frigorifer sesa përzierja e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: kushte të caktuara uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet "efekti Mpemba". E vërtetë, shumë kohë përpara tij kjo pronë unike uji u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.

Shkencëtarët ende nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në hipotermi, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose me efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.

Shënim nga X.RU për temën "Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë".

Meqenëse çështjet e ftohjes janë më afër nesh, frigoriferët, do t'i lejojmë vetes të thellohemi pak në thelbin e këtij problemi dhe të japim dy mendime për natyrën e një të tillë fenomen misterioz.

1. Një shkencëtar nga Universiteti i Uashingtonit ofroi një shpjegim për një fenomen misterioz të njohur që nga koha e Aristotelit: pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Fenomeni i quajtur efekti Mpemba përdoret gjerësisht në praktikë. Për shembull, ekspertët këshillojnë shoferët që të derdhin ujë të ftohtë, jo të nxehtë, në rezervuarin e larjes në dimër. Por ajo që qëndron në zemër të këtij fenomeni, kohe e gjate mbeti i panjohur.

Dr. Jonathan Katz nga Universiteti i Uashingtonit e hetoi këtë fenomen dhe arriti në përfundimin se rol i rendesishem Në të luajnë substanca të tretura në ujë, të cilat precipitojnë kur nxehen, transmeton EurekAlert.

Nën të tretur substancat dr Katz i referohet bikarbonateve të kalciumit dhe magnezit që gjenden në ujin e fortë. Kur uji nxehet, këto substanca depozitohen duke formuar shkallë në muret e çajnikut. Uji që nuk është ngrohur kurrë përmban këto papastërti. Ndërsa ngrin dhe formohen kristalet e akullit, përqendrimi i papastërtive në ujë rritet 50 herë. Kjo ul pikën e ngrirjes së ujit. "Dhe tani uji duhet të jetë ende duke u ftohur për të ngrirë," shpjegon Dr. Katz.

Ekziston një arsye e dytë që parandalon ngrirjen e ujit të pa ngrohur. Ulja e pikës së ngrirjes së ujit zvogëlon diferencën e temperaturës midis fazës së ngurtë dhe të lëngshme. “Për shkak se shkalla me të cilën uji humb nxehtësinë varet nga ky ndryshim i temperaturës, uji që nuk është ngrohur ftohet më pak shpejt”, thotë Dr. Katz.

Sipas shkencëtarit, teoria e tij mund të verifikohet eksperimentalisht, pasi efekti Mpemba bëhet më i theksuar për ujë më të fortë.

2. Oksigjeni plus hidrogjeni plus i ftohti krijon akull. Në pamje të parë, kjo substancë transparente duket shumë e thjeshtë. Në realitet, akulli është i mbushur me shumë mistere. Akulli i krijuar nga afrikani Erasto Mpemba nuk ëndërronte për famë. Ishin ditë të nxehta. Ai dëshironte akull frutash... Merrte një pako me lëng dhe e fuste në ngrirje. Ai e bëri këtë më shumë se një herë dhe për këtë arsye vuri re se lëngu ngrin veçanërisht shpejt, nëse e mbani paraprakisht në diell - është vërtet nxehtë! Kjo është e çuditshme, mendoi nxënësi tanzanian, i cili po vepronte në kundërshtim me urtësinë e kësaj bote. Vërtet, që lëngu të kthehet më shpejt në akull, duhet fillimisht të ...nxehet? I riu u befasua aq shumë sa ndau supozimin e tij me mësuesin. Ai e raportoi këtë kuriozitet në shtyp.

Kjo histori ka ndodhur në vitet gjashtëdhjetë të shekullit të kaluar. Tani "efekti Mpemba" është i njohur për shkencëtarët. Por për një kohë të gjatë ky fenomen në dukje i thjeshtë mbeti mister. Pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë?

Vetëm në vitin 1996 fizikani David Auerbach gjeti një zgjidhje. Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, ai kreu një eksperiment për një vit të tërë: ngrohi ujin në një gotë dhe e ftohte përsëri. Pra, çfarë zbuloi ai? Kur nxehen, flluskat e ajrit të tretura në ujë avullojnë. Uji pa gazra ngrin më lehtë në muret e enës. “Sigurisht që edhe uji me përmbajtje të lartë ajri do të ngrijë”, thotë Auerbach, “por jo në zero gradë Celsius, por vetëm në minus katër apo gjashtë gradë”. Natyrisht, pritja do të zgjasë më shumë. Pra, uji i nxehtë ngrin para ujit të ftohtë, ky është një fakt shkencor.

Vështirë se ka një substancë që do të shfaqet para syve tanë me të njëjtën lehtësi si akulli. Ai përbëhet vetëm nga molekula uji - domethënë molekula elementare që përmbajnë dy atome hidrogjeni dhe një oksigjen. Megjithatë, akulli është padyshim substanca më misterioze në univers. Shkencëtarët nuk kanë qenë ende në gjendje të shpjegojnë disa nga vetitë e tij.

2. Superftohje dhe ngrirje e “menjëhershme”.

Të gjithë e dinë që uji gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0 ° C ... përveç në disa raste! Një rast i tillë, për shembull, është "mbiftohja", e cila është një veti e shumë uje i paster mbeten të lëngshme edhe kur ftohet nën pikën e ngrirjes. Ky fenomen bëhet i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra ose bërthama kristalizimi që mund të provokojnë formimin e kristaleve të akullit. Prandaj, uji mbetet në formë të lëngshme, edhe kur ftohet në temperatura nën zero gradë Celsius. Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (ndotës) ose një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet i lëngshëm. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të vëzhgoni sesi uji i superftohur shndërrohet menjëherë në akull.

Shikoni videon (2 901 Kb, 60 sek) nga Phil Medina (www.mrsciguy.com) dhe shikoni vetë >>

Komentoni. Uji i mbinxehur gjithashtu mbetet i lëngshëm, edhe kur nxehet në një temperaturë mbi pikën e vlimit.

3. Ujë "xhami".

Shpejt dhe pa hezitim, emërtoni sa kushte të ndryshme ka uji?

Nëse jeni përgjigjur tre (të ngurtë, të lëngët, të gaztë), atëherë e keni gabim. Shkencëtarët dallojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit të lëngshëm dhe 14 gjendje akulli.

E mbani mend bisedën për ujin e ftohur super? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në një temperaturë prej -38 ° C, edhe uji më i pastër i superftohur kthehet papritur në akull. Çfarë ndodh me një ulje të mëtejshme

temperatura? Në -120 ° C, diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super-viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 ° C, shndërrohet në ujë "qelqi" ose "qelqtë" - një lëndë e ngurtë që i mungon. strukturë kristalore.

4. Vetitë kuantike të ujit

Në nivelin molekular, uji është edhe më befasues. Në vitin 1995, një eksperiment i shpërndarjes së neutroneve i kryer nga shkencëtarët dha një rezultat të papritur: fizikanët zbuluan se neutronet që synonin molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.

Doli se një efekt kuantik i pazakontë ndodh me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda), dhe formula kimike ujë në vend të të zakonshmes - H 2 O, bëhet H 1.5 O!

5. A ka uji memorie?

Homeopatia, një alternativë ndaj mjekësisë së zakonshme, pretendon atë zgjidhje të holluar produkt medicinal mund të ketë një efekt terapeutik në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk mbetet asgjë tjetër përveç molekulave të ujit në tretësirë. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur "kujtesa e ujit", sipas të cilit uji në nivel molekular ka një "memorie" të një substance që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e një tretësire të përqendrimit të tij origjinal pas. asnjë molekulë e vetme e një përbërësi nuk mbetet në të.

Një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis e Queen's University of Belfast, e cila kritikoi parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë këtë koncept njëherë e përgjithmonë. të efektit të "kujtesës së ujit". Megjithatë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk kanë dhënë rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit të "kujtesës së ujit" vazhdojnë.

Uji ka shumë të tjerë veti të pazakonta, për të cilën nuk folëm në këtë artikull.

Letërsia.

1.5 Gjëra vërtet të çuditshme rreth ujit / http://www.neatorama.com.
2. Misteri i ujit: është krijuar teoria e efektit Aristotle-Mpemba / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Sekretet e natyrës së pajetë. Substanca më misterioze në univers / http://www.bibliotekar.ru.

Shumë studiues kanë paraqitur dhe po parashtrojnë versionet e tyre se pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Do të duket një paradoks - në fund të fundit, për të ngrirë, uji i nxehtë së pari duhet të ftohet. Megjithatë, fakti mbetet dhe shkencëtarët e shpjegojnë atë në mënyra të ndryshme.

Versionet kryesore

Aktiv ky moment Ka disa versione që shpjegojnë këtë fakt:

Ndërsa uji i nxehtë avullon më shpejt, vëllimi i tij zvogëlohet. Më pak ujë me të njëjtën temperaturë ngrin më shpejt.
Ndarja e ngrirjes së frigoriferit ka një shtresë dëbore. Ena me ujë të nxehtë shkrin borën poshtë. Kjo përmirëson kontaktin termik me ngrirësin.
Ngrirja e ujit të ftohtë, ndryshe nga uji i nxehtë, fillon nga lart. Në këtë rast, konvekcioni dhe rrezatimi i nxehtësisë, dhe, rrjedhimisht, humbja e nxehtësisë, përkeqësohen.
Në ujin e ftohtë ka qendra kristalizimi - substanca të tretura në të. Me një përmbajtje të vogël të tyre në ujë, kremja është e vështirë, megjithëse në të njëjtën kohë, mund të ftohet shumë - kur në temperatura nën zero ka gjendje të lëngshme.

Edhe pse me drejtësi mund të thuhet se këtë efekt nuk vërehet gjithmonë. Shumë shpesh uji i ftohtë ngrin më shpejt se uji i nxehtë.

Në çfarë temperature ngrin uji

Pse ngrin fare uji? Ai përmban një sasi të caktuar të grimcave minerale ose organike. Këto, për shembull, mund të jenë grimca shumë të imta rëre, pluhuri ose balte. Kur temperatura e ajrit bie, këto grimca janë qendra rreth të cilave formohen kristalet e akullit.

Roli i bërthamave të kristalizimit mund të luhet edhe nga flluskat e ajrit dhe çarjet në një enë që përmban ujë. Shpejtësia e procesit të shndërrimit të ujit në akull ndikohet kryesisht nga numri i qendrave të tilla - nëse ka shumë prej tyre, lëngu ngrin më shpejt. Në kushte normale, me normale presioni atmosferik, uji futet në gjendje e ngurtë nga lëngu në një temperaturë prej 0 gradë.

Thelbi i efektit Mpemba

Efekti Mpemba kuptohet si një paradoks, thelbi i të cilit është se në rrethana të caktuara uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Ky fenomen u vu re nga Aristoteli dhe Dekarti. Megjithatë, vetëm në vitin 1963, një student nga Tanzania, Erasto Mpemba, përcaktoi se akullorja e nxehtë ngrin në më shumë se një kohë të shkurtër se i ftohtë. Një konkluzion të tillë e ka bërë gjatë kryerjes së një detyre gatimi.

Ai duhej të shpërndante sheqerin në qumështin e zier dhe pasi ta ftohte, ta vendoste në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ndryshonte në zell të veçantë dhe filloi të kryente me vonesë pjesën e parë të detyrës. Ndaj nuk priti të ftohet qumështi dhe e futi të nxehtë në frigorifer. Ai u befasua shumë kur ngriu edhe më shpejt se shokët e tij të klasës, të cilët e kryenin punën në përputhje me teknologjinë e dhënë.

I riu ishte shumë i interesuar për këtë fakt, dhe ai filloi eksperimentet me ujë të thjeshtë. Në vitin 1969, Edukimi fizik publikoi rezultatet e hulumtimit nga Mpemba dhe profesor Dennis Osborne i Universitetit të Dar es Salaam. Efekti që ata përshkruan u quajt Mpemba. Megjithatë, edhe sot nuk ka një shpjegim të qartë për fenomenin. Të gjithë shkencëtarët pajtohen se roli kryesor në këtë ndryshim midis vetive të ujit të ftohtë dhe atij të nxehtë i takon, por nuk dihet saktësisht se cilit.

Versioni i Singaporit

Fizikanët nga një prej universiteteve të Singaporit u interesuan gjithashtu për pyetjen, cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë? Një ekip studiuesish të udhëhequr nga Xi Zhang e shpjegoi këtë paradoks pikërisht nga vetitë e ujit. Të gjithë ende e dinë përbërjen e ujit nga shkolla - një atom oksigjen dhe dy atome hidrogjeni. Oksigjeni në një farë mase i tërheq elektronet nga hidrogjeni, kështu që molekula është një lloj "magneti".

Si rezultat, disa molekula në ujë tërhiqen pak nga njëra-tjetra dhe bashkohen nga një lidhje hidrogjeni. Forca e saj është shumë herë më e ulët se lidhja kovalente. Studiuesit nga Singapori besojnë se shpjegimi për paradoksin Mpemba qëndron në lidhjet e hidrogjenit. Nëse molekulat e ujit vendosen shumë dendur midis tyre, atëherë një ndërveprim kaq i fortë midis molekulave mund të deformojë lidhjen kovalente në mes të vetë molekulës.

Por kur uji nxehet, molekulat e lidhura largohen pak nga njëra-tjetra. Si rezultat, në mes të molekulave, relaksimi i lidhjeve kovalente ndodh me çlirimin e energjisë së tepërt dhe një kalim në një më të ulët niveli i energjisë... Kjo çon në faktin se uji i nxehtë fillon të ftohet me shpejtësi. Nga të paktën, siç tregohet nga llogaritjet teorike të kryera nga shkencëtarët nga Singapori.

Ngrirja e menjëhershme e ujit - 5 truke të pabesueshme: Video

Efekti Mpemba(Paradoksi Mpemba) është një paradoks që thotë se uji i nxehtë ngrin më shpejt në kushte të caktuara sesa uji i ftohtë, megjithëse duhet të kalojë temperaturën e ujit të ftohtë gjatë procesit të ngrirjes. Ky paradoks është një fakt eksperimental që bie ndesh me konceptet e zakonshme, sipas të cilave, në të njëjtat kushte, një trupi më i nxehtë për t'u ftohur në një temperaturë të caktuar kërkon më shumë kohë se sa një trup më pak i nxehtë për t'u ftohur në të njëjtën temperaturë.

Ky fenomen u vu re në atë kohë nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes, por vetëm në vitin 1963 një nxënës tanzanian Erasto Mpemba zbuloi se një përzierje e nxehtë akullore ngrin më shpejt se një e ftohtë.

Si student në shkollën e mesme Magamba në Tanzani, Erasto Mpemba e bëri këtë punë praktike në biznesin e gatimit. Ai duhej të bënte akullore në shtëpi - të ziente qumështin, të shpërndante sheqerin në të, ta ftohte temperatura e dhomës dhe më pas vendoseni në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte një student veçanërisht i zellshëm dhe ai vonoi të përfundonte pjesën e parë të detyrës. Nga frika se nuk do të arrinte në kohë deri në fund të mësimit, qumështin e nxehtë e futi në frigorifer. Për habinë e tij, ai ngriu edhe më herët se qumështi i shokëve të tij, i përgatitur sipas një teknologjie të caktuar.

Pas kësaj, Mpemba eksperimentoi jo vetëm me qumësht, por edhe me ujë të zakonshëm. Në çdo rast, tashmë duke qenë student i shkollës së mesme Mkvavskaya, ai i bëri një pyetje profesorit Dennis Osborne nga kolegj universitar në Dar-es-Salaam (i ftuar nga drejtori për t'u dhënë studentëve një leksion mbi fizikën) veçanërisht për ujin: "Nëse marrim dy enë identike me vëllime të barabarta uji, në mënyrë që në njërën prej tyre uji të ketë një temperaturë prej 35 ° C, dhe në tjetrën - 100 ° C, dhe vendosini në frigorifer, pastaj në të dytën uji do të ngrijë më shpejt. Pse?" Osborne u interesua për këtë çështje dhe së shpejti në 1969 ai dhe Mpemba publikuan rezultatet e eksperimenteve të tyre në revistën "Edukimi fizik". Që atëherë, efekti që ata zbuluan quhet Efekti Mpemba.

Deri më tani, askush nuk e di saktësisht se si ta shpjegojë këtë efekt të çuditshëm. Shkencëtarët nuk kanë një version të vetëm, megjithëse ka shumë. Gjithçka ka të bëjë me ndryshimin në vetitë e ujit të nxehtë dhe të ftohtë, por ende nuk është e qartë se cilat veti luajnë një rol në këtë rast: ndryshimi në superftohje, avullimi, formimi i akullit, konvekcioni ose efekti i gazeve të lëngshëm në ujë në temperatura të ndryshme.

Paradoksi i efektit Mpemba është se koha gjatë së cilës një trup ftohet në temperaturën e ambientit duhet të jetë proporcionale me ndryshimin e temperaturave midis këtij trupi dhe mjedisit. Ky ligj u krijua nga Njutoni dhe që atëherë është konfirmuar shumë herë në praktikë. Në këtë efekt, uji me një temperaturë prej 100 ° C ftohet në një temperaturë prej 0 ° C më shpejt se e njëjta sasi uji me një temperaturë prej 35 ° C.

Sidoqoftë, kjo nuk sugjeron ende një paradoks, pasi efekti Mpemba mund të shpjegohet brenda kornizës së fizikës së mirënjohur. Këtu janë disa shpjegime për efektin Mpemba:

Avullimi

Uji i nxehtë avullon më shpejt nga ena, duke zvogëluar kështu vëllimin e tij dhe një vëllim më i vogël uji me të njëjtën temperaturë ngrin më shpejt. Uji i ngrohur në 100 C humbet 16% të masës së tij kur ftohet në 0 C.

Efekti i avullimit - efekt i dyfishtë. Së pari, sasia e ujit që kërkohet për ftohje zvogëlohet. Dhe së dyti, temperatura zvogëlohet për shkak të faktit se nxehtësia e avullimit të kalimit nga faza e ujit në fazën e avullit zvogëlohet.

Diferenca e temperaturës

Për shkak të faktit se ndryshimi i temperaturës midis ujit të nxehtë dhe ajrit të ftohtë është më i madh - prandaj, shkëmbimi i nxehtësisë në këtë rast është më intensiv dhe uji i nxehtë ftohet më shpejt.

Hipotermia

Kur uji ftohet nën 0 C, ai nuk ngrin gjithmonë. Në disa kushte, ajo mund të pësojë hipotermi, duke vazhduar të mbetet e lëngshme në temperatura nën pikën e ngrirjes. Në disa raste, uji mund të mbetet i lëngshëm edhe në një temperaturë prej -20 C.

Arsyeja e këtij efekti është se në mënyrë që kristalet e para të akullit të fillojnë të formohen, nevojiten qendra të formimit të kristaleve. Nëse ato nuk janë të pranishme në ujin e lëngshëm, atëherë hipotermia do të vazhdojë derisa temperatura të bjerë aq shumë sa kristalet të fillojnë të formohen spontanisht. Kur fillojnë të formohen në një lëng të tejftohur, ato do të fillojnë të rriten më shpejt, duke formuar një llucë akulli, e cila, duke u ngrirë, do të formojë akull.

Uji i nxehtë është më i ndjeshëm ndaj hipotermisë, sepse ngrohja e tij largon gazrat dhe flluskat e tretura, të cilat nga ana tjetër mund të shërbejnë si qendra për formimin e kristaleve të akullit.

Pse hipotermia bën që uji i nxehtë të ngrijë më shpejt? Në rastin e ujit të ftohtë, i cili nuk është tepër i ftohur, ndodh si më poshtë. Në këtë rast, një shtresë e hollë akulli do të formohet në sipërfaqen e anijes. Kjo shtresë akulli do të veprojë si një izolues midis ujit dhe ajrit të ftohtë dhe do të parandalojë avullimin e mëtejshëm. Shpejtësia e formimit të kristaleve të akullit në këtë rast do të jetë më e ngadaltë. Në rastin e ujit të nxehtë që i nënshtrohet superftohjes, uji i tepërt i ftohur nuk ka një shtresë sipërfaqësore mbrojtëse akulli. Prandaj, ajo humbet nxehtësinë shumë më shpejt përmes majës së hapur.

Kur procesi i hipotermisë përfundon dhe uji ngrin, humbet shumë më shumë nxehtësi dhe për këtë arsye formohet më shumë akull.

Shumë studiues të këtij efekti e konsiderojnë hipoterminë si faktorin kryesor në rastin e efektit Mpemba.

Konvekcioni

Uji i ftohtë fillon të ngrijë nga lart, duke përkeqësuar kështu proceset e rrezatimit të nxehtësisë dhe konvekcionit, dhe rrjedhimisht humbjen e nxehtësisë, ndërsa uji i nxehtë fillon të ngrijë nga poshtë.

Ky efekt shpjegohet me anomalinë e densitetit të ujit. Uji ka një densitet maksimal në 4 C. Nëse e ftohni ujin në 4 C dhe e vendosni në një temperaturë më të ulët, shtresa sipërfaqësore e ujit do të ngrijë më shpejt. Për shkak se ky ujë është më pak i dendur se uji në 4 ° C, ai do të mbetet në sipërfaqe, duke formuar një shtresë të hollë dhe të ftohtë. Në këto kushte, në sipërfaqen e ujit për një kohë të shkurtër do të krijohet një shtresë e hollë akulli, por kjo shtresë akulli do të shërbejë si izolues duke mbrojtur shtresat e poshtme të ujit, të cilat do të qëndrojnë në temperaturën 4 C. Prandaj , procesi i mëtejshëm i ftohjes do të jetë më i ngadalshëm.

Në rastin e ujit të nxehtë, situata është krejtësisht e ndryshme. Shtresa sipërfaqësore e ujit do të ftohet më shpejt për shkak të avullimit dhe më shumë ndryshim temperaturat. Përveç kësaj, shtresat e ujit të ftohtë janë më të dendura se shtresat e ujit të nxehtë, kështu që shtresa e ujit të ftohtë do të zhytet, duke e ngritur shtresën. ujë të ngrohtë në sipërfaqe. Ky qarkullim i ujit siguron një rënie të shpejtë të temperaturës.

Por pse ky proces nuk arrin të arrijë një pikë ekuilibri? Për të shpjeguar efektin Mpemba nga ky këndvështrim i konvekcionit, duhet të supozohet se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit janë të ndara dhe vetë procesi i konvekcionit vazhdon pasi temperatura mesatare e ujit të bjerë nën 4 C.

Megjithatë, nuk ka asnjë të dhënë eksperimentale që do të mbështeste këtë hipotezë se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit ndahen me konvekcion.

Gazrat e tretur në ujë

Uji gjithmonë përmban gazra të tretur në të - oksigjen dhe dioksid karboni... Këto gaze kanë aftësinë të zvogëlojnë pikën e ngrirjes së ujit. Kur uji nxehet, këto gazra lirohen nga uji, pasi tretshmëria e tyre në ujë në temperaturë të lartë më poshtë. Prandaj, kur uji i nxehtë ftohet, gjithmonë ka më pak gazra të tretur në të sesa në ujin e ftohtë të pa ngrohur. Prandaj, pika e ngrirjes së ujit të nxehtë është më e lartë dhe ngrin më shpejt. Ky faktor ndonjëherë konsiderohet si kryesori në shpjegimin e efektit Mpemba, megjithëse nuk ka të dhëna eksperimentale që konfirmojnë këtë fakt.

Përçueshmëri termike

Ky mekanizëm mund të luajë një rol të rëndësishëm kur uji vendoset në një ndarje frigoriferi në kontejnerë të vegjël. Në këto kushte, u vu re se ena me ujë të nxehtë shkrin akullin e ngrirësit nën të, duke përmirësuar kështu kontaktin termik me murin e ngrirësit dhe përçueshmërinë termike. Si rezultat, nxehtësia largohet nga një enë me ujë të nxehtë më shpejt sesa nga uji i ftohtë. Nga ana tjetër, ena me ujë të ftohtë nuk shkrin borën nën të.

Të gjitha këto (si dhe të tjera) kushte janë studiuar në shumë eksperimente, por një përgjigje e qartë për pyetjen - cilat prej tyre ofrojnë riprodhim qind për qind të efektit Mpemba - nuk është marrë.

Për shembull, në vitin 1995 fizikani gjerman David Auerbach studioi efektin e superftohjes së ujit në këtë efekt. Ai zbuloi se uji i nxehtë, duke arritur një gjendje super të ftohur, ngrin në një temperaturë më të lartë se uji i ftohtë, që do të thotë më shpejt se ky i fundit. Por uji i ftohtë arrin një gjendje superftohjeje më shpejt se uji i nxehtë, duke kompensuar kështu vonesën e mëparshme.

Për më tepër, rezultatet e Auerbach kundërshtuan gjetjet e mëparshme se uji i nxehtë mund të arrijë hipotermi më të madhe për shkak të më pak qendrave të kristalizimit. Kur uji nxehet, i hiqen gazrat e tretura në të dhe kur zihet, precipitojnë disa kripëra të tretura në të.

Deri më tani, vetëm një gjë mund të pohohet - riprodhimi i këtij efekti në thelb varet nga kushtet në të cilat kryhet eksperimenti. Pikërisht sepse nuk riprodhohet gjithmonë.

Uji- një substancë mjaft e thjeshtë nga pikëpamja kimike, por në të njëjtën kohë ajo ka një numër të vetive të pazakonta që nuk pushojnë së mahnituri shkencëtarët. Më poshtë janë disa fakte që pak njerëz i dinë.

1. Cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë?

Në vitin 1963, një student nga Tanzania i quajtur Erasto B. Mpemba, ndërsa ngrinte një përzierje akulloreje të përgatitur, vuri re se përbërja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: në kushte të caktuara, uji i nxehtë ngrin me të vërtetë më shpejt se uji i ftohtë.

Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet " Efekti Mpemba". Vërtetë, shumë kohë para tij kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.

2. Ajo është në gjendje të ngrijë në çast

Të gjithë e dinë këtë ujë gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0 ° C ... përveç në disa raste! Një rast i tillë, për shembull, është superftohja, e cila është veti e ujit shumë të pastër për të mbetur i lëngshëm edhe kur ftohet në pikën e ngrirjes. Ky fenomen bëhet i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra apo bërthama kristalizimi, të cilat mund të provokojnë formimin e kristaleve të akullit. Prandaj, uji mbetet në formë të lëngshme, edhe kur ftohet në temperatura nën zero gradë Celsius.

Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (papastërti), një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet i lëngshëm. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të vëzhgoni sesi uji i superftohur shndërrohet menjëherë në akull.

Vini re se uji "i mbinxehur" gjithashtu mbetet i lëngshëm, edhe kur nxehet në temperatura mbi pikën e tij të vlimit.

3.19 gjendje ujore

Pa hezitim, emërtoni sa gjendje të ndryshme ka uji? Nëse jeni përgjigjur tre: të ngurtë, të lëngët, të gaztë, atëherë gaboheni. Shkencëtarët dallojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit në formë të lëngshme dhe 14 gjendje në formë të ngrirë.

E mbani mend bisedën për ujin e ftohur super? Pra, çfarëdo që të bëni, në një temperaturë prej -38 ° C, edhe uji më i pastër i superftohur do të kthehet papritmas në akull. Çfarë ndodh nëse temperatura bie më tej? Në -120 ° C, diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super-viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 ° C, shndërrohet në ujë "qelqi" ose "qelqtë" - një lëndë e ngurtë që i mungon. strukturë kristalore.

4. Uji i befason fizikantët

Doli se me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë dhe formula kimike e ujit në vend të H2O, bëhet H1.5O!

5. Kujtesa e ujit

Alternativë ndaj mjekësisë së zakonshme homeopati thotë se një tretësirë e holluar e një medikamenti mund të ketë një efekt shërues në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i lartë sa nuk mbetet asgjë përveç molekulave të ujit në tretësirë. Përkrahësit e homeopatikëve ia atribuojnë këtë paradoks një koncepti të quajtur " kujtimi i ujit Sipas të cilit uji në nivelin molekular ka një "kujtesë" të një lënde që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e një tretësire të përqendrimit të saj origjinal pasi nuk ka mbetur asnjë molekulë e vetme e një përbërësi në të.

Një grup ndërkombëtar shkencëtarësh, i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis e Queen's University of Belfast, e cila kritikoi parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë këtë koncept njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt. Pas kësaj, shkencëtarët thanë se ata ishin në gjendje të vërtetonin realitetin e efektit " kujtimi i ujit". Megjithatë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk dhanë asnjë rezultat. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit " kujtimi i ujit"Vazhdo.

Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta që nuk i kemi trajtuar në këtë artikull. Për shembull, dendësia e ujit ndryshon me temperaturën (akulli është më pak i dendur se uji); uji ka një tension mjaft të lartë sipërfaqësor; në gjendje të lëngët uji është një rrjet kompleks dhe dinamik në ndryshim të grupimeve ujore dhe është sjellja e grupimeve që ndikon në strukturën e ujit etj.

Rreth këtyre dhe shumë veçorive të tjera të papritura ujë mund të lexohet në artikull " Karakteristikat jonormale të ujit“Nga Martin Chaplin, profesor në Universitetin e Londrës.