Në formulën e mirë të vjetër H 2 O, duket se nuk ka sekrete. 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: hidhni ujë të nxehtë në njërën dhe ujë të ftohtë në tjetrën dhe vendosini në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse logjikisht, fillimisht uji i ftohtë duhet të ishte kthyer 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 ujë të ftohtë nuk ka nevojë të ftohet. Pse po ndodh kjo?
Në vitin 1963 Erasto B. Mpemba, gjimnazist gjimnaz në Tanzani, kur ngrija një përzierje akulloreje të përgatitur, vura re se përzierja e nxehtë ngurtësohet më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me një mësues të 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 ujë i nxehtë me të vërtetë ngrin më shpejt se i ftohtë.
Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet efekti Mpemba. E vërtetë, shumë më parë pronë unike uji u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.
Shkencëtarët nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në hipotermi, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.
Shënim nga Х.RU për temën "Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë".
Meqenëse çështjet e ftohjes janë më afër nesh, frigoriferët, ne do t'i lejojmë vetes të futemi më thellë në thelbin e këtij problemi dhe të japim dy mendime për natyrën e një të tillë fenomen misterioz.
1. Një shkencëtar i Universitetit të Uashingtonit ka ofruar 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 dhe jo të nxehtë në rezervuarin e larjes në dimër. Por çfarë qëndron në themel 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 luhet nga substanca të tretura në ujë, të cilat precipitojnë kur nxehen, sipas EurekAlert.
Nën tretur substancat dr Katz i referohet bikarbonateve të kalciumit dhe magnezit që gjenden në ujin e fortë. Kur uji nxehet, këto substanca precipitojnë, duke formuar shkallë në muret e kazanit. 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 ftohet në mënyrë që të ngrijë," 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 ka më pak gjasa të ftohet”, thotë Dr. Katz.
Sipas shkencëtarit, teoria e tij mund të testohet në mënyrë eksperimentale, sepse. 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 fakt, akulli është i mbushur me shumë mistere. Akulli i krijuar nga afrikani Erasto Mpemba nuk mendoi për lavdi. Ditët ishin të nxehta. Ai dëshironte akull frutash. Mori një kuti me lëng dhe e futi 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 atë në diell para kësaj - thjesht ngroheni! Kjo është e çuditshme, mendoi nxënësi tanzanian, i cili veproi në kundërshtim me urtësinë e kësaj bote. A është e mundur që lëngu të shndërrohet më shpejt në akull, fillimisht duhet të ... ngrohet? 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 1960. 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 uji me përmbajtje të lartë ajri do të ngrijë gjithashtu”, thotë Auerbach, “por jo në zero gradë Celsius, por vetëm në minus katër deri në gjashtë gradë”. Sigurisht, do t'ju duhet të prisni më gjatë. 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 ndoshta substanca më misterioze në univers. Shkencëtarët nuk kanë qenë në gjendje të shpjegojnë disa nga vetitë e tij deri më tani.
2. Superftohje dhe ngrirje "flash".
Të gjithë e dinë se uji gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0 °C... përveç në disa raste! Një rast i tillë, për shembull, është "supercooling", që është një veti e shumë uje i paster mbeten të lëngshme edhe kur janë të ftohur nën ngrirje. Ky fenomen mundësohet nga fakti se Mjedisi nuk përmban qendra ose bërthama kristalizimi, të cilat mund të provokojnë formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme, edhe kur ftohet në temperatura nën zero gradë Celsius. Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluskat e gazit, papastërtitë (ndotja), sipërfaqja e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet brenda gjendje e lëngët. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni sesi uji i super-ftohur shndërrohet menjëherë në akull.
Shikoni videon (2 901 Kb, 60 c) nga Phil Medina (www.mrsciguy.com) dhe shikoni vetë >>
Komentoni. Uji i mbinxehur gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet mbi pikën e tij të vlimit.
3. Ujë "xhami".
Shpejt dhe pa hezitim, emërtoni sa shtete 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 në formë të lëngshme dhe 14 gjendje akulli.
E mbani mend bisedën për ujin super të ftohur? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 ° C, edhe uji më i pastër super i ftohur 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 kthehet në ujë "të qelqtë" ose "qelqtë" - një substancë e ngurtë në të cilën nuk ka strukturë kristalore.
4. Vetitë kuantike të ujit
Në nivelin molekular, uji është edhe më i mahnitshëm. Në vitin 1995, shkencëtarët kryen një eksperiment mbi shpërndarjen e neutroneve dha një rezultat të papritur: fizikantët zbuluan se neutronet që synonin molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.
Doli se me shpejtësinë e një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë, 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 konvencionale, pretendon se një zgjidhje e holluar produkt medicinal mund të ketë një efekt terapeutik në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë përveç molekulave të ujit. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur "kujtesa e ujit", sipas të cilit uji në nivel molekular ka një "kujtesë" të substancës sapo të tretur në të dhe ruan vetitë e tretësirës së përqendrimit origjinal pasi jo një një molekulë e vetme e përbërësit mbetet në të.
Një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis nga Universiteti Queen's i Belfast-it, i cili 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 mundën të vërtetonin realitetin e efektit të "kujtesës së ujit. Megjithatë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur, nuk sollën rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit të "kujtesës së ujit" vazhdojnë.
Uji ka shumë të tjera veti të pazakonta të cilat nuk i kemi trajtuar në këtë artikull.
Letërsia.
1. 5 gjëra vërtet të çuditshme rreth ujit / http://www.neatorama.com.
2. Misteri i ujit: u krijua teoria e efektit Aristotle-Mpemba / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Sekretet e natyrës së pajetë. Substanca më misterioze në univers / http://www.bibliotekar.ru.
Efekti Mpemba(Mpemba paradox) - një paradoks që thotë se uji i nxehtë në kushte të caktuara ngrin më shpejt se 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 idetë e zakonshme, sipas të cilave, në të njëjtat kushte, një trupi më të nxehtë i duhet më shumë kohë për t'u ftohur në një temperaturë të caktuar sesa një trup më i ftohtë 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, nxënësi tanzanian Erasto Mpemba zbuloi se një përzierje akulloreje e nxehtë ngrin më shpejt se ajo e ftohtë.
Si student në shkollën e mesme Magamba në Tanzani, Erasto Mpemba e bëri këtë punë praktike në artet e kuzhinës. 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 të ngrijë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte një student veçanërisht i zellshëm dhe e zvarriti pjesën e parë të detyrës. Nga frika se nuk do të ishte në kohë deri në fund të orës së mësimit, qumështin ende të 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. Sido që të jetë, tashmë duke qenë student i shkollës së mesme Mkvava, ai i bëri një pyetje profesorit Dennis Osborn nga kolegj universitar në Dar es Salaam (i ftuar nga drejtori i shkollës për të mbajtur një leksion mbi fizikën për studentët) për ujin: "Nëse merrni 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 vitin 1969, së bashku me Mpemba, ata 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 trupi ftohet në temperaturën e ambientit duhet të jetë proporcionale me ndryshimin e temperaturës midis këtij trupi dhe mjedisit. Ky ligj u krijua nga Njutoni dhe që atëherë është konfirmuar shumë herë në praktikë. Në të njëjtin efekt, uji në 100°C ftohet në 0°C më shpejt se e njëjta sasi uji në 35°C.
Megjithatë, kjo nuk nënkupton ende një paradoks, pasi efekti Mpemba gjithashtu mund të shpjegohet brenda fizikës së njohur. 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 është një efekt i dyfishtë. Së pari, masa 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.
ndryshimi i 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 kushte të caktuara, ai mund t'i nënshtrohet superftohjes ndërsa vazhdon të mbetet i lëngshëm në temperatura nën pikën e ngrirjes. Në disa raste, uji mund të mbetet i lëngshëm edhe në -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 nuk janë në ujë të lëngshëm, atëherë superftohja do të vazhdojë derisa temperatura të bjerë aq sa kristalet të fillojnë të formohen spontanisht. Kur fillojnë të formohen në lëngun e superftohur, ato do të fillojnë të rriten më shpejt, duke formuar një llucë akulli që do të ngrijë për të formuar akull.
Uji i nxehtë është më i ndjeshëm ndaj hipotermisë, sepse ngrohja e tij eliminon gazrat dhe flluska të 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 rast se ujë të ftohtë, i cili nuk është superftohës, 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. Shkalla e formimit të kristaleve të akullit në këtë rast do të jetë më e vogël. Në rastin kur uji i nxehtë i nënshtrohet nënftohjes, uji i nënftohur nuk ka një shtresë sipërfaqësore mbrojtëse akulli. Prandaj, ajo humbet nxehtësinë shumë më shpejt përmes majës së hapur.
Kur procesi i superftohjes 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 nga një anomali në densitetin e 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 qëndrojë në sipërfaqe, duke formuar një shtresë të hollë 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 , ftohja e mëtejshme do të jetë më e ngadaltë.
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. Gjithashtu, 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 pikën e ekuilibrit? Për të shpjeguar efektin Mpemba nga ky këndvështrim i konvekcionit, do të ishte e nevojshme 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 provë eksperimentale për të mbështetur 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 ulin pikën e ngrirjes së ujit. Kur uji nxehet, këto gazra lirohen nga uji për shkak të tretshmërisë së 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 frigorifer frigorifer në kontejnerë të vegjël. Në këto kushte, është vënë re se ena me ujë të nxehtë shkrin akullin e ngrirësit poshtë, duke përmirësuar kështu kontaktin termik me murin e ngrirësit dhe përçueshmërinë termike. Si rezultat, nxehtësia largohet nga ena me ujë të nxehtë më shpejt sesa nga ajo e 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 një riprodhim 100% të efektit Mpemba - nuk është marrë.
Kështu, për shembull, në vitin 1995, fizikani gjerman David Auerbach studioi ndikimin 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, dhe për rrjedhojë më shpejt se ky i fundit. Por uji i ftohtë arrin gjendjen e superftohjes më shpejt se uji i nxehtë, duke kompensuar kështu vonesën e mëparshme.
Për më tepër, rezultatet e Auerbach kundërshtuan të dhënat e mëparshme se uji i nxehtë është në gjendje të arrijë më shumë superftohje 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.
O. V. Mosin
Letrareburimet:
"Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Pse e bën këtë?", Jearl Walker në The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, fq 246-257; Shtator, 1977.
"Ngrirja e ujit të nxehtë dhe të ftohtë", G.S. Kell në Gazetën Amerikane të Fizikës, vëll. 37, nr. 5, fq 564-565; maj 1969.
"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, në American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, fq 882-885; tetor 1995.
"Efekti Mpemba: Kohët e ngrirjes së ujit të nxehtë dhe të ftohtë", Charles A. Knight, në American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, f. 524; maj, 1996.
Se cili ujë ngrin më shpejt, i nxehtë apo i ftohtë, ndikohet nga shumë faktorë, por vetë pyetja duket paksa e çuditshme. Kuptohet, 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, në mënyrë që të kthehet në akull. Uji i ftohtë mund ta kalojë këtë fazë dhe, në përputhje me rrethanat, fiton me kohë.
Por përgjigjen në pyetjen se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë - në rrugë në acar, çdo banor e di gjerësi veriore. Në fakt, shkencërisht, rezulton se në çdo rast, uji i ftohtë thjesht duhet të ngrijë më shpejt.
Kështu bëri edhe 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.
"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 shkonte 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 publikoi një artikull të përbashkët të këtyre dy njerëzve 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, ose paradoksi, Mpemba.
Pyetja ka qenë rreth e rrotull për një kohë të gjatë
Natyrisht, një fenomen i tillë ka ndodhur edhe më parë, dhe është përmendur në punimet e shkencëtarëve të tjerë. Jo vetëm nxënësi i shkollës ishte i interesuar për këtë pyetje, por Rene Descartes dhe madje edhe Aristoteli menduan për të në një kohë.
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 këtë proces?
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 shkallë avullimi më të lartë se uji i 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.
Frigoriferi është shkrirë prej kohësh
Cili ujë ngrin më shpejt dhe pse e bën këtë, mund të ndikohet nga shtresa e borës që mund të jetë e pranishme në ngrirësin e frigoriferit të përdorur për eksperimentin. Nëse merrni dy kontejnerë që janë identikë në vëllim, por njëra prej tyre do të ketë ujë të nxehtë dhe tjetra ujë të ftohtë, ena me ujë të nxehtë do të shkrijë borën poshtë saj, duke përmirësuar kështu kontaktin e nivelit termik me murin e frigoriferit. Një enë me ujë të ftohtë nuk mund ta bëjë këtë. Nëse nuk ka një shtresë të tillë me borë në frigorifer, 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 të njëjtën kohë, rezulton se uji i ftohtë, duke pasur një shtresë të ftohtë sipër me akull të formuar tashmë në vende, dëmton proceset e konvekcionit dhe rrezatimi termik, duke shpjeguar kështu se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë. Një foto nga eksperimentet amatore është bashkangjitur, dhe këtu është qartë e dukshme.
Nxehtësia shuhet, duke u prirë lart dhe aty takohet një shtresë shumë e ftohtë. 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 duke thënë se çdo ujë ka substanca të caktuara të tretura në të.
Papastërtitë në përbërjen e ujit 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 ndodh një situatë kur shpërbëhet elementet kimike disponohen vetëm në ujë të nxehtë, ndërsa uji i ftohtë nuk i ka, atëherë ekziston mundësia që uji i nxehtë të ngrijë më herët. Kjo shpjegohet me faktin se substancat e tretura në ujë krijojnë qendra kristalizimi dhe me një numër të vogël të këtyre qendrave, shndërrimi i ujit në gjendje e ngurtë vështirë. Edhe superftohja e ujit është e mundur, në kuptimin që në temperatura nën zero ai do të jetë në gjendje të lëngshme.
Por të gjitha këto versione, me sa duket, nuk u përshtaten shkencëtarëve deri në fund, dhe ata vazhduan të punojnë për këtë çështje. Në vitin 2013, një ekip studiuesish në Singapor thanë se kishin zgjidhur misterin shekullor.
Një grup shkencëtarësh kinezë pretendojnë se sekreti këtë efekt konsiston në sasinë e energjisë që ruhet midis molekulave të ujit në lidhjet e tij, të quajtura lidhje hidrogjenore.
Përgjigja e shkencëtarëve kinezë
Do të vijojnë informacione të mëtejshme, për kuptimin e të cilave 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 atomet e hidrogjenit të një molekule tërhiqen gjithashtu nga molekulat fqinje, nga përbërësi i tyre i oksigjenit. Këto lidhje quhen lidhje hidrogjenore.
Në të njëjtën kohë, vlen të kujtohet se në të njëjtën kohë, molekulat e ujit veprojnë në mënyrë të neveritshme ndaj njëra-tjetrës. Shkencëtarët vunë re se kur uji nxehet, distanca midis molekulave të tij rritet, dhe kjo lehtësohet nga forcat refuzuese. Rezulton se duke zënë një distancë midis molekulave në një gjendje të ftohtë, mund të thuhet se 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 se në ujin e ftohtë, i cili ka një furnizim më të vogël të kësaj energjie. 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, do të vendosen në një kuptim praktik dhe rezultatet e tyre do të paraqiten, atëherë do të jetë e mundur që çështja e paradoksit Mpemba të konsiderohet e mbyllur.
Kimia ishte një nga lëndët e mia të preferuara në shkollë. Një herë një mësues kimie na dha një detyrë shumë të çuditshme dhe të vështirë. Ai na dha një listë me pyetje që duhej t'u përgjigjenim në aspektin kimi. Na u dhanë disa ditë për këtë detyrë dhe u lejuam të përdorim bibliotekat dhe burime të tjera të disponueshme informacioni. Një nga këto pyetje kishte të bënte me pikën e ngrirjes së ujit. Nuk e mbaj mend saktësisht si dukej pyetja, por bëhej fjalë për faktin që nëse merrni dy kova druri të së njëjtës madhësi, njëra me ujë të nxehtë, tjetra me ujë të ftohtë (pikërisht në temperaturën e specifikuar) dhe i vendosni në një mjedis me një temperaturë të caktuar, cilin do të ngrijnë më shpejt? Sigurisht, përgjigja u sugjerua menjëherë - një kovë me ujë të ftohtë, por na u duk shumë e thjeshtë. Por kjo nuk mjaftoi për të dhënë një përgjigje të plotë, duhej ta vërtetonim nga pikëpamja kimike. Me gjithë mendimet dhe kërkimet e mia, nuk kam mundur konkluzioni. Në këtë ditë, madje vendosa ta kapërcej këtë mësim, kështu që nuk e gjeta kurrë zgjidhjen e kësaj enigmë.
Kaluan vite dhe mësova shumë mite të përditshme për pikën e vlimit dhe pikën e ngrirjes së ujit, dhe një mit thoshte: "Uji i nxehtë ngrin më shpejt". Shikova shumë faqe interneti, por informacioni ishte shumë kontradiktor. Dhe këto ishin vetëm opinione, të pabazuara nga pikëpamja e shkencës. Dhe vendosa të marr përvojën e vet. Meqenëse nuk gjeta kova druri, përdora një frigorifer, sobë, pak ujë dhe një termometër dixhital. Për rezultatet e përvojës sime do të flas pak më vonë. Së pari, unë do të ndaj me ju disa argumente interesante për ujin:
Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Shumica e ekspertëve thonë se uji i ftohtë ngrin më shpejt se uji i nxehtë. Por një fenomen qesharak (i ashtuquajturi efekti Memba), sipas arsye të panjohura, vërteton të kundërtën: Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Një nga disa shpjegime është procesi i avullimit: nëse uji shumë i nxehtë vendoset në një mjedis të ftohtë, atëherë uji do të fillojë të avullojë (sasia e mbetur e ujit do të ngrijë më shpejt). Dhe sipas ligjeve të kimisë, ky nuk është aspak një mit, dhe me shumë mundësi kjo është ajo që mësuesi donte të dëgjonte nga ne.
Uji i zier ngrin më shpejt ujë rubineti. Pavarësisht shpjegimit të mëparshëm, disa ekspertë argumentojnë se ujë të valuar, i ftohur në temperaturën e dhomës, duhet të ngrijë më shpejt, sepse si pasojë e zierjes zvogëlohet sasia e oksigjenit.
Uji i ftohtë vlon më shpejt se uji i nxehtë. Nëse uji i nxehtë ngrin më shpejt, atëherë uji i ftohtë mund të vlojë më shpejt! Kjo është në kundërshtim me sensin e përbashkët dhe shkencëtarët argumentojnë se kjo thjesht nuk mund të jetë. Uji i nxehtë i rubinetit në fakt duhet të vlojë më shpejt se uji i ftohtë. Por duke përdorur ujë të nxehtë për të zier, nuk kurseni energji. Mund të përdorni më pak gaz ose energji elektrike, por ngrohësi i ujit do të përdorë të njëjtën sasi energjie që nevojitet për të ngrohur ujin e ftohtë. (Energjia diellore është pak më ndryshe.) Si rezultat i ngrohjes së ujit me ngrohës uji, mund të formohet sediment, kështu që uji do të marrë më shumë kohë për t'u ngrohur.
Nëse shtoni kripë në ujë, ai do të vlojë më shpejt. Kripa rrit pikën e vlimit (dhe për këtë arsye ul pikën e ngrirjes - kjo është arsyeja pse disa amvise shtojnë pak kripë guri në akullore). Por ne brenda këtë rast një pyetje tjetër është me interes: sa kohë do të vlojë uji dhe nëse pika e vlimit në këtë rast mund të rritet mbi 100 ° C). Pavarësisht se çfarë thonë librat e gatimit, shkencëtarët thonë se sasia e kripës që shtojmë në ujin e vluar nuk është e mjaftueshme për të ndikuar në kohën ose temperaturën e zierjes.
Por ja çfarë kam marrë:
Ujë i ftohtë: Kam përdorur tre gota qelqi 100 ml me ujë të pastruar: një temperaturë dhome (72°F/22°C), një ujë të nxehtë (115°F/46°C) dhe një të zier (212°F/100°C C). Të tre gotat i vendosa në frigorifer në -18°C. Dhe duke qenë se e dija që uji nuk do të shndërrohej menjëherë në akull, përcaktova shkallën e ngrirjes nga "notonja prej druri". Kur shkopi, i vendosur në qendër të gotës, nuk preku më bazën, besova se uji kishte ngrirë. I kontrolloja syzet çdo pesë minuta. Dhe cilat janë rezultatet e mia? Uji në gotën e parë ngriu pas 50 minutash. Uji i nxehtë ngriu pas 80 minutash. Zier - pas 95 minutash. Përfundimet e mia: Duke marrë parasysh kushtet në frigorifer dhe ujin që përdora, nuk isha në gjendje të riprodhoja efektin Memba.
E provova këtë eksperiment edhe me ujë të zier më parë të ftohur në temperaturën e dhomës. Ai ngriu në 60 minuta - u desh akoma më shumë se uji i ftohtë për të ngrirë.
Ujë i zier: Mora një litër ujë në temperaturë ambienti dhe e vura në zjarr. Ajo vloi për 6 minuta. Më pas e ftova sërish në temperaturën e dhomës dhe ia shtova të nxehtës. Me të njëjtin zjarr, uji i nxehtë ziente për 4 orë e 30 minuta. Përfundim: siç pritej, uji i nxehtë vlon shumë më shpejt.
Ujë i zier (me kripë): I shtova 2 lugë të mëdha kripë gjelle në 1 litër ujë. Ai vloi për 6 minuta e 33 sekonda dhe siç tregoi termometri arriti një temperaturë prej 102°C. Padyshim që kripa ndikon në pikën e vlimit, por jo shumë. Përfundim: kripa në ujë nuk ndikon shumë në temperaturën dhe kohën e vlimit. Sinqerisht e pranoj që kuzhinën time është e vështirë ta quash laborator dhe ndoshta përfundimet e mia janë në kundërshtim me realitetin. Ngrirësi im mund të ngrijë ushqimin në mënyrë të pabarabartë. Syzet e mia prej xhami mund të jenë formë të çrregullt, etj. Por çfarëdo që të ndodhë në laborator, kur po flasim në lidhje me ngrirjen ose ujin e vluar në kuzhinë, gjëja më e rëndësishme është sensi i shëndoshë.
lidhje nga fakte interesante rreth ujërave të gjitha rreth ujit
siç sugjerohet në forumin forum.ixbt.com, ky efekt (efekti i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë) quhet "Efekti Aristotle-Mpemba"
ato. uji i zier (i ftohur) ngrin më shpejt se "i papërpunuar"
Uji- një substancë mjaft e thjeshtë nga pikëpamja kimike, megjithatë, 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?
Merrni dy enë me ujë: hidhni ujë të nxehtë në njërën dhe ujë të ftohtë në tjetrën dhe vendosini në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse logjikisht, fillimisht uji i ftohtë duhet të ishte kthyer 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 ftohet. Pse po ndodh kjo?
Në vitin 1963, një student nga Tanzania i quajtur Erasto B. Mpemba, ndërsa ngrinte një përzierje të përgatitur akullore, vuri re se përzierja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me një mësues të 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 para tij, kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.
Shkencëtarët nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në hipotermi, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.
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 është, për shembull, superftohja, e cila është veti e ujit shumë të pastër për të mbetur i lëngshëm edhe kur ftohet nën ngrirje. Ky fenomen bëhet i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra kristalizimi apo bërthama që mund të provokojnë formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme, edhe kur ftohet në temperatura nën zero gradë Celsius.
procesi i kristalizimit mund të provokohet, për shembull, nga flluskat e gazit, papastërtitë (ndotja), sipërfaqja e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet në gjendje të lëngshme. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni sesi uji i super-ftohur shndërrohet menjëherë në akull.
Vini re se uji "i mbinxehur" gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet 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 super të ftohur? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 ° C, edhe uji më i pastër super i ftohur do të kthehet papritur në akull. Çfarë ndodh kur 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, kthehet në ujë "të qelqtë" ose "të qelqtë" - një substancë e ngurtë që i mungon struktura kristalore.
4. Uji i befason fizikantët
Në nivelin molekular, uji është edhe më befasues. Në vitin 1995, shkencëtarët kryen një eksperiment mbi shpërndarjen e neutronit dha një rezultat të papritur: fizikantët zbuluan se neutronet e drejtuara në molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.
Doli se me shpejtësinë e 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
Alternativa e mjekësisë zyrtare homeopati argumenton se një tretësirë e holluar e një ilaçi mund të ketë një efekt terapeutik në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë përveç molekulave të ujit. 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 lënde që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e një tretësire të përqendrimit fillestar pasi nuk ka mbetur asnjë molekulë përbërëse 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 konceptin njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt. Pas kësaj, shkencëtarët thanë se ata arritën të vërtetojnë realitetin e efektit " kujtesa e ujit". Sidoqoftë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk sollën rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit " kujtesa e ujit» vazhdoni.
Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta që nuk i kemi trajtuar në këtë artikull. Për shembull, dendësia e ujit ndryshon me temperaturën (dendësia e akullit është më e vogël se ajo e ujit); uji ka një tension mjaft të madh sipërfaqësor; në gjendje të lëngët uji është një rrjet kompleks dhe dinamik në ndryshim të grupimeve të ujit 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 Vetitë anormale të ujit”, autor i së cilës është Martin Chaplin, profesor në Universitetin e Londrës.
