Ինչու է տաք ջուրը սառչում: Բաներ, որոնք դուք չգիտեիք ջրի մասին

Շատ հետազոտողներ առաջ են քաշել և ներկայացնում են իրենց վարկածները, թե ինչու տաք ջուրսառչում է ավելի արագ, քան սառը: Դա պարադոքս է թվում. ի վերջո, սառեցնելու համար տաք ջուրը նախ պետք է սառչի: Սակայն փաստը մնում է փաստ, և գիտնականները դա բացատրում են տարբեր ձևերով։

Հիմնական տարբերակները

Վրա այս պահինԱյս փաստը բացատրող մի քանի վարկածներ կան.

1. Քանի որ տաք ջուրն ավելի արագ է գոլորշիանում, դրա ծավալը նվազում է։ Իսկ ավելի փոքր քանակությամբ ջրի սառեցումը նույն ջերմաստիճանում ավելի արագ է տեղի ունենում։
2. Սառնարանի սառցախցիկն ունի ձյան շերտ։ Տաք ջուր պարունակող տարան հալեցնում է տակի ձյունը։ Սա բարելավում է ջերմային շփումը սառնարանի հետ:
3. Սառը ջրի սառեցումը, ի տարբերություն տաք ջրի, սկսվում է վերեւից: Միաժամանակ վատանում են կոնվեկցիան և ջերմային ճառագայթումը, հետևաբար՝ ջերմության կորուստը։
4. IN սառը ջուրկան բյուրեղացման կենտրոններ՝ դրանում լուծված նյութեր։ Եթե ​​ջրի մեջ դրանց պարունակությունը փոքր է, ապա սառցակալումը դժվար է, թեև միևնույն ժամանակ հնարավոր է գերսառեցում, երբ զրոյից ցածր ջերմաստիճանում այն ​​ունի հեղուկ վիճակ։

Չնայած արդարության համար կարելի է ասել, որ այդ ազդեցությունը միշտ չէ, որ նկատվում է։ Շատ հաճախ սառը ջուրն ավելի արագ է սառչում, քան տաք ջուրը։

Ինչ ջերմաստիճանում է ջուրը սառչում

Ինչու է ընդհանրապես ջուրը սառչում: Այն պարունակում է որոշակի քանակությամբ հանքային կամ օրգանական մասնիկներ։ Դրանք կարող են լինել, օրինակ, ավազի, փոշու կամ կավի շատ փոքր մասնիկներ: Երբ օդի ջերմաստիճանը նվազում է, այս մասնիկները այն կենտրոններն են, որոնց շուրջ ձևավորվում են սառցե բյուրեղներ:

Բյուրեղացման միջուկների դերը կարող են խաղալ նաև օդային փուչիկները և ջուր պարունակող տարայի ճաքերը։ Ջուրը սառույցի վերածելու գործընթացի արագության վրա մեծապես ազդում է նման կենտրոնների թիվը՝ եթե դրանք շատ են, հեղուկն ավելի արագ է սառչում։ Նորմալ պայմաններում՝ նորմալ մթնոլորտային ճնշում, ջուրը հեղուկից վերածվում է պինդ վիճակի 0 աստիճան ջերմաստիճանում։

Mpemba էֆեկտի էությունը

Mpemba էֆեկտը պարադոքս է, որի էությունն այն է, որ որոշակի հանգամանքներում տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում, քան սառը ջուրը։ Այս երեւույթը նկատել են Արիստոտելը և Դեկարտը։ Այնուամենայնիվ, միայն 1963 թվականին Տանզանիայի դպրոցական Էրաստո Մպեմբան որոշեց, որ տաք պաղպաղակը սառչում է ավելի կարճ ժամանակում, քան սառը պաղպաղակը: Այս եզրակացությունը նա արել է խոհարարական առաջադրանք կատարելիս։

Նա պետք է շաքարավազը լուծեր եռացրած կաթի մեջ և սառչելուց հետո դրեց սառնարանը, որ սառչի։ Ըստ երևույթին, Մպեմբան առանձնապես ջանասեր չէր և ուշ սկսեց կատարել առաջադրանքի առաջին մասը։ Ուստի նա չսպասեց, որ կաթը սառչի, տաք վիճակում դրեց սառնարանը։ Նա շատ զարմացավ, երբ այն նույնիսկ ավելի արագ սառեց, քան իր համադասարանցիներինը, որոնք աշխատանքը կատարում էին տվյալ տեխնիկայի համաձայն։

Այս փաստը շատ հետաքրքրեց երիտասարդին, և նա սկսեց փորձեր պարզ ջրով։ 1969 թվականին Physics Education ամսագիրը հրապարակեց Մպեմբայի և Դար Էս Սալաամի համալսարանի պրոֆեսոր Դենիս Օսբորնի հետազոտության արդյունքները։ Նրանց նկարագրած էֆեկտը ստացել է Մպեմբա անունը: Սակայն այսօր էլ երեւույթի հստակ բացատրությունը չկա։ Բոլոր գիտնականները համաձայն են, որ դրանում հիմնական դերը պատկանում է սառեցված և տաք ջրի հատկությունների տարբերություններին, իսկ թե կոնկրետ ինչն է անհայտ:

Սինգապուրի տարբերակ

Սինգապուրի համալսարաններից մեկի ֆիզիկոսներին նույնպես հետաքրքրում էր այն հարցը, թե ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում` տաք թե սառը: Հետազոտողների խումբը Սի Չժանի գլխավորությամբ բացատրել է այս պարադոքսը հենց ջրի հատկություններով։ Ջրի բաղադրությունը բոլորին հայտնի է դպրոցից՝ թթվածնի ատոմ և ջրածնի երկու ատոմ: Թթվածինը որոշ չափով հեռացնում է էլեկտրոնները ջրածնից, ուստի մոլեկուլը որոշակի տեսակի «մագնիս» է:

Արդյունքում ջրի որոշ մոլեկուլներ մի փոքր ձգվում են միմյանց և միավորվում ջրածնային կապով։ Նրա ուժը շատ անգամ ցածր է կովալենտային կապից։ Սինգապուրցի հետազոտողները կարծում են, որ Մպեմբայի պարադոքսի բացատրությունը հենց ջրածնային կապերի մեջ է: Եթե ​​ջրի մոլեկուլները միմյանց հետ շատ ամուր են դրված, ապա մոլեկուլների միջև նման ուժեղ փոխազդեցությունը կարող է դեֆորմացնել կովալենտային կապը հենց մոլեկուլի մեջտեղում:

Բայց երբ ջուրը տաքանում է, կապված մոլեկուլները մի փոքր հեռանում են միմյանցից: Արդյունքում, կովալենտային կապերի թուլացումն առաջանում է մոլեկուլների մեջտեղում՝ ավելորդ էներգիայի արտազատմամբ և էներգիայի ավելի ցածր մակարդակի անցումով։ Սա հանգեցնում է նրան, որ տաք ջուրը սկսում է արագ սառչել: Համենայն դեպս, սա են ցույց տալիս սինգապուրցի գիտնականների կատարած տեսական հաշվարկները։

Ջուրն ակնթարթորեն սառեցնելը՝ 5 անհավանական հնարք՝ Տեսանյութ

Քիմիայի բրիտանական թագավորական ընկերությունը 1000 ֆունտ ստեռլինգ պարգև է առաջարկում բոլորին, ովքեր գիտականորեն կարող են բացատրել, թե ինչու է տաք ջուրն ավելի արագ սառչում, քան սառը ջուրը որոշ դեպքերում:

«Ժամանակակից գիտությունը դեռևս չի կարող պատասխանել այս պարզ թվացող հարցին: Պաղպաղակ արտադրողներն ու բարմեններն օգտագործում են այս էֆեկտը իրենց ամենօրյա աշխատանքում, բայց իրականում ոչ ոք չգիտի, թե ինչու է այն աշխատում: Այս խնդիրը հայտնի է եղել հազարամյակների ընթացքում, որոնց մասին մտածում են այնպիսի փիլիսոփաներ, ինչպիսիք են Արիստոտելը և Դեկարտը», - ասում է պրոֆեսոր Դեյվիդ Ֆիլիպսը, Քիմիայի թագավորական ընկերության նախագահ, ինչպես մեջբերում է Society-ի մամուլի հաղորդագրությունը:

Ինչպես Աֆրիկայից եկած խոհարարը հաղթեց բրիտանացի ֆիզիկայի պրոֆեսորին

Սա ապրիլմեկյան կատակ չէ, այլ դաժան ֆիզիկական իրականություն։ Ժամանակակից գիտությունը, որը հեշտությամբ գործում է գալակտիկաների և սև խոռոչների հետ և կառուցում է հսկա արագացուցիչներ քվարկների և բոզոնների որոնման համար, չի կարող բացատրել, թե ինչպես է «աշխատում» տարրական ջուրը։ Դպրոցական դասագրքում հստակ նշված է, որ ավելի տաք մարմինը սառեցնելու համար ավելի շատ ժամանակ է պահանջվում, քան սառը մարմինը սառեցնելու համար: Բայց ջրի համար այս օրենքը միշտ չէ, որ պահպանվում է։ Արիստոտելը այս պարադոքսի վրա ուշադրություն հրավիրեց մ.թ.ա. 4-րդ դարում։ ե. Ահա թե ինչ է գրել հին հույնն իր Meteorologica I գրքում. Ուստի շատերը, երբ ցանկանում են ավելի արագ սառեցնել տաք ջուրը, նախ այն դնում են արևի տակ...» Միջնադարում Ֆրենսիս Բեկոնը և Ռենե Դեկարտը փորձել են բացատրել այս երեւույթը։ Ավաղ, դա չհաջողվեց ոչ մեծ փիլիսոփաներին, ոչ էլ դասական ջերմաֆիզիկա մշակած բազմաթիվ գիտնականներին, և, հետևաբար, նման անհարմար փաստը երկար ժամանակ «մոռացվեց»:

Եվ միայն 1968 թվականին նրանք «հիշեցին» Տանզանիայից դպրոցական Էրաստո Մպեմբեի շնորհիվ՝ հեռու որևէ գիտությունից։ 1963 թվականին խոհարարական արվեստի դպրոցում սովորելիս 13-ամյա Մպեմբեին հանձնարարվել է պաղպաղակ պատրաստել։ Ըստ տեխնոլոգիայի՝ անհրաժեշտ էր կաթը եռացնել, մեջ շաքարավազ լուծել, հովացնել մինչև սենյակային ջերմաստիճանիսկ հետո դնել սառնարանում, որ սառչի։ Ըստ երևույթին, Մպեմբան ջանասեր ուսանող չէր և տատանվում էր։ Վախենալով, որ դասի ավարտին չի հասցնի, դեռ տաք կաթը դրեց սառնարանը։ Ի զարմանս իրեն, այն նույնիսկ ավելի շուտ սառեց, քան իր ընկերների կաթը՝ պատրաստված բոլոր կանոններով։

Երբ Մպեմբան կիսվեց իր հայտնագործությամբ իր ֆիզիկայի ուսուցչի հետ, նա ծիծաղեց նրա վրա ամբողջ դասարանի առաջ: Մպեմբան հիշեց վիրավորանքը. Հինգ տարի անց, արդեն Դար էս Սալաամի համալսարանի ուսանող, նա մասնակցեց հայտնի ֆիզիկոս Դենիս Գ. Օսբորնի դասախոսությանը: Դասախոսությունից հետո նա գիտնականին հարց տվեց. «Եթե դուք վերցնեք երկու նույնական տարաներ՝ հավասար քանակությամբ ջուրով, մեկը 35 °C (95 °F) ջերմաստիճանում, իսկ մյուսը 100 °C (212 °F), և տեղադրեք դրանք։ սառցարանում, ապա տաք տարայի ջուրն ավելի արագ կսառչի։ Ինչո՞ւ»։ Պատկերացնում եք բրիտանացի պրոֆեսորի արձագանքը աստվածատուր Տանզանիայից մի երիտասարդի հարցին: Նա ծաղրեց աշակերտին. Սակայն Մպեմբան պատրաստ էր նման պատասխանի և գիտնականին մարտահրավեր նետեց գրազի։ Նրանց վեճն ավարտվեց փորձարարական թեստով, որը հաստատեց, որ Մպեմբան ճիշտ էր, իսկ Օսբորնը պարտվեց: Այսպիսով, աշակերտ խոհարարն իր անունը գրեց գիտության պատմության մեջ, և այսուհետ այս երևույթը կոչվում է «Մպեմբայի էֆեկտ»: Անհնար է այն դեն նետել, հայտարարել որպես «գոյություն»։ Երևույթը կա, և, ինչպես գրել է բանաստեղծը, «չի վնասում»։

Արդյո՞ք մեղավոր են փոշու մասնիկները և լուծույթները:

Տարիների ընթացքում շատերը փորձել են բացահայտել սառչող ջրի առեղծվածը: Առաջարկվել են այս երևույթի բացատրությունների մի ամբողջ փունջ՝ գոլորշիացում, կոնվեկցիա, լուծված նյութերի ազդեցությունը, բայց այս գործոններից և ոչ մեկը չի կարելի վերջնական համարել: Մի շարք գիտնականներ իրենց ողջ կյանքը նվիրել են Mpemba էֆեկտին։ Ճառագայթային անվտանգության վարչության աշխատակից Պետական ​​համալսարանՆյու Յորք - Ջեյմս Բրաունրիջ - ներս ազատ ժամանակնա ուսումնասիրում է պարադոքսը արդեն ավելի քան մեկ տասնամյակ: Հարյուրավոր փորձեր կատարելուց հետո գիտնականը պնդում է, որ ունի հիպոթերմային «մեղքի» ապացույցներ։ Բրաունրիջը բացատրում է, որ 0°C-ում ջուրը միայն գերսառչում է և սկսում է սառչել, երբ ջերմաստիճանն իջնում ​​է ստորև: Սառեցման կետը կարգավորվում է ջրի մեջ առկա կեղտերով. դրանք փոխում են սառցե բյուրեղների ձևավորման արագությունը: Կեղտերը, ինչպիսիք են փոշու մասնիկները, բակտերիաները և լուծված աղերը, ունեն միջուկացման բնորոշ ջերմաստիճան, երբ բյուրեղացման կենտրոնների շուրջ ձևավորվում են սառցե բյուրեղներ: Երբ ջրի մեջ միանգամից մի քանի տարր կա, սառեցման կետը որոշվում է նրանով, որն ունի ամենաշատը բարձր ջերմաստիճանիմիջուկացում.

Փորձի համար Բրաունրիջը վերցրեց նույն ջերմաստիճանի ջրի երկու նմուշ և դրեց դրանք սառնարանում: Նա հայտնաբերեց, որ նմուշներից մեկը միշտ սառչում էր մյուսից առաջ, ենթադրաբար դրա պատճառով տարբեր համակցություններկեղտերը.

Բրաունրիջն ասում է, որ տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում, քանի որ ջրի և սառցարանի ջերմաստիճանի միջև ավելի մեծ տարբերություն կա. սա օգնում է նրան հասնել իր սառեցման կետին, մինչև սառը ջուրը հասնի բնական սառեցման կետին, որն առնվազն 5°C ցածր է:

Այնուամենայնիվ, Բրաունրիջի հիմնավորումը շատ հարցեր է առաջացնում։ Հետևաբար, նրանք, ովքեր կարող են յուրովի բացատրել Մպեմբայի էֆեկտը, հնարավորություն ունեն հազար ֆունտ ստեռլինգի համար մրցել Քիմիայի թագավորական ընկերությունից:

Դպրոցում իմ սիրելի առարկաներից մեկը քիմիան էր: Մի անգամ քիմիայի ուսուցիչը մեզ շատ տարօրինակ ու դժվար առաջադրանք տվեց. Նա մեզ տվեց հարցերի ցանկ, որոնց պետք է պատասխանեինք քիմիայի առումով։ Մեզ մի քանի օր ժամանակ տրվեց այս առաջադրանքի համար և թույլ տվեցինք օգտվել գրադարաններից և տեղեկատվության այլ մատչելի աղբյուրներից: Այս հարցերից մեկը վերաբերում էր ջրի սառեցման կետին։ Չեմ հիշում, թե կոնկրետ ինչպես հնչեց հարցը, բայց խոսքը վերաբերում էր նրան, որ եթե վերցնես նույն չափի երկու փայտե դույլ, մեկը՝ տաք ջուր, մյուսը ցուրտով (ճիշտ նշված ջերմաստիճանով), և դրանք տեղադրեք որոշակի ջերմաստիճան ունեցող միջավայրում, ո՞ր մեկն ավելի արագ կսառչի։ Իհարկե, պատասխանն անմիջապես ինքն իրեն առաջարկեց՝ մի դույլ սառը ջուր, բայց մենք կարծում էինք, որ դա չափազանց պարզ է: Բայց սա բավարար չէր ամբողջական պատասխան տալու համար, պետք էր դա ապացուցել քիմիական տեսանկյունից. Չնայած իմ բոլոր մտորումներին ու հետազոտություններին, ես չկարողացա տրամաբանական եզրակացության գալ։ Ես նույնիսկ որոշեցի այդ օրը բաց թողնել այս դասը, ուստի երբեք չսովորեցի այս հանելուկի լուծումը:

Անցել են տարիներ, և ես շատ բան եմ սովորել առօրյա առասպելներջրի եռման և սառեցման կետի մասին, և մի առասպել ասում էր. «տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում»։ Ես նայեցի բազմաթիվ կայքեր, բայց տեղեկատվությունը չափազանց հակասական էր: Իսկ դրանք ընդամենը կարծիքներ էին՝ գիտական ​​տեսանկյունից անհիմն։ Եվ ես որոշեցի ծախսել սեփական փորձը. Քանի որ չկարողացա գտնել փայտե դույլեր, օգտագործեցի սառնարանը, վառարանը, մի քիչ ջուր և թվային ջերմաչափ: Իմ փորձառության արդյունքների մասին կպատմեմ մի փոքր ուշ։ Նախ, ես ձեզ հետ կկիսվեմ ջրի վերաբերյալ մի քանի հետաքրքիր փաստարկներով.

Տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում, քան սառը։ Փորձագետների մեծ մասն ասում է, որ սառը ջուրն ավելի արագ կսառչի, քան տաք ջուրը։ Բայց մեկ զվարճալի երեւույթ (այսպես կոչված, Memba էֆեկտը), անհայտ պատճառներով, ապացուցում է հակառակը՝ տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում, քան սառը ջուրը։ Մի քանի բացատրություններից մեկը գոլորշիացման գործընթացն է. եթե շատ տաք ջուր տեղադրվի սառը միջավայրում, ջուրը կսկսի գոլորշիանալ (ջրի մնացած քանակությունը ավելի արագ կսառչի): Իսկ քիմիայի օրենքներով սա ամենևին առասպել չէ, և ամենայն հավանականությամբ հենց դա էր ուզում լսել մեզանից ուսուցիչը։

Եռացրած ջուրն ավելի արագ է սառչում, քան ծորակի ջուրը: Չնայած նախորդ բացատրությանը, որոշ փորձագետներ պնդում են, որ եռացրած ջուրը, որը սառչել է սենյակային ջերմաստիճանում, պետք է ավելի արագ սառչի, քանի որ եռալը նվազեցնում է թթվածնի քանակը:

Սառը ջուրն ավելի արագ է եռում, քան տաք ջուրը։ Եթե ​​տաք ջուրն ավելի արագ է սառչում, ապա միգուցե սառը ջուրն ավելի արագ է եռում: Սա հակասում է ողջախոհությունև գիտնականներն ասում են, որ դա պարզապես չի կարող լինել: Տաք ջուրը իրականում պետք է ավելի արագ եռա, քան սառը ջուրը: Բայց եռացնելու համար տաք ջրի օգտագործումը էներգիա չի խնայում։ Դուք կարող եք ավելի քիչ գազ կամ լույս օգտագործել, բայց ջրատաքացուցիչը կօգտագործի նույն քանակությամբ էներգիա, որն անհրաժեշտ է սառը ջուրը տաքացնելու համար: (ՀԵՏ արեւային էներգիաամեն ինչ մի փոքր այլ է): Ջրատաքացուցիչով ջուրը տաքացնելու արդյունքում կարող է նստվածք առաջանալ, ուստի ջրի տաքացման համար ավելի երկար ժամանակ կպահանջվի։

Եթե ​​ջրին աղ ավելացնեք, այն ավելի արագ կեռա։ Աղը բարձրացնում է եռման ջերմաստիճանը (և համապատասխանաբար իջեցնում է սառեցման ջերմաստիճանը, այդ իսկ պատճառով որոշ տնային տնտեսուհիներ իրենց պաղպաղակի մեջ մի քիչ քարի աղ են ավելացնում): Բայց այս դեպքում մեզ մեկ այլ հարց է հետաքրքրում՝ որքան ժամանակ ջուրը եռալու է և արդյոք եռման կետը այս դեպքում կարող է բարձրանալ 100°C-ից: Չնայած այն ամենին, ինչ ասում են խոհարարական գրքերում, գիտնականներն ասում են, որ աղի քանակությունը, որը մենք ավելացնում ենք եռացող ջրին, բավարար չէ եռման ժամանակի կամ ջերմաստիճանի վրա ազդելու համար։

Բայց ահա թե ինչ ստացա.

Սառը ջուր. ես օգտագործեցի երեք 100 մլ բաժակ մաքրված ջուր՝ մեկ բաժակ սենյակային ջերմաստիճանով (72°F/22°C), մեկը տաք ջրով (115°F/46°C) և մեկը եռացրած ջրով (212): °F/100°C): Բոլոր երեք բաժակները դրեցի սառցախցիկում -18°C ջերմաստիճանում։ Եվ քանի որ ես գիտեի, որ ջուրն անմիջապես սառույցի չի վերածվի, ես որոշեցի սառեցման աստիճանը՝ օգտագործելով «փայտե բոց»: Երբ ապակու կենտրոնում դրված փայտիկը այլեւս չէր դիպչում հիմքին, ես համարեցի, որ ջուրը սառած է։ Ես ստուգում էի ակնոցները հինգ րոպեն մեկ: Իսկ ինչպիսի՞ն են իմ արդյունքները: Առաջին բաժակի ջուրը սառել է 50 րոպե հետո։ Տաք ջուրը սառել է 80 րոպե հետո։ Եփած - 95 րոպե հետո: Իմ բացահայտումները. Հաշվի առնելով սառցախցիկի պայմանները և իմ օգտագործած ջուրը, ես չկարողացա վերարտադրել Մեմբայի էֆեկտը:

Ես փորձեցի նաև այս փորձը նախկինում եռացրած ջրի հետ, որը սառեցվել էր մինչև սենյակային ջերմաստիճան: Այն սառեցրեց 60 րոպեի ընթացքում, սակայն սառը ջրից ավելի երկար ժամանակ պահանջվեց:

Եփած ջուր. Վերցրի մեկ լիտր սենյակային ջերմաստիճանի ջուր և դրեցի կրակի վրա։ Այն եփվեց 6 րոպեում։ Այնուհետև այն նորից սառեցրի մինչև սենյակային ջերմաստիճան և ավելացրեցի այն, քանի դեռ տաք էր: Նույն կրակով տաք ջուրը եռաց 4 ժամ 30 րոպեում։ Եզրակացություն. Ինչպես և սպասվում էր, տաք ջուրը շատ ավելի արագ է եռում:

Եփած ջուր (աղով)՝ ավելացրել եմ 2 մեծ գդալներճաշի աղ 1 լիտր ջրի դիմաց։ Այն եռացել է 6 րոպե 33 վայրկյանում, և ինչպես ցույց է տվել ջերմաչափը, հասել է 102°C ջերմաստիճանի։ Անկասկած, աղը ազդում է եռման կետի վրա, բայց ոչ շատ։ Եզրակացություն՝ ջրի մեջ աղը մեծապես չի ազդում ջերմաստիճանի և եռման ժամանակի վրա։ Անկեղծորեն ընդունում եմ, որ իմ խոհանոցը հազիվ թե կարելի է լաբորատորիա անվանել, և գուցե իմ եզրակացությունները հակասում են իրականությանը։ Իմ սառցարանկարող է անհավասար սառեցնել սնունդը: Իմ ապակե ակնոցները կարող են լինել անկանոն ձև, և այլն Բայց ինչ էլ որ պատահի լաբորատորիայում, երբ խոսքը վերաբերում է խոհանոցում ջրի սառեցմանը կամ եռացմանը, ամենակարեւորը ողջախոհությունն է:

հետ կապ հետաքրքիր փաստերջրի մասին բոլոր ջրի մասին
ինչպես առաջարկվում է forum.ixbt.com կայքում, այս էֆեկտը (տաք ջրի ավելի արագ սառչելու ազդեցությունը, քան սառը ջուրը) կոչվում է «Արիստոտել-Մպեմբայի էֆեկտ»:

Նրանք. Եռացրած ջուրը (սառեցված) ավելի արագ է սառչում, քան «հումքը»

Կան բազմաթիվ գործոններ, որոնք ազդում են ջրի ավելի արագ սառչման վրա՝ տաք թե սառը, բայց հարցն ինքնին մի փոքր տարօրինակ է թվում։ Հետևանքը, և դա հայտնի է ֆիզիկայից, այն է, որ տաք ջրին դեռ ժամանակ է պետք սառչի սառույցի վերածվելու համար, որպեսզի սառչի համեմատվող սառը ջրի ջերմաստիճանը: Սառը ջուրը կարող է բաց թողնել այս փուլը, և, համապատասխանաբար, ժամանակ է շահում:

Բայց այն հարցի պատասխանը, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաք, դրսում ցրտին, հյուսիսային լայնությունների ցանկացած բնակիչ գիտի: Փաստորեն, գիտականորեն պարզվում է, որ ամեն դեպքում սառը ջուրն ուղղակի պարտավոր է ավելի արագ սառչել։

Ֆիզիկայի ուսուցիչը, որին մոտեցել է դպրոցական Էրաստո Մպեմբան 1963 թվականին, նույն բանն է մտածել՝ խնդրելով բացատրել, թե ինչու է ապագա պաղպաղակի սառը խառնուրդը սառչելու համար ավելի երկար ժամանակ պահանջվում, քան նմանատիպ, բայց տաք պաղպաղակը:

«Սա համընդհանուր ֆիզիկա չէ, այլ Մպեմբա ֆիզիկա»

Այդ ժամանակ ուսուցիչը միայն ծիծաղեց դրա վրա, բայց ֆիզիկայի պրոֆեսոր Դենիս Օսբորնը, ով մի ժամանակ այցելեց նույն դպրոցը, որտեղ սովորում էր Էրաստոն, փորձնականորեն հաստատեց նման էֆեկտի առկայությունը, թեև այն ժամանակ դրա բացատրությունը չկար: 1969 թվականին հանրահայտ գիտական ​​ամսագրում հրապարակվել է այս երկու մարդկանց համատեղ հոդվածը, որը նկարագրել է այս յուրահատուկ ազդեցությունը։

Այդ ժամանակից ի վեր, ի դեպ, այն հարցը, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` տաք թե սառը, ունի իր անունը` Մպեմբա էֆեկտ, կամ պարադոքս:

Հարցը վաղուց էր

Բնականաբար, նման երեւույթ նախկինում էլ եղել է, եւ դրա մասին հիշատակվել է այլ գիտնականների աշխատություններում։ Այս հարցով հետաքրքրված էր ոչ միայն դպրոցականը, այլև ժամանակին այդ մասին մտածում էին Ռենե Դեկարտը և նույնիսկ Արիստոտելը։

Բայց նրանք սկսեցին մոտեցումներ փնտրել այս պարադոքսի լուծման համար միայն քսաներորդ դարի վերջում։

Պարադոքսի առաջացման պայմանները

Ինչպես պաղպաղակի դեպքում, դա հեշտ չէ պարզ ջուրփորձի ժամանակ սառչում է: Որոշակի պայմաններ պետք է լինեն, որպեսզի սկսենք վիճել, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաքը: Ի՞նչն է ազդում այս գործընթացի ընթացքի վրա:

Այժմ՝ 21-րդ դարում, մի քանի տարբերակներ են առաջ քաշվել, որոնք կարող են բացատրել այս պարադոքսը։ Որ ջուրն է ավելի արագ սառչում, տաք թե սառը, կարող է կախված լինել այն փաստից, որ այն ունի ավելի բարձր գոլորշիացման արագություն, քան սառը ջուրը: Այսպիսով, նրա ծավալը նվազում է, և ծավալի նվազումով սառեցման ժամանակն ավելի կարճ է դառնում, քան եթե վերցնենք սառը ջրի նույն սկզբնական ծավալը։

Արդեն որոշ ժամանակ է, ինչ դուք սառցակալել եք սառցախցիկը:

Որ ջուրն է ավելի արագ սառչում և ինչու է դա տեղի ունենում, կարող է ազդել ձյան ծածկույթի վրա, որը կարող է առկա լինել փորձի համար օգտագործվող սառնարանի սառնարանում: Եթե ​​վերցնում եք երկու տարա, որոնք ծավալով նույնական են, բայց դրանցից մեկը տաք ջուր է պարունակում, իսկ մյուսը սառը, տաք ջրով տարան կհալչի տակի ձյունը՝ դրանով իսկ բարելավելով ջերմային մակարդակի շփումը սառնարանի պատի հետ։ Սառը ջրի կոնտեյները դա չի կարող անել: Եթե ​​կա նման երեսպատում ձյունով սառնարանային խցիկոչ, սառը ջուրը պետք է ավելի արագ սառչի:

Վերև - ներքև

Նաև այն երևույթը, որի ջուրն ավելի արագ է սառչում` տաք թե սառը, բացատրվում է հետևյալ կերպ. Որոշ օրենքների համաձայն՝ սառը ջուրը սկսում է սառչել վերին շերտերը, շոգին հակառակն է անում՝ ներքեւից վերեւ սկսում է սառչել։ Պարզվում է, որ սառը ջուրը, վրան ունենալով սառը շերտ՝ տեղ-տեղ արդեն գոյացած սառույցով, այդպիսով վատթարացնում է կոնվեկցիայի պրոցեսները և ջերմային ճառագայթում, դրանով բացատրելով, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում՝ սառը, թե տաք։ Կցված են լուսանկարներ սիրողական փորձերից, և դա հստակ երևում է այստեղ։

Ջերմությունը դուրս է գալիս՝ շտապելով վերև, և այնտեղ հանդիպում է շատ զով շերտի։ Ջերմային ճառագայթման համար ազատ ճանապարհ չկա, ուստի հովացման գործընթացը դժվարանում է: Տաք ջուրն իր ճանապարհին բացարձակապես նման խոչընդոտներ չունի։ Ո՞րն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաք, ի՞նչն է որոշում հավանական արդյունքը. Դուք կարող եք ընդլայնել պատասխանը` ասելով, որ ցանկացած ջրի մեջ լուծված են որոշակի նյութեր:

Ջրի կեղտը որպես արդյունքի վրա ազդող գործոն

Եթե ​​դուք չեք խաբում և օգտագործում եք նույն բաղադրությամբ ջուր, որտեղ որոշ նյութերի կոնցենտրացիաները նույնական են, ապա սառը ջուրը պետք է ավելի արագ սառչի։ Բայց եթե իրավիճակ է առաջանում, երբ լուծարվում է քիմիական տարրերհասանելի են միայն տաք ջրում, իսկ սառը ջրում դրանք չկան, ապա հնարավորություն կա, որ տաք ջուրն ավելի շուտ սառչի։ Դա բացատրվում է նրանով, որ ջրի մեջ լուծված նյութերը ստեղծում են բյուրեղացման կենտրոններ, և այդ կենտրոնների փոքր քանակի դեպքում ջրի վերածումը պինդ վիճակի դժվար է։ Հնարավոր է նույնիսկ, որ ջուրը գերսառեցվի, այն առումով, որ զրոյից ցածր ջերմաստիճանի դեպքում այն ​​կլինի հեղուկ վիճակում։

Բայց այս բոլոր վարկածները, ըստ երեւույթին, ամբողջությամբ չեն սազում գիտնականներին, և նրանք շարունակել են աշխատել այս հարցի վրա։ 2013-ին Սինգապուրի մի խումբ հետազոտողներ ասացին, որ իրենք լուծել են դարավոր առեղծված:

Չինացի գիտնականների խումբը պնդում է, որ այս ազդեցության գաղտնիքը կայանում է էներգիայի քանակի մեջ, որը պահպանվում է ջրի մոլեկուլների միջև՝ ջրածնային կապերի մեջ:

Չինացի գիտնականների պատասխանը

Հետևյալը տեղեկատվություն է, որը հասկանալու համար պետք է որոշակի գիտելիքներ ունենալ քիմիայից, որպեսզի հասկանաք, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` տաք թե սառը: Ինչպես հայտնի է, այն բաղկացած է երկու H (ջրածնի) ատոմներից և մեկ O (թթվածին) ատոմներից, որոնք միասին պահվում են կովալենտային կապերով։

Բայց նաև մեկ մոլեկուլի ջրածնի ատոմները ձգվում են դեպի հարևան մոլեկուլները, նրանց թթվածնի բաղադրիչը: Այս կապերը կոչվում են ջրածնային կապեր:

Հարկ է հիշել, որ միաժամանակ ջրի մոլեկուլները վանող ազդեցություն են ունենում միմյանց վրա։ Գիտնականները նշել են, որ երբ ջուրը տաքացվում է, նրա մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է, և դրան նպաստում են վանող ուժերը։ Պարզվում է, որ սառը վիճակում մոլեկուլների միջև նույն հեռավորությունը զբաղեցնելով, կարելի է ասել, որ ձգվում են, և ունեն էներգիայի ավելի մեծ պաշար։ Հենց այս էներգիայի պաշարն է ազատվում, երբ ջրի մոլեկուլները սկսում են մոտենալ միմյանց, այսինքն՝ տեղի է ունենում սառեցում։ Պարզվում է, որ տաք ջրում էներգիայի ավելի մեծ պաշարը և զրոյից ցածր ջերմաստիճանի սառեցման ժամանակ դրա ավելի մեծ արտազատումը տեղի է ունենում ավելի արագ, քան սառը ջրում, որն ունի նման էներգիայի ավելի փոքր պաշար: Այսպիսով, ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաք: Փողոցում և լաբորատորիայում պետք է տեղի ունենա Մպեմբայի պարադոքսը, և տաք ջուրն ավելի արագ վերածվի սառույցի։

Բայց հարցը դեռ բաց է

Այս լուծման միայն տեսական հաստատում կա՝ այս ամենը գրված է գեղեցիկ բանաձևերով և հավանական է թվում։ Բայց երբ փորձարարական տվյալները, որոնց վերաբերյալ ջուրն ավելի արագ է սառչում` տաք թե սառը, գործնական կիրառության մեջ դրվեն, և դրանց արդյունքները ներկայացվեն, ապա Մպեմբայի պարադոքսի հարցը կարելի է փակված համարել: