انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا به هر کسی که بتواند توضیح دهد 1000 پوند جایزه می دهد. نکته علمیمشاهده، چرا در برخی موارد آب گرمسریعتر از سرما یخ می زند

"علم مدرن هنوز نمی تواند به این سوال به ظاهر ساده پاسخ دهد. بستنی سازها و بارمن ها از این جلوه در کارهای روزانه خود استفاده می کنند، اما هیچ کس واقعاً نمی داند که چرا این کار موثر است. پروفسور دیوید فیلیپس، رئیس انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا، در بیانیه مطبوعاتی انجمن گفت: این مشکل برای هزاران سال شناخته شده است، و فیلسوفانی مانند ارسطو و دکارت در مورد آن فکر می کنند.

چگونه آشپزی از آفریقا یک استاد فیزیک بریتانیایی را شکست داد

این یک شوخی اول آوریل نیست، بلکه یک واقعیت فیزیکی خشن است. علم مدرن که به راحتی با کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها کار می‌کند و شتاب‌دهنده‌های غول‌پیکر برای جستجوی کوارک‌ها و بوزون‌ها می‌سازد، نمی‌تواند توضیح دهد که آب اولیه چگونه «کار می‌کند». کتاب درسی مدرسه به وضوح بیان می کند که برای خنک کردن بدن گرمتر نسبت به خنک کردن بدن سرد زمان بیشتری نیاز است. اما برای آب این قانون همیشه رعایت نمی شود. ارسطو در قرن چهارم قبل از میلاد به این پارادوکس توجه کرد. ه. این چیزی است که من نوشتم یونان باستاندر کتاب Meteorologica I: «این واقعیت که آب از قبل گرم شده است به یخ زدن آن کمک می کند. بنابراین، بسیاری از مردم وقتی می خواهند آب داغ را سریعتر خنک کنند، ابتدا آن را زیر نور خورشید قرار می دهند...» در قرون وسطی فرانسیس بیکن و رنه دکارت سعی در توضیح این پدیده داشتند. افسوس که نه فیلسوفان بزرگ و نه دانشمندان متعددی که گرمافیزیک کلاسیک را توسعه دادند در این امر موفق نبودند و بنابراین در این مورد واقعیت ناخوشایند"فراموش شده" برای مدت طولانی.

و فقط در سال 1968 آنها به لطف دانش آموز Erasto Mpembe از تانزانیا ، به دور از هر علمی "به یاد آوردند". در حالی که در سال 1963 در مدرسه هنرهای آشپزی تحصیل می کرد، امپمب 13 ساله وظیفه ساخت بستنی را به عهده گرفت. با توجه به تکنولوژی، لازم بود شیر را بجوشانید، شکر را در آن حل کنید، تا دمای اتاق خنک کنید و سپس در یخچال بگذارید تا یخ بزند. ظاهراً مپمبا دانشجوی کوشا نبود و مردد بود. از ترس اینکه تا آخر درس درست نشه، شیر داغ رو توی یخچال گذاشت. در کمال تعجب، حتی زودتر از شیر رفقایش که طبق تمام قوانین تهیه شده بود، یخ زد.

هنگامی که مپمبا کشف خود را با معلم فیزیک خود در میان گذاشت، او در حضور تمام کلاس به او خندید. مپمبا توهین را به یاد آورد. پنج سال بعد، که قبلاً دانشجوی دانشگاه دارالسلام بود، در سخنرانی فیزیکدان معروف دنیس جی آزبورن شرکت کرد. پس از سخنرانی، او از دانشمند سؤالی پرسید: "اگر دو ظرف یکسان با مقدار مساوی آب، یکی در دمای 35 درجه سانتیگراد (95 درجه فارنهایت) و دیگری در 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) بردارید و آنها را قرار دهید. در فریزر، سپس آب در ظرف داغ سریعتر یخ می زند. چرا؟" می توانید واکنش یک پروفسور بریتانیایی به سوال مرد جوانی از خداحافظی تانزانیا را تصور کنید. دانش آموز را مسخره کرد. با این حال، Mpemba برای چنین پاسخی آماده بود و دانشمند را به شرط بندی به چالش کشید. اختلاف آنها با یک آزمایش آزمایشی به پایان رسید که تأیید کرد حق با مپمبا بود و آزبورن شکست خورد. بنابراین، آشپز شاگرد نام خود را در تاریخ علم نوشت و از این پس این پدیده "اثر مپمبا" نامیده می شود. غیرممکن است که آن را کنار بگذاریم، آن را به عنوان "غیر موجود" اعلام کنیم. این پدیده وجود دارد، و همانطور که شاعر نوشته است، "درد ندارد."

آیا ذرات گرد و غبار و املاح مقصر هستند؟

در طول سال ها، بسیاری تلاش کرده اند راز یخ زدن آب را کشف کنند. مجموعه کاملی از توضیحات برای این پدیده ارائه شده است: تبخیر، همرفت، تأثیر مواد محلول - اما هیچ یک از این عوامل را نمی توان قطعی در نظر گرفت. تعدادی از دانشمندان تمام زندگی خود را وقف اثر Mpemba کرده اند. کارمند اداره ایمنی در برابر تشعشعات دانشگاه دولتینیویورک - جیمز براونریج - در وقت آزادبیش از یک دهه است که در حال مطالعه پارادوکس است. پس از انجام صدها آزمایش، دانشمند ادعا می کند که شواهدی از "گناه بودن" هیپوترمی دارد. براونریج توضیح می‌دهد که در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، آب فقط فوق‌سرد می‌شود و زمانی که دما به پایین‌تر می‌آید شروع به یخ زدن می‌کند. نقطه انجماد توسط ناخالصی های موجود در آب تنظیم می شود - آنها سرعت تشکیل کریستال های یخ را تغییر می دهند. ناخالصی ها، مانند ذرات گرد و غبار، باکتری ها و نمک های محلول، زمانی که کریستال های یخ در اطراف مراکز تبلور تشکیل می شوند، دمای هسته مشخصی دارند. هنگامی که چندین عنصر به طور همزمان در آب وجود دارند، نقطه انجماد توسط عنصری تعیین می شود که بالاترین دمای هسته را دارد.

برای این آزمایش، براونریج دو نمونه آب با دمای یکسان برداشت و آنها را در فریزر قرار داد. او کشف کرد که یکی از نمونه ها همیشه قبل از دیگری یخ می زند - احتمالاً به دلیل ترکیبات مختلفناخالصی ها

براونریج ادعا می کند که آب گرم به دلیل اختلاف بیشتر بین دمای آب و فریزر سریعتر سرد می شود - این به آن کمک می کند قبل از رسیدن به نقطه انجماد خود آب سردبه نقطه انجماد طبیعی خود می رسد که حداقل 5 درجه سانتیگراد کمتر است.

با این حال، استدلال براونریج سؤالات زیادی را ایجاد می کند. بنابراین، کسانی که می توانند اثر Mpemba را به روش خود توضیح دهند، این شانس را دارند که برای هزار پوند استرلینگ از انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا رقابت کنند.

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا آبی که تا 82 درجه سانتیگراد گرم می شود سریعتر از آب سرد یخ می زند؟ به احتمال زیاد نه، من حتی بیش از حد مطمئن هستم که این سوال هرگز برای شما پیش نیامده است: کدام آب سریعتر یخ می زند، گرم یا سرد؟

با این حال این کشف شگفت انگیزساخته شده توسط یک دانش آموز آفریقایی معمولی Erasto Mpemba در سال 1963. این تجربه معمول یک پسر کنجکاو بود، البته او نمی توانست معنای خود را به درستی تفسیر کند و علاوه بر این، دانشمندان از سراسر جهان تا سال 1966 نتوانستند به طور واضح و مستدل توضیح دهند. پاسخ به این سوال - چرا آب گرمسریعتر از سرما یخ می زند

چرا آب گرم در دمای 4 درجه سانتیگراد و آب سرد در دمای 0 یخ می زند؟

آب سرد دارای مقدار زیادی اکسیژن محلول است، اوست که دمای انجماد آب را در 0 درجه حفظ می کند. اگر اکسیژن از آب خارج شود و این اتفاقی می افتد که آب گرم می شود، حباب های هوا در آب حل می شوند، همانطور که امروزه مد شده است، فرو می ریزد، آب تبدیل به یخ می شود نه مثل همیشه در صفر درجه، و در حال حاضر در 4 درجه سانتیگراد. این اکسیژن محلول در آب است که پیوندهای بین مولکول های آب را می شکند و از رفتن آب از حالت مایع به جامد جلوگیری می کند و به سادگی به حالت جامد تبدیل می شود.

این درست است، اگرچه باورنکردنی به نظر می رسد، زیرا در طول فرآیند انجماد، آب از قبل گرم شده باید از دمای آب سرد عبور کند. در همین حال، این اثر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال، پیست های اسکیت و سرسره ها در زمستان با آب گرم به جای سرد پر می شوند. کارشناسان به رانندگان توصیه می کنند در زمستان آب سرد و نه گرم را در مخزن ماشین لباسشویی بریزند. این پارادوکس در جهان به عنوان "اثر Mpemba" شناخته می شود.

این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت ذکر شد، اما تنها در سال 1963 اساتید فیزیک به آن توجه کردند و سعی در مطالعه آن کردند. همه چیز از آنجا شروع شد که یک دانش آموز تانزانیایی، Erasto Mpemba متوجه شد که شیر شیرینی که برای تهیه بستنی استفاده می کرد، اگر از قبل گرم شده باشد، سریعتر یخ می زند و این فرضیه را مطرح کرد که آب داغ سریعتر از آب سرد منجمد می شود. او برای توضیح به معلم فیزیک مراجعه کرد، اما او فقط به دانش آموز خندید و این جمله را گفت: "این فیزیک جهانی نیست، بلکه فیزیک Mpemba است."

خوشبختانه، دنیس آزبورن، استاد فیزیک از دانشگاه دارالسلام، یک روز از مدرسه بازدید کرد. و مپمبا با همان سوال به سمت او برگشت. پروفسور کمتر بدبین بود، گفت که نمی تواند چیزی را که هرگز ندیده است قضاوت کند و پس از بازگشت به خانه از کارکنانش خواست آزمایش های مناسب را انجام دهند. انگار حرف پسر را تایید کردند. در هر صورت، در سال 1969، آزبورن در مورد همکاری با Mpemba در مجله انگلیسی صحبت کرد. فیزیکتحصیلات" در همان سال، جورج کل از شورای تحقیقات ملی کانادا مقاله ای را در توصیف این پدیده به زبان انگلیسی منتشر کرد. آمریکاییمجلهازفیزیک».

چندین توضیح ممکن برای این پارادوکس وجود دارد:

• آب داغ سریعتر تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آب سرد باید سریعتر در ظروف دربسته منجمد شود.
• در دسترس بودن پوشش برفی ظرف با آب گرمبرف زیر را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با سطح خنک کننده را بهبود می بخشد. آب سرد برف زیر را آب نمی کند. اگر آستر برفی وجود نداشته باشد، ظرف آب سرد باید سریعتر یخ بزند.
• آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. با اختلاط مکانیکی اضافی آب در ظروف، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• وجود مراکز تبلور در آب سرد - مواد محلول در آن. با تعداد کمی از چنین مراکزی در آب سرد، تبدیل آب به یخ دشوار است و حتی ممکن است فوق خنک شود، زمانی که در حالت مایع با دمای زیر صفر باقی بماند.

اخیرا توضیح دیگری منتشر شده است. دکتر جاناتان کاتز از دانشگاه واشنگتن این پدیده را مطالعه کرد و به این نتیجه رسید که مواد محلول در آب که هنگام گرم شدن رسوب می کنند، نقش مهمی در آن دارند.
تحت منحل شده است مواد Dr.کاتز به بی کربنات های کلسیم و منیزیم اشاره دارد که در آب سخت یافت می شود. وقتی آب گرم می شود، این مواد رسوب می کنند و آب «نرم» می شود. آبی که هرگز گرم نشده است حاوی این ناخالصی ها است و "سخت" است. با یخ زدن و تشکیل کریستال های یخ، غلظت ناخالصی ها در آب 50 برابر افزایش می یابد. به همین دلیل نقطه انجماد آب کاهش می یابد.

این توضیح به نظر من قانع کننده نیست، زیرا ... ما نباید فراموش کنیم که این اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد، نه با آب سخت. به احتمال زیاد، علل این پدیده ترموفیزیکی است، نه شیمیایی.

تاکنون هیچ توضیح روشنی برای پارادوکس Mpemba به دست نیامده است. باید گفت که برخی از دانشمندان این پارادوکس را شایسته توجه نمی دانند. با این حال، بسیار جالب است که یک پسر مدرسه ای ساده به دلیل کنجکاوی و پشتکار خود، تأثیر فیزیکی را به رسمیت شناخت و محبوبیت پیدا کرد.

اضافه شده در فوریه 2014

این یادداشت در سال 2011 نوشته شده است. از آن زمان، مطالعات جدیدی در مورد اثر Mpemba و تلاش های جدیدی برای توضیح آن ظاهر شده است. بنابراین، در سال 2012، انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا یک مسابقه بین المللی برای حل راز علمی"اثر Mpemba" با صندوق جایزه 1000 پوندی. آخرین مهلت در 30 جولای 2012 تعیین شد. برنده نیکولا برگوویچ از آزمایشگاه دانشگاه زاگرب بود. او کار خود را منتشر کرد که در آن تلاش های قبلی برای توضیح این پدیده را تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که آنها قانع کننده نیستند. مدلی که او پیشنهاد کرد بر اساس آن است خواص اساسیاب. علاقه مندان می توانند در http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp کار پیدا کنند.

تحقیق به همین جا ختم نشد. در سال 2013، فیزیکدانان سنگاپور به طور نظری علت اثر مپمبا را ثابت کردند. این اثر را می‌توانید در http://arxiv.org/abs/1310.6514 بیابید.

مقالات مرتبط در سایت:

سایر مقالات این بخش

نظرات:

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:14

چرا آب گرم سریعتر تبخیر می شود؟ دانشمندان عملا ثابت کرده اند که یک لیوان آب داغ سریعتر از آب سرد یخ می زند. دانشمندان نمی توانند این پدیده را توضیح دهند به این دلیل که اصل پدیده ها را درک نمی کنند: گرما و سرما! گرما و سرما یک احساس فیزیکی است که باعث برهمکنش ذرات ماده می شود، به شکل فشردگی متقابل امواج مغناطیسی که از فضا و از مرکز زمین حرکت می کنند. بنابراین، هر چه اختلاف پتانسیل، این ولتاژ مغناطیسی بیشتر باشد، تبادل انرژی با روش نفوذ متقابل یک موج به موج دیگر سریعتر رخ می دهد. یعنی به روش دیفیوژن! در پاسخ به مقاله من، یکی از مخالفان می نویسد: 1) ".. آب گرم سریعتر تبخیر می شود، در نتیجه آن کمتر می شود، بنابراین سریعتر یخ می زند" سوال! چه انرژی باعث می شود آب سریعتر تبخیر شود؟ 2) مقاله من در مورد یک لیوان است و نه در مورد یک تغار چوبی که طرف مقابل آن را به عنوان استدلال متقابل ذکر می کند. که درست نیست! من به این سوال پاسخ می دهم: "چرا آب در طبیعت تبخیر می شود؟" امواج مغناطیسی که همیشه از مرکز زمین به سمت فضا حرکت می کنند، با غلبه بر فشار متقابل امواج فشردگی مغناطیسی (که همیشه از فضا به مرکز زمین حرکت می کنند)، در همان زمان، ذرات آب را از زمان حرکت به فضا می پاشند. ، حجم آنها افزایش می یابد. یعنی در حال گسترش هستند! در صورت غلبه بر امواج فشردگی مغناطیسی، این بخارات آب فشرده (متراکم) شده و تحت تأثیر اینها نیروهای مغناطیسیفشرده شدن، آب به صورت بارش به زمین باز می گردد! خالصانه! الکسی میشنف. 6 اکتبر 2012.

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:19

دما چیست؟ دما درجه کشش الکترومغناطیسی امواج مغناطیسی با انرژی فشرده سازی و انبساط است. در حالت تعادل این انرژی ها، دمای بدن یا ماده در حالت پایدار است. هنگامی که حالت تعادل این انرژی ها به هم می خورد، به سمت انرژی انبساط، جسم یا ماده در حجم فضا افزایش می یابد. اگر انرژی امواج مغناطیسی در جهت فشردگی بیشتر شود، جسم یا ماده در حجم فضا کاهش می یابد. درجه ولتاژ الکترومغناطیسی با درجه انبساط یا فشرده سازی بدنه مرجع تعیین می شود. الکسی میشنف.

موسیوا ناتالیا, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

الکسی، شما در مورد مقاله ای صحبت می کنید که افکار شما را در مورد مفهوم دما بیان می کند. اما کسی آن را نخواند. لطفا یک لینک به من بدهید. به طور کلی، دیدگاه شما در مورد فیزیک بسیار منحصر به فرد است. من هرگز در مورد "انبساط الکترومغناطیسی یک جسم مرجع" نشنیده ام.

یوری کوزنتسوف، 04.12.2012 12:32

فرضیه ای پیشنهاد شده است که این به دلیل رزونانس بین مولکولی و جاذبه متحرک بین مولکول هایی است که ایجاد می کند. در آب سرد، مولکول‌ها با فرکانس‌های مختلف به‌طور بی‌نظمی حرکت می‌کنند و ارتعاش می‌کنند. هنگامی که آب گرم می شود، با افزایش فرکانس ارتعاشات، دامنه آنها باریک می شود (تفاوت فرکانس ها از آب داغ مایع تا نقطه تبخیر کاهش می یابد)، فرکانس های ارتعاشی مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، در نتیجه تشدید می شود. بین مولکول ها رخ می دهد. در طول خنک شدن، این رزونانس تا حدی حفظ می شود و بلافاصله محو نمی شود. سعی کنید یکی از دو سیم گیتار را که در رزونانس هستند فشار دهید. اکنون رها کنید - رشته دوباره شروع به ارتعاش می کند، رزونانس ارتعاشات خود را بازیابی می کند. به همین ترتیب، در آب یخ زده، مولکول‌های خنک‌شده خارجی سعی می‌کنند دامنه و فرکانس ارتعاشات را از دست بدهند، اما مولکول‌های «گرم» درون ظرف، ارتعاشات را به عقب می‌کشند و به‌عنوان ارتعاش‌کننده عمل می‌کنند، و مولکول‌های خارجی به‌عنوان تشدیدکننده. جاذبه ی پوندرو حرکتی* بین ارتعاش کننده ها و تشدید کننده ها به وجود می آید. هنگامی که نیروی محرک پوندرو بیشتر از نیروی ناشی از انرژی جنبشی مولکول ها (که نه تنها ارتعاش می کنند، بلکه به صورت خطی نیز حرکت می کنند) می شود، تبلور تسریع شده رخ می دهد - "اثر Mpemba". اتصال ponderomotive بسیار ناپایدار است، اثر Mpemba به شدت به همه عوامل مرتبط بستگی دارد: حجم آب یخ زده، ماهیت گرمایش، شرایط انجماد، دما، همرفت، شرایط تبادل حرارت، اشباع گاز، ارتعاش واحد تبرید. ، تهویه ، ناخالصی ها ، تبخیر و ... احتمالاً حتی از نور ... بنابراین ، اثر توضیحات زیادی دارد و گاهی اوقات بازتولید آن دشوار است. به همان دلیل "رزونانس"، آب جوشیده سریعتر از آب جوشانده می جوشد - رزونانس شدت ارتعاشات مولکول های آب را برای مدتی پس از جوش حفظ می کند (از دست دادن انرژی در هنگام خنک شدن عمدتاً به دلیل از دست دادن انرژی جنبشی حرکت خطی است. از مولکول ها). با گرمایش شدید، مولکول های ویبراتور در مقایسه با انجماد با مولکول های تشدید کننده تغییر نقش می دهند - فرکانس ویبراتورها از فرکانس تشدید کننده ها کمتر است، به این معنی که بین مولکول ها نه جاذبه، بلکه دافعه رخ می دهد که انتقال به مولکول دیگر را تسریع می کند. حالت تجمع(جفت).

Vlad, 12/11/2012 03:42

مغزمو شکست...

Anton, 02/04/2013 02:02

1. آیا واقعاً این جذابیت محرکه آنقدر زیاد است که بر فرآیند انتقال حرارت تأثیر بگذارد؟ 2. آیا این بدان معناست که وقتی همه اجسام تا دمای خاصی گرم می شوند، ذرات ساختاری آنها وارد تشدید می شوند؟ 3. چرا این رزونانس با سرد شدن از بین می رود؟ 4. آیا این حدس شماست؟ اگر منبعی هست لطفا ذکر کنید 5. طبق این نظریه، شکل ظرف نقش مهمی خواهد داشت و اگر نازک و مسطح باشد، اختلاف زمان انجماد زیاد نخواهد بود، یعنی. می توانید این را بررسی کنید

قدرت, 1392/03/11 10:12 | متاک

در آب سرد از قبل اتم های نیتروژن وجود دارد و فاصله بین مولکول های آب نزدیک تر از آب گرم است. یعنی نتیجه: آب داغ اتم های نیتروژن را سریعتر جذب می کند و در عین حال سریعتر از آب سرد منجمد می شود - این با سخت شدن آهن قابل مقایسه است ، زیرا آب گرم به یخ تبدیل می شود و آهن داغ با خنک شدن سریع سخت می شود!

ولادیمیر، 1392/03/13 06:50

یا شاید این: چگالی آب گرم و یخ چگالی کمترآب سرد است و بنابراین نیازی به تغییر چگالی آب ندارد و مدتی از دست می دهد و یخ می زند.

الکسی میشنف، 2013/03/21 11:50

قبل از صحبت در مورد رزونانس ها، جاذبه ها و ارتعاشات ذرات، باید به این سوال پی ببریم که چه نیروهایی باعث ارتعاش ذرات می شوند؟ از آنجا که، بدون انرژی جنبشی، هیچ فشرده سازی وجود ندارد. بدون فشرده سازی، هیچ انبساط وجود ندارد. بدون انبساط، انرژی جنبشی وجود ندارد! وقتی شروع به صحبت در مورد طنین سیم ها می کنید، ابتدا تلاش می کنید تا یکی از این سیم ها شروع به ارتعاش کند! وقتی صحبت از جاذبه می شود، اول از همه باید نیرویی که باعث جذب این اجسام می شود را مشخص کنید! من تأیید می کنم که تمام اجسام توسط انرژی الکترومغناطیسی جو فشرده می شوند و تمام اجسام، مواد و مواد را فشرده می کند. ذرات بنیادیبا نیروی 1.33 کیلوگرم. نه در سانتی متر مربع بلکه به ازای هر ذره بنیادی.چون فشار اتمسفر نمی تواند انتخابی باشد!با مقدار نیرو اشتباه گرفته نشود!

Dodik, 2013/05/31 02:59

به نظر من یک حقیقت را فراموش کرده اید - "علم از جایی شروع می شود که اندازه گیری ها شروع می شوند." دمای آب "گرم" چقدر است؟ دمای آب "سرد" چقدر است؟ مقاله یک کلمه در این مورد نمی گوید. از این می توان نتیجه گرفت - کل مقاله مزخرف است!

گریگوری، 1392/06/04 12:17

دودیک، قبل از اینکه یک مقاله را مزخرف خطاب کنید، باید حداقل کمی به یادگیری فکر کنید. و نه فقط اندازه گیری.

دیمیتری، 1392/12/24 10:57

مولکول‌های آب گرم سریع‌تر از آب سرد حرکت می‌کنند، به همین دلیل تماس نزدیک‌تری با محیط وجود دارد، به نظر می‌رسد که تمام سرما را جذب می‌کنند و به سرعت کند می‌شوند.

ایوان, 1393/01/10 05:53

جای تعجب است که چنین مقاله ناشناس در این سایت ظاهر می شود. مقاله کاملا غیر علمی است. هم نویسنده و هم مفسران در جست‌وجوی توضیحی برای این پدیده با یکدیگر رقابت می‌کنند، بدون اینکه به خود زحمت پیدا کنند که آیا اصلاً این پدیده مشاهده می‌شود و در صورت مشاهده، تحت چه شرایطی. علاوه بر این، حتی توافقی در مورد آنچه ما واقعاً مشاهده می کنیم وجود ندارد! بنابراین، نویسنده بر لزوم توضیح اثر انجماد سریع بستنی داغ پافشاری می کند، اگرچه از کل متن (و عبارت "اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد") چنین بر می آید که خود او چنین کاری انجام نداده است. آزمایش. از گزینه های "توضیح" پدیده ذکر شده در مقاله، واضح است که آزمایشات کاملاً متفاوتی در حال توصیف است که در شرایط مختلف با شرایط مختلف انجام می شود. محلول آبی. هم ماهیت توضیحات و هم حالت فرعی در آنها نشان می دهد که حتی یک بررسی اساسی از ایده های بیان شده انجام نشده است. شخصی به طور تصادفی یک داستان خنده دار شنید و به طور اتفاقی نتیجه گمانه زنی خود را بیان کرد. متاسفم، اما فیزیکی نیست. تحقیق علمی، و گفتگو در اتاق سیگار است.

ایوان, 1393/01/10 06:10

با توجه به نظرات مقاله در مورد پرکردن غلتک با آب گرم و مخازن شیشه شوی با آب سرد. همه چیز در اینجا از نقطه نظر ساده است فیزیک ابتدایی. پیست اسکیت دقیقاً به این دلیل که کندتر یخ می زند با آب داغ پر می شود. پیست اسکیت باید صاف و هموار باشد. سعی کنید آن را با آب سرد پر کنید - دچار برآمدگی و "تورم" خواهید شد، زیرا ... آب به سرعت یخ می زند بدون اینکه فرصتی برای پخش شدن در یک لایه یکنواخت داشته باشد. و داغ زمان خواهد داشت که در یک لایه یکنواخت پخش شود و یخ و غده های برفی موجود را ذوب کند. واشر نیز دشوار نیست: ریختن آب تمیز در هوای سرد هیچ فایده ای ندارد - روی شیشه یخ می زند (حتی گرم). و یک مایع گرم غیر یخ می تواند منجر به ترک خوردن شیشه سرد شود، به علاوه شیشه به دلیل تبخیر سریع الکل ها در راه رسیدن به شیشه، نقطه انجماد بیشتری خواهد داشت (آیا همه با اصل عملکرد یک مهتابی هنوز آشنا هستند. - الکل تبخیر می شود، آب باقی می ماند).

ایوان, 1393/01/10 06:34

اما در اصل این پدیده احمقانه است که بپرسیم چرا دو آزمایش مختلف در شرایط مختلف به طور متفاوتی پیش می روند. اگر آزمایش صرفاً انجام شود، باید از همان آب سرد و گرم استفاده کنید ترکیب شیمیایی- از همان کتری آب جوش از قبل سرد شده بردارید. در ظروف یکسان (مثلاً لیوان های دیواره نازک) بریزید. ما آن را روی برف نمی گذاریم، بلکه روی یک پایه به همان اندازه صاف و خشک، به عنوان مثال، یک میز چوبی قرار می دهیم. و نه در یک میکرو فریزر، بلکه در یک ترموستات نسبتاً حجیم - من آزمایشی را چند سال پیش در ویلا انجام دادم، زمانی که هوای بیرون پایدار و یخبندان بود، حدود -25 درجه سانتیگراد. آب پس از آزاد شدن گرمای تبلور در دمای معینی متبلور می شود. این فرضیه به این نتیجه می رسد که آب گرم سریعتر سرد می شود (این درست است، مطابق با فیزیک کلاسیک، سرعت انتقال حرارت متناسب با اختلاف دما است)، اما حتی زمانی که دمای آن برابر با دمای آب سرد سوال اینجاست که آبی که در بیرون تا دمای +20 درجه سانتیگراد سرد شده است دقیقاً با همان آبی که یک ساعت قبل تا دمای +20 درجه سانتیگراد خنک شده است اما در یک اتاق چه تفاوتی دارد؟ فیزیک کلاسیک (به هر حال، نه بر اساس پچ پچ در اتاق سیگار، بلکه بر اساس صدها هزار و میلیون ها آزمایش) می گوید: هیچ چیز، پویایی بیشتر خنک کننده یکسان خواهد بود (فقط آب جوش به نقطه +20 می رسد. بعد). و آزمایش همین را نشان می‌دهد: وقتی یک لیوان آب سرد در ابتدا دارای پوسته قوی یخ بود، آب داغ حتی به یخ زدن فکر نمی‌کرد. P.S. به نظرات یوری کوزنتسوف. زمانی که شرایط وقوع آن توضیح داده می شود و به طور مداوم بازتولید می شود، می توان وجود یک اثر خاص را ثابت در نظر گرفت. و زمانی که آزمایش های ناشناخته ای با شرایط ناشناخته داریم، ساختن نظریه هایی برای توضیح آنها زود است و این از نظر علمی چیزی به دست نمی دهد. P.P.S. خوب ، خواندن نظرات الکسی میشنف بدون اشک محبت غیرممکن است - شخصی در نوعی دنیای تخیلی زندگی می کند که ربطی به فیزیک و آزمایشات واقعی ندارد.

گریگوری، 1393/01/13 10:58

ایوان، فهمیدم که داری اثر Mpemba را رد می کنی؟ همانطور که آزمایشات شما نشان می دهد وجود ندارد؟ چرا در فیزیک اینقدر معروف است و چرا بسیاری در تلاش برای توضیح آن هستند؟

ایوان, 1393/02/14 01:51

عصر بخیر، گرگوری! اثر آزمایش ناخالص وجود دارد. اما، همانطور که متوجه شدید، این دلیلی برای جستجوی قوانین جدید در فیزیک نیست، بلکه دلیلی برای بهبود مهارت یک آزمایشگر است. همانطور که قبلاً در نظرات اشاره کردم، در تمام تلاش های ذکر شده برای توضیح "اثر Mpemba"، محققان حتی نمی توانند به وضوح مشخص کنند که دقیقاً چه چیزی و تحت چه شرایطی اندازه گیری می کنند. و شما می خواهید بگویید که اینها فیزیکدانان تجربی هستند؟ مرا نخندان. این اثر نه در فیزیک، بلکه در بحث‌های شبه علمی در انجمن‌ها و وبلاگ‌های مختلف، که اکنون دریایی از آن‌ها وجود دارد، شناخته شده است. این به عنوان یک اثر فیزیکی واقعی (به معنای پیامد برخی قوانین فیزیکی جدید، و نه به عنوان نتیجه یک تفسیر نادرست یا فقط یک افسانه) توسط افراد دور از فیزیک درک می شود. بنابراین دلیلی وجود ندارد که از نتایج آزمایش های مختلف انجام شده در شرایط کاملاً متفاوت به عنوان یک اثر فیزیکی واحد صحبت کنیم.

پاول، 1393/02/18 09:59

بچه ها ... مقاله برای "اطلاعات سرعت" ... توهین نیست ... ;) ایوان در مورد همه چیز درست می گوید ...

گریگوری، 1393/02/19 12:50

ایوان، موافقم که الان سایت های شبه علمی زیادی وجود دارند که مطالب هیجان انگیز تایید نشده را منتشر می کنند. از این گذشته، اثر Mpemba هنوز در حال مطالعه است. علاوه بر این، دانشمندان از دانشگاه ها در حال تحقیق هستند. به عنوان مثال، در سال 2013، این اثر توسط گروهی از دانشگاه فناوریدر سنگاپور. به لینک http://arxiv.org/abs/1310.6514 نگاه کنید. آنها معتقدند که توضیحی برای این اثر یافته اند. من جزئیات در مورد ماهیت کشف نمی نویسم، اما به نظر آنها، این اثر با تفاوت در انرژی های ذخیره شده در پیوندهای هیدروژنی همراه است.

موسیوا N.P. , 1393/02/19 03:04

برای هر کسی که علاقه مند به تحقیق در مورد اثر Mpemba است، من مطالب موجود در مقاله را کمی تکمیل کرده ام و پیوندهایی را ارائه کرده ام که می توانید با آخرین نتایج آشنا شوید (متن را ببینید). با تشکر از نظرات شما.

ایلدار, 1393/02/24 04:12 | فهرست کردن همه چیز فایده ای ندارد

اگر این اثر Mpemba واقعاً رخ دهد، پس توضیح را باید در ساختار مولکولی آب جستجو کرد. آب (همانطور که از ادبیات علم عامه آموختم) نه به عنوان مولکول های منفرد H2O، بلکه به صورت خوشه هایی از چندین مولکول (حتی ده ها) وجود دارد. با افزایش دمای آب، سرعت حرکت مولکول ها افزایش می یابد، خوشه ها در برابر یکدیگر شکسته می شوند و اوراق قرضه ظرفیتمولکول ها زمان برای جمع آوری خوشه های بزرگ ندارند. تشکیل خوشه ها کمی بیشتر از کاهش سرعت حرکت مولکولی زمان می برد. و از آنجایی که خوشه ها کوچکتر هستند، تشکیل شبکه کریستالیسریعتر اتفاق می افتد ظاهراً در آب سرد، خوشه‌های بزرگ و نسبتاً پایدار مانع از تشکیل شبکه می‌شوند؛ از بین بردن آنها مدتی طول می‌کشد. من خودم در تلویزیون یک اثر کنجکاو دیدم که آب سرد که آرام در یک شیشه ایستاده بود برای چندین ساعت در سرما مایع باقی ماند. اما به محض اینکه کوزه برداشته شد، یعنی کمی از جای خود حرکت کرد، آب داخل کوزه بلافاصله متبلور شد، مات شد و کوزه ترکید. خب، کشیشی که این اثر را نشان داد، آن را با این واقعیت که آب برکت داشت توضیح داد. به هر حال، معلوم می شود که آب بسته به دما ویسکوزیته خود را به شدت تغییر می دهد. این برای ما به عنوان موجودات بزرگ نامحسوس است، اما در سطح سخت پوستان کوچک (میلی متر یا کوچکتر) و حتی بیشتر از آن باکتری ها، ویسکوزیته آب یک عامل بسیار مهم است. این ویسکوزیته، به نظر من، با اندازه خوشه های آب نیز تعیین می شود.

خاکستری، 1393/03/15 05:30

هر چیزی که در اطرافمان می‌بینیم، ویژگی‌های (خواص) سطحی است، بنابراین فقط آنچه را که بتوانیم وجودش را اندازه‌گیری یا اثبات کنیم، به عنوان انرژی می‌پذیریم، در غیر این صورت بن‌بست است. این پدیده، اثر Mpemba، تنها با یک نظریه حجمی ساده قابل توضیح است که همه مدل‌های فیزیکی را در یک ساختار برهمکنش واحد متحد می‌کند. در واقع ساده است

نیکیتا, 1393/06/06 04:27 | ماشین

اما چگونه می توانید مطمئن شوید که هنگام رانندگی در ماشین، آب سرد می ماند نه گرم؟

الکسی، 03.10.2014 01:09

در اینجا یک "کشف" دیگر در راه است. آب درون یک بطری پلاستیکی با باز شدن درب آن خیلی سریعتر یخ می زند. برای تفریح، آزمایش را بارها در یخبندان شدید انجام دادم. اثر آشکار است. سلام نظریه پردازان!

Evgeniy, 12/27/2014 08:40

اصل یک کولر تبخیری. دو بطری هرمتیک با آب سرد و گرم می گیریم. در سرما می گذاریم. آب سرد سریعتر یخ می زند. حالا همان بطری ها را با آب سرد و گرم برمی داریم و باز می کنیم و در سرد می گذاریم. آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اگر دو لگن با آب سرد و گرم بگیریم، آب گرم خیلی سریعتر یخ می زند. این به این دلیل است که ما در حال افزایش تماس با جو هستیم. هر چه شدت تبخیر بیشتر باشد، دما سریعتر کاهش می یابد. در اینجا باید به ضریب رطوبت اشاره کرد. هرچه رطوبت کمتر باشد، تبخیر قوی تر و خنک کننده قوی تر است.

خاکستری تامسک، 03/01/2015 10:55

خاکستری، 03/15/2014 05:30 - ادامه آنچه در مورد دما می دانید همه چیز نیست. یه چیز دیگه اونجا هست اگر یک مدل فیزیکی دما را درست بسازید، کلید توصیف فرآیندهای انرژی از انتشار، ذوب و تبلور تا مقیاس هایی مانند افزایش دما با افزایش فشار، افزایش فشار با افزایش دما خواهد شد. حتی مدل فیزیکی انرژی خورشید نیز از مطالب بالا مشخص خواهد شد. من در زمستان هستم. . در اوایل بهار سال 20013، با نگاهی به مدل‌های دما، یک مدل دمای کلی را گردآوری کردم. چند ماه بعد، من پارادوکس دما را به یاد آوردم و بعد متوجه شدم ... که مدل دمای من نیز پارادوکس Mpemba را توصیف می کند. این در ماه مه - ژوئن 2013 بود. من یک سال تاخیر دارم، اما این برای بهترین است. مدل فیزیکی من یک فریم فریز است و می توان آن را هم به جلو و هم به عقب برگرداند و شامل فعالیت حرکتی است، همان فعالیتی که در آن همه چیز حرکت می کند. من 8 سال مدرسه و 2 سال دانشگاه با تکرار موضوع دارم. 20 سال گذشت. بنابراین من نمی توانم هیچ نوع مدل فیزیکی را به دانشمندان مشهور نسبت دهم و همچنین نمی توانم فرمول هایی را نسبت دهم. خیلی متاسفم.

Andrey, 08.11.2015 08:52

به طور کلی، من یک ایده دارم که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. و در توضیحات من همه چیز بسیار ساده است، اگر علاقه مند هستید، از طریق ایمیل برای من بنویسید: [ایمیل محافظت شده]

Andrey, 08.11.2015 08:58

متاسفم، آدرس ایمیل اشتباهی دادم، این ایمیل صحیح است: [ایمیل محافظت شده]

ویکتور، 1394/12/23 10:37

به نظر من همه چیز ساده تر است، اینجا برف می بارد، گاز تبخیر شده است، خنک می شود، بنابراین شاید در هوای سرد، گرما سریعتر سرد می شود زیرا تبخیر می شود و بلافاصله بدون اینکه زیاد بلند شود متبلور می شود و آب در حالت گازی سریعتر خنک می شود. نسبت به حالت مایع)

Bekzhan, 1395/01/28 09:18

حتی اگر کسی این قوانین جهان را که با این اثرات همراه است فاش می کرد، اینجا نمی نوشت، از نظر من منطقی نیست که اسرار آن را برای کاربران اینترنت فاش کند وقتی می تواند آن را در علمی معروف منتشر کند. مجلات و شخصاً آن را در برابر مردم ثابت کند.

الکس، 1395/02/22 12:48

سلام تجربیان حق با شماست وقتی می گویید علم از جایی شروع می شود که... نه اندازه گیری، بلکه محاسبات. "آزمایش" برای کسانی که از تخیل و تفکر خطی محروم هستند، استدلالی ابدی و ضروری است، همه را آزرده خاطر کرد، حالا در مورد E= mc2 - آیا همه به یاد دارند؟ سرعت پرواز مولکول‌ها از آب سرد به داخل اتمسفر، میزان انرژی را که از آب می‌برند، تعیین می‌کند (سرد شدن به معنای از دست دادن انرژی است). سرعت سرد شدن جرم باقی مانده آب) این همه چیز است، اگر از "آزمایش" دور شوید و اصول اولیه علم را به خاطر بسپارید.

ولادیمیر 1395/04/25 10:53 | متئو

در آن روزهایی که ضدیخ نادر بود، آب سیستم خنک‌کننده خودروها در یک گاراژ گرم نشده پس از یک روز کاری تخلیه می‌شد تا بلوک سیلندر یا رادیاتور یخ‌زدایی نشود - گاهی اوقات هر دو با هم. صبح آب گرم ریختند. در یخبندان شدید موتورها بدون مشکل روشن می شدند. به نوعی به دلیل نبود آب گرم، آب از شیر آب ریخته شد. آب بلافاصله یخ زد. این آزمایش گران بود - دقیقاً به اندازه هزینه خرید و تعویض بلوک سیلندر و رادیاتور یک ماشین ZIL-131. هر کی باور نمیکنه بذار چک کنه و امپمبا بستنی را آزمایش کردند. در بستنی، کریستالیزاسیون متفاوت از آب اتفاق می افتد. سعی کنید یک تکه بستنی و یک تکه یخ را با دندان گاز بگیرید. به احتمال زیاد منجمد نشد، اما در نتیجه سرد شدن ضخیم شد. و آب شیرین چه سرد و چه گرم در دمای 0*C یخ می زند. آب سرد سریع است، اما آب گرم زمان می برد تا خنک شود.

سرگردان 1395/05/06 12:54 | به الکس

"c" - سرعت نور در خلاء E=mc^2 - فرمولی که هم ارزی جرم و انرژی را بیان می کند.

آلبرت، 1395/07/27 08:22

ابتدا قیاس با مواد جامد(فرایند تبخیر وجود ندارد). من اخیراً مس لحیم کردم لوله های آب. این فرآیند با گرم کردن یک مشعل گازی تا دمای ذوب لحیم انجام می شود. زمان گرم شدن یک اتصال با کوپلینگ تقریباً یک دقیقه است. یک اتصال را به کوپلینگ لحیم کردم و بعد از چند دقیقه متوجه شدم که آن را اشتباه لحیم کرده ام. لازم بود لوله را کمی در کوپلینگ بچرخانید. من دوباره شروع به گرم کردن مفصل با مشعل کردم و در کمال تعجب 3-4 دقیقه طول کشید تا محلول تا دمای ذوب گرم شود. چطوره!؟ از این گذشته ، لوله هنوز داغ است و به نظر می رسد انرژی بسیار کمتری برای گرم کردن آن تا دمای ذوب مورد نیاز است ، اما همه چیز برعکس شد. همه چیز در مورد هدایت حرارتی است، که در لوله هایی که از قبل گرم شده است به طور قابل توجهی بالاتر است و مرز بین لوله گرم و سرد توانسته است در عرض دو دقیقه از محل اتصال دور شود. حالا در مورد آب ما با مفاهیم یک ظرف گرم و نیمه گرم کار خواهیم کرد. در یک ظرف گرم، یک مرز دمایی باریک بین ذرات داغ و بسیار متحرک و ذرات غیرفعال و سرد تشکیل می‌شود که نسبتاً سریع از محیط به مرکز حرکت می‌کند، زیرا در این مرز ذرات سریعبه سرعت انرژی خود را (سرد) به ذرات در طرف دیگر مرز می دهند. از آنجایی که حجم ذرات سرد خارجی بزرگتر است، ذرات سریع که انرژی حرارتی خود را از دست می دهند، نمی توانند ذرات سرد خارجی را به میزان قابل توجهی گرم کنند. بنابراین، فرآیند خنک سازی آب گرم نسبتا سریع اتفاق می افتد. آب نیمه گرم رسانایی حرارتی بسیار کمتری دارد و عرض مرز بین ذرات نیمه گرم و سرد بسیار گسترده تر است. جابجایی به مرکز چنین مرز وسیعی بسیار کندتر از یک رگ داغ اتفاق می افتد. در نتیجه ظرف داغ سریعتر از ظرف گرم سرد می شود. فکر می‌کنم باید دینامیک فرآیند خنک‌سازی آب در دماهای مختلف را با قرار دادن چندین سنسور دما از وسط تا لبه ظرف ردیابی کنیم.

حداکثر, 1395/11/19 05:07

تأیید شده است: در یامال، وقتی هوا سرد است، لوله با آب گرم یخ می‌زند و باید آن را گرم کنید، اما سرد نیست!

Artem, 1395/09/12 01:25

سخت است، اما من فکر می کنم که آب سرد متراکم تر از آب گرم است، حتی بهتر از آب جوشیده، و در اینجا تسریع در خنک شدن و غیره وجود دارد. آب گرم به دمای سرد می رسد و از آن سبقت می گیرد و اگر همانطور که در بالا نوشتم آب گرم از پایین یخ می زند نه از بالا، این روند را بسیار تسریع می کند!

الکساندر سرگیف, 21.08.2017 10:52

چنین تأثیری وجود ندارد. افسوس. در سال 2016، مقاله مفصلی در مورد این موضوع در Nature منتشر شد: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect از آن مشخص می شود که با آزمایش های دقیق (اگر نمونه های آب گرم و سرد در همه چیز یکسان باشد. به جز دما) اثر مشاهده نمی شود.

زاولاب 1396/08/22 05:31

ویکتور , 1396/10/27 03:52

"واقعا هست." - اگر در مدرسه نفهمیدید ظرفیت گرمایی و قانون بقای انرژی چیست. بررسی آن آسان است - برای این کار شما نیاز دارید: میل، سر، دست ها، آب، یخچال و ساعت زنگ دار. و زمین های اسکیت همانطور که کارشناسان می نویسند با آب سرد منجمد (پر) می شوند و یخ های بریده شده با آب گرم صاف می شوند. و در زمستان باید مایع ضد یخ را در مخزن ماشین لباسشویی بریزید، نه آب. آب در هر صورت یخ می زند و آب سرد سریعتر یخ می زند.

ایرینا, 1397/01/23 10:58

دانشمندان در سراسر جهان از زمان ارسطو با این پارادوکس دست و پنجه نرم می کردند و ویکتور، زاولاب و سرگیف باهوش ترین آنها بودند.

دنیس, 02/01/2018 08:51

همه چیز به درستی در مقاله نوشته شده است. اما دلیل آن تا حدودی متفاوت است. در طی فرآیند جوش، هوای محلول در آن از آب تبخیر می شود؛ بنابراین با سرد شدن آب جوش، در نهایت چگالی آن از آب خام در همان دما کمتر می شود. هیچ دلیل دیگری برای هدایت حرارتی متفاوت به جز چگالی های مختلف وجود ندارد.

زاولاب 1397/03/01 08:58 | رئیس آزمایشگاه

ایرینا:)، "دانشمندان در سراسر جهان" با این "پارادوکس" مبارزه نمی کنند؛ برای دانشمندان واقعی این "پارادوکس" به سادگی وجود ندارد - به راحتی در شرایط قابل تکرار خوب تأیید می شود. "پارادوکس" به دلیل آزمایش های تکرار نشدنی پسر آفریقایی Mpemba ظاهر شد و توسط "دانشمندان" مشابه متورم شد :)

miroland, 2019/03/23 07:20

یک پسر تانزانیایی ساکن در قلب آفریقا که به احتمال زیاد هرگز برف ندیده است ... ;-D آیا من چیزی را اشتباه نمی کنم؟)))

سرگئی، 1398/04/14 02:02

دو باند الاستیک می گیریم، هر دو را، یکی بیشتر از دیگری کش می دهیم (مشابه با انرژی داخلی آب سرد و گرم) و به طور همزمان یک انتهای نوارهای الاستیک را آزاد می کنیم. کدام نوار لاستیکی سریعتر جمع می شود؟

Artanis , 05/08/2019 03:34

من خودم همین تجربه را تجربه کردم. دو لیوان آب سرد و گرم کاملاً یکسان در فریزر گذاشتم. سرد خیلی سریعتر یخ زد. داغ هنوز کمی گرم بود. تجربه من چه مشکلی دارد؟

زاولاب 1398/05/09 06:21 |

آرتانیس، با تجربه شما، "همه چیز اینطور است" :) - "اثر Mpemba" با آزمایش درست انجام شده وجود ندارد، که شرایط خنک کننده یکسان را برای حجم های یکسان آب فقط با دمای اولیه متفاوت تضمین می کند. به شما تبریک می گویم - شما از نور، عقل و پیروزی قوانین اساسی فیزیکی عبور کردید و شروع به دور شدن از "فرقه Mpemba" و طرفداران ویدیوهای YouTube به سبک "آنچه در مورد آن به ما دروغ گفتند" درس فیزیک... :)

موسیوا N.P. , 1398/05/16 04:30 | چ. ویرایشگر

حق با شماست، خیلی به شرایط آزمایشی بستگی دارد. اما اگر اصلاً این تأثیر مشاهده نمی شد، در آن صورت هیچ تحقیق و چاپی در مجلات جدی وجود نداشت. یادداشت را تا آخر خواندید؟ اینجا هیچ صحبتی در مورد ویدیوهای یوتیوب نیست.

زاولاب 1398/08/06 05:26 | SlavNeftGas-YuzhNorthZapEast-SintezWhatever

ناتالیا پترونا، ما در عصری از "بحران تکرارپذیری" در علم زندگی می کنیم، زمانی که برای افزایش شاخص استناد تحت شعار "انتشار یا نابود"، "دانشمندان بدبخت" ترجیح می دهند در اختراع نظریه های دیوانه کننده برای اثبات تجربیات مشکوک آشکار رقابت کنند. داده ها به جای صرف زمان و منابع کمی برای بررسی این داده ها قبل از نشستن به یک مقاله صرفا نظری. نمونه ای از چنین "دانشمندان بدبخت" دقیقاً همان "فیزیکدانان سنگاپور" هستند که شما در مقاله به آنها اشاره کردید - انتشار آنها حاوی داده های تجربی آنها نیست، بلکه فقط استدلال نظری خالی در مورد تأثیر احتمالی پدیده مبهم "O:H-O" است. Bond Anomalous Relaxation» در مورد فرآیند انجماد غیرعادی آب که توسط فرانسیس بیکن و رنه دکارت و حتی ارسطو در اوایل 350 قبل از میلاد مشاهده شد. ... و شخصاً بسیار خوشحالم که نیکولا برگوویچ از دانشگاه زاگرب جایزه خود را به مبلغ 1000 پوند از انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا پس از استفاده از تجهیزات خوب در شرایط تکرارپذیر دریافت کرد که خودش نتایج کاملاً قابل توضیح فیزیکی را بدون هیچ گونه اندازه گیری کرد. ناهنجاری‌ها و این پرسش که اندازه‌گیری‌های پسر مپمبا و پیروانش چقدر ناشیانه بود و کفایت کسانی که سعی کردند «پایه‌ای نظری» برای این آزمایش‌های ناشیانه ارائه کنند، را زیر سوال برد.

عوامل زیادی وجود دارد که بر یخ زدن سریعتر آب تأثیر می گذارد، گرم یا سرد، اما خود این سؤال کمی عجیب به نظر می رسد. مفهوم، و این از فیزیک شناخته شده است، این است که آب گرم برای تبدیل شدن به یخ هنوز به زمان نیاز دارد تا با دمای آب سرد مقایسه شود. این مرحله را می توان نادیده گرفت و بر این اساس، او به موقع برنده می شود.

اما پاسخ به این سوال که کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم - در بیرون در سرما، هر ساکن در عرض های جغرافیایی شمالی می داند. در واقع، از نظر علمی، معلوم می شود که در هر صورت، آب سرد به سادگی سریعتر یخ می زند.

معلم فیزیک، که در سال 1963 توسط یک دانش آموز Erasto Mpemba به او مراجعه کرد، همین موضوع را با درخواست توضیح داد که چرا مخلوط سرد بستنی آینده نسبت به بستنی مشابه، اما داغ، زمان بیشتری برای یخ زدن دارد.

"این فیزیک جهانی نیست، بلکه نوعی فیزیک Mpemba است"

در آن زمان معلم فقط به این موضوع خندید، اما دنیس آزبورن، استاد فیزیک، که زمانی از همان مدرسه ای که اراستو در آن تحصیل می کرد بازدید کرد، به طور تجربی وجود چنین تأثیری را تأیید کرد، اگرچه در آن زمان هیچ توضیحی برای آن وجود نداشت. در سال 1969، در محبوب مجله علمیمقاله مشترکی توسط این دو نفر منتشر شد که این اثر عجیب و غریب را توصیف کرد.

از آن زمان، به هر حال، این سوال که کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - نام خاص خود را دارد - اثر Mpemba یا پارادوکس.

این سوال برای مدت طولانی مطرح بوده است

طبیعتاً چنین پدیده ای قبلاً رخ داده است و در آثار دانشمندان دیگر نیز به آن اشاره شده است. نه تنها دانش آموز به این موضوع علاقه مند بود، بلکه رنه دکارت و حتی ارسطو نیز زمانی به آن فکر می کردند.

اما آنها فقط در پایان قرن بیستم به دنبال رویکردهایی برای حل این پارادوکس بودند.

شرایط برای وقوع یک پارادوکس

مانند بستنی، فقط آب ساده نیست که در طول آزمایش یخ می‌زند. برای شروع بحث در مورد اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم - باید شرایط خاصی وجود داشته باشد. چه چیزی بر روند این فرآیند تأثیر می گذارد؟

اکنون، در قرن بیست و یکم، گزینه های متعددی مطرح شده است که می تواند این تناقض را توضیح دهد. اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند، گرم یا سرد، ممکن است به این واقعیت بستگی داشته باشد که میزان تبخیر آن بیشتر از آب سرد است. بنابراین حجم آن کاهش می یابد و با کاهش حجم، زمان انجماد کمتر از زمانی می شود که همان حجم اولیه آب سرد را بگیریم.

مدتی است که فریزر را یخ زدایی کرده اید.

اینکه کدام آب سریعتر یخ می زند و چرا این اتفاق می افتد می تواند تحت تأثیر پوشش برفی باشد که ممکن است در فریزر یخچال مورد استفاده برای آزمایش وجود داشته باشد. اگر دو ظرف را بردارید که از نظر حجم یکسان هستند، اما یکی از آنها حاوی آب گرم و دیگری سرد است، ظرف حاوی آب گرم، برف زیر را آب می کند و در نتیجه تماس سطح حرارتی با دیواره یخچال بهبود می یابد. یک ظرف آب سرد نمی تواند این کار را انجام دهد. اگر چنین پوششی با برف در محفظه یخچال وجود نداشته باشد، آب سرد باید سریعتر یخ بزند.

بالا - پایین

همچنین پدیده ای که آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - به شرح زیر توضیح داده شده است. با پیروی از قوانین خاصی، آب سرد شروع به یخ زدن می کند لایه های بالایی، وقتی گرم است برعکس عمل می کند - از پایین به بالا شروع به یخ زدن می کند. به نظر می رسد که آب سرد، داشتن یک لایه سرد در بالای آن با یخ که قبلاً در مکان هایی تشکیل شده است، بنابراین فرآیندهای همرفت و همرفت را بدتر می کند. تابش حرارتی، بدین ترتیب توضیح می دهد که کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم. عکس‌هایی از آزمایش‌های آماتور پیوست شده‌اند، و این به وضوح در اینجا قابل مشاهده است.

گرما خاموش می شود، با عجله به سمت بالا می رود و در آنجا با یک لایه بسیار خنک برخورد می کند. هیچ مسیر آزاد برای تشعشع گرما وجود ندارد، بنابراین فرآیند خنک سازی دشوار می شود. آب گرم مطلقاً چنین مانعی در مسیر خود ندارد. کدام یک سریع تر یخ می زند - سرد یا گرم، چه چیزی نتیجه احتمالی را تعیین می کند؟

ناخالصی های موجود در آب به عنوان یک عامل موثر بر نتیجه

اگر تقلب نکنید و از آب استفاده کنید همان ترکیبدر جایی که غلظت برخی از مواد یکسان است، آب سرد باید سریعتر منجمد شود. اما اگر موقعیتی در هنگام منحل شدن رخ دهد عناصر شیمیاییفقط در آب گرم موجود هستند و آب سرد آنها را ندارد، پس امکان یخ زدن زودتر آب گرم وجود دارد. این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که مواد محلول در آب، مراکز تبلور ایجاد می کنند و با تعداد کمی از این مراکز، تبدیل آب به حالت جامد دشوار است. حتی ممکن است آب فوق خنک شود، به این معنا که در دمای زیر صفر در حالت مایع باشد.

اما ظاهراً همه این نسخه ها کاملاً مناسب دانشمندان نبود و آنها به کار روی این موضوع ادامه دادند. در سال 2013، تیمی از محققان در سنگاپور گفتند که یک معمای قدیمی را حل کرده اند.

گروهی از دانشمندان چینی ادعا می کنند که راز این اثر در مقدار انرژی است که بین مولکول های آب در پیوندهای آن ذخیره می شود که پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

پاسخ دانشمندان چینی

آنچه در ادامه می آید اطلاعاتی است که برای درک آن ها باید دانش شیمی داشته باشید تا بفهمید کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد. همانطور که مشخص است، از دو اتم H (هیدروژن) و یک اتم O (اکسیژن) تشکیل شده است که توسط پیوندهای کووالانسی در کنار هم نگه داشته می شوند.

اما همچنین اتم های هیدروژن یک مولکول به مولکول های مجاور، به جزء اکسیژن آنها جذب می شوند. به این پیوندها پیوند هیدروژنی می گویند.

شایان ذکر است که در عین حال، مولکول های آب اثر دافعه ای روی یکدیگر دارند. دانشمندان خاطرنشان کردند که وقتی آب گرم می شود، فاصله بین مولکول های آن افزایش می یابد و این توسط نیروهای دافعه تسهیل می شود. معلوم می شود که با اشغال همان فاصله بین مولکول ها در حالت سرد، می توان گفت که کش می شوند و منبع انرژی بیشتری دارند. این ذخیره انرژی است که زمانی آزاد می شود که مولکول های آب شروع به نزدیک شدن به یکدیگر می کنند، یعنی خنک شدن اتفاق می افتد. معلوم می شود که ذخیره انرژی بیشتر در آب گرم و آزاد شدن بیشتر آن هنگام خنک شدن تا دمای زیر صفر سریعتر از آب سرد رخ می دهد که ذخیره کمتری از چنین انرژی دارد. بنابراین کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم؟ در خیابان و در آزمایشگاه، پارادوکس Mpemba باید رخ دهد، و آب داغ باید سریعتر به یخ تبدیل شود.

اما سوال همچنان باز است

تنها تأیید نظری این راه حل وجود دارد - همه اینها در فرمول های زیبا نوشته شده است و قابل قبول به نظر می رسد. اما زمانی که داده های تجربی که در آن آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد - مورد استفاده عملی قرار گیرد و نتایج آنها ارائه شود، آنگاه می توان سؤال پارادوکس Mpemba را بسته در نظر گرفت.

اثر Mpemba یا چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند؟ اثر Mpemba (Mpemba Paradox) پارادوکسی است که بیان می‌کند آب گرم در برخی شرایط سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند، اگرچه در طول فرآیند انجماد باید از دمای آب سرد عبور کند. این پارادوکس یک واقعیت تجربی است که با ایده‌های معمولی در تناقض است که بر اساس آن، در شرایط یکسان، جسمی که گرم‌تر شده است، زمان بیشتری برای خنک شدن تا دمای معینی نیاز دارد تا جسمی که حرارت کمتری دارد تا در همان دما خنک شود. این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963 بود که اراستو امپمبا، دانش‌آموز تانزانیایی متوجه شد که مخلوط بستنی داغ سریع‌تر از بستنی سرد یخ می‌زند. شاگرد ماگامبینسکایا بودن دبیرستاندر تانزانیا Erasto Mpemba انجام داد کار عملیدر آشپزی او باید بستنی خانگی درست می کرد - شیر را بجوشانید، شکر را در آن حل کنید، آن را تا دمای اتاق خنک کنید و سپس آن را در یخچال قرار دهید تا منجمد شود. ظاهراً امپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در تکمیل قسمت اول کار به تأخیر افتاد. از ترس اینکه تا آخر درس درست نشه، شیر داغ رو توی یخچال گذاشت. در کمال تعجب، حتی زودتر از شیر رفقای خود که مطابق با فناوری داده شده تهیه شده بود، یخ زد. پس از این، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب معمولی نیز آزمایش کرد. در هر صورت، قبلاً به عنوان دانش آموز در مدرسه متوسطه Mkwava، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاهی در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ارائه یک سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش آموزان) به طور خاص در مورد آب پرسید: «اگر شما در نظر بگیرید. دو ظرف یکسان با حجم آب مساوی به طوری که در یکی از آنها دمای آب 35 درجه سانتیگراد و در دیگری - 100 درجه سانتیگراد باشد و آنها را در فریزر قرار دهید سپس در دومی آب سریعتر یخ بزند. چرا؟" آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی، در سال 1969، او و Mpemba نتایج آزمایش های خود را در مجله Physics Education منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند، اثر Mpemba نامیده شد. تا به حال هیچ کس دقیقاً نمی داند چگونه این اثر عجیب را توضیح دهد. دانشمندان یک نسخه واحد ندارند، اگرچه تعداد زیادی وجود دارد. همه چیز در مورد تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما هنوز مشخص نیست که کدام خواص در این مورد نقش دارند: تفاوت در فوق خنک شدن، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع بر روی آب در دماهای مختلف پارادوکس اثر Mpemba این است که در طی آن بدن تا درجه حرارت خنک می شود محیط ، باید متناسب با اختلاف دمای این جسم و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در این اثر، آب با دمای 100 درجه سانتی گراد تا دمای 0 درجه سانتی گراد سریعتر از همان مقدار آب با دمای 35 درجه سانتی گراد سرد می شود. با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را می توان در چارچوب فیزیک شناخته شده توضیح داد. در اینجا چند توضیح برای اثر Mpemba آورده شده است: تبخیر آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آبی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، با سرد شدن تا دمای 0 درجه سانتیگراد، 16 درصد از جرم خود را از دست می دهد. اثر تبخیر یک اثر دوگانه است. در مرحله اول، جرم آب مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. و ثانیاً به دلیل کاهش گرمای تبخیر انتقال از فاز آب به فاز بخار، دما کاهش می یابد. اختلاف دما با توجه به اینکه اختلاف دمای آب گرم و هوای سرد بیشتر است بنابراین تبادل حرارت در این حالت شدیدتر بوده و آب گرم سریعتر سرد می شود. هیپوترمی وقتی آب زیر صفر درجه سانتیگراد خنک می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت برخی شرایط، می تواند تحت سرد شدن فوق العاده قرار گیرد و در دماهای زیر انجماد به مایع باقی بماند. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد نیز می تواند مایع باقی بماند. دلیل این اثر این است که برای تشکیل اولین بلورهای یخ، به مراکز تشکیل کریستال نیاز است. اگر آنها در آب مایع وجود نداشته باشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می یابد که دما به اندازه کافی کاهش یابد تا کریستال ها به طور خود به خود تشکیل شوند. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، شروع به رشد سریعتر می کنند و یخ لجن تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد. آب داغ بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا حرارت دادن آن گازها و حباب های محلول را حذف می کند که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل بلورهای یخ عمل کنند. چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر اتفاق می افتد. در این صورت لایه نازکی از یخ روی سطح ظرف تشکیل می شود. این لایه یخ به عنوان عایق بین آب و هوای سرد عمل می کند و از تبخیر بیشتر جلوگیری می کند. سرعت تشکیل کریستال های یخ در این حالت کمتر خواهد بود. در مورد آب گرمی که در معرض فوق خنک سازی قرار می گیرد، آب فوق خنک شده دارای لایه سطحی محافظ یخ نیست. بنابراین، گرما را از طریق قسمت باز بسیار سریعتر از دست می دهد. هنگامی که فرآیند فوق خنک کننده به پایان می رسد و آب یخ می زند، گرمای بسیار بیشتری از دست می رود و بنابراین یخ بیشتری تشکیل می شود. بسیاری از محققان این اثر هیپوترمی را عامل اصلی در مورد اثر Mpemba می دانند. همرفت آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند و در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. این اثر با یک ناهنجاری در چگالی آب توضیح داده می شود. حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتیگراد است. اگر آب را تا 4 درجه سانتیگراد خنک کنید و در دمای کمتری قرار دهید، لایه سطحی آب سریعتر یخ میزند. از آنجایی که این آب در دمای 4 درجه سانتیگراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط، در مدت زمان کوتاهی یک لایه نازک یخ روی سطح آب تشکیل می شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق عمل می کند و از لایه های پایینی آب محافظت می کند که در دمای 4 درجه سانتی گراد باقی می مانند. بنابراین، فرآیند خنک‌سازی بیشتر کندتر خواهد بود. در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب به دلیل تبخیر و اختلاف دما بیشتر سریعتر خنک می شود. علاوه بر این، لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه آب سرد فرو می‌رود و لایه آب گرم را به سطح می‌آورد. این گردش آب کاهش سریع دما را تضمین می کند. اما چرا این فرآیند به نقطه تعادل نمی رسد؟ برای توضیح اثر Mpemba از این دیدگاه جابجایی، لازم است فرض کنیم که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و پس از کاهش متوسط ​​دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد، فرآیند همرفت ادامه می‌یابد. داده های تجربی که این فرضیه را تایید می کند که لایه های سرد و گرم آب توسط فرآیند همرفت از هم جدا می شوند. گازهای محلول در آب آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی کاهش نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا در دماهای بالا حلالیت آنها در آب کمتر است. بنابراین، هنگامی که آب گرم سرد می شود، همیشه حاوی گازهای محلول کمتری نسبت به آب سرد گرم نشده است. بنابراین نقطه انجماد آب گرم شده بیشتر است و سریعتر یخ می زند. این عامل گاهی اوقات به عنوان اصلی ترین عامل در توضیح اثر Mpemba در نظر گرفته می شود، اگرچه هیچ داده تجربی تأیید کننده این واقعیت وجود ندارد. هدایت حرارتی این مکانیسم می تواند نقش مهمی را در زمانی که آب در ظروف کوچک در فریزر محفظه یخچال قرار می گیرد، ایفا کند. در این شرایط مشاهده شده است که یک ظرف آب داغ یخ فریزر زیر آن را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با دیواره فریزر و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد. در نتیجه گرما از ظرف آب گرم سریعتر از ظرف سرد خارج می شود. به نوبه خود، یک ظرف با آب سرد، برف زیر را آب نمی کند. همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند، اما پاسخ روشنی برای این سؤال - که کدام یک از آنها صد در صد بازتولید اثر Mpemba را فراهم می‌کنند - هرگز به دست نیامد. به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر آب فوق خنک کننده را بر این اثر مطالعه کرد. او کشف کرد که آب داغ، با رسیدن به حالت فوق سرد، در دمای بالاتر از آب سرد و در نتیجه سریعتر از دومی یخ می‌زند. اما آب سرد سریعتر از آب گرم به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند. علاوه بر این، نتایج Auerbach با داده‌های قبلی که آب داغ به دلیل مراکز کریستالیزاسیون کمتر می‌توانست به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، در تضاد بود. هنگامی که آب گرم می شود گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری املاح محلول در آن رسوب می کند. در حال حاضر، تنها یک چیز را می توان بیان کرد - بازتولید این اثر به طور قابل توجهی بستگی به شرایطی دارد که در آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود. O. V. Mosin