Kāpēc no karsta ūdens ir vieglāk pagatavot ledu? Kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens?

Ūdens ir viens no pārsteidzošākajiem šķidrumiem pasaulē, kam piemīt neparastas īpašības. Piemēram, ledus cietā stāvoklīšķidrums, ir īpaša gravitāte zemāka par pašu ūdeni, kas lielā mērā padarīja iespējamu dzīvības rašanos un attīstību uz Zemes. Turklāt pseidozinātniskajā un zinātniskajā pasaulē notiek diskusijas par to, kurš ūdens sasalst ātrāk - karsts vai auksts. Ikviens, kurš spēs pierādīt, ka karstais šķidrums noteiktos apstākļos sasalst ātrāk un zinātniski pamatot savu risinājumu, saņems 1000 mārciņu atlīdzību no Lielbritānijas Karaliskās ķīmiķu biedrības.

Fons

Ja ir izpildīti vairāki nosacījumi karsts ūdens Sasalšanas ātruma ziņā tas apsteidz aukstu laiku, tas tika pamanīts jau viduslaikos. Frensiss Bēkons un Renē Dekarts veltīja daudz pūļu, lai izskaidrotu šo fenomenu. Tomēr no klasiskās siltumtehnikas viedokļa šo paradoksu nevar izskaidrot, un viņi mēģināja par to kautrīgi klusēt. Debašu turpināšanas stimuls bija nedaudz kuriozs stāsts, kas notika ar Tanzānijas skolnieku Erasto Mpembu 1963. gadā. Kādu dienu pavāru skolas desertu gatavošanas nodarbībā zēns, apjucis no citām lietām, nepaguva laikus atdzesēt saldējuma maisījumu un ielikt saldētavā karstu cukura šķīdumu pienā. Viņam par pārsteigumu produkts atdzisa nedaudz ātrāk nekā viņa kursa biedriem, kuri ievēroja temperatūras režīmu saldējuma pagatavošanai.

Mēģinot izprast fenomena būtību, zēns vērsās pie fizikas skolotāja, kurš, neiedziļinoties detaļās, izsmēja viņa kulinārijas eksperimentus. Tomēr Erasto izcēlās ar apskaužamu izturību un turpināja eksperimentus nevis ar pienu, bet gan ar ūdeni. Viņš pārliecinājās, ka dažos gadījumos karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts.

Stājoties Dāresalāmas Universitātē, Erasto Mpembe apmeklēja profesora Denisa G. Osborna lekciju. Pēc tā pabeigšanas students neizpratnē zinātnieku ar problēmu par ūdens sasalšanas ātrumu atkarībā no tā temperatūras. DG Osborns izsmēja pašu jautājuma uzdošanu, ar apžēlošanu paziņojot, ka jebkurš nabaga students zina, ka auksts ūdens sasalst ātrāk. Tomēr jaunā vīrieša dabiskā neatlaidība lika par sevi manīt. Viņš noslēdza derības ar profesoru, ierosinot veikt eksperimentālu testu tepat laboratorijā. Erasto ievietoja saldētavā divus ūdens traukus, vienu 35 °C (95 °F) un otru 100 °C (212 °F). Iedomājieties profesora un apkārtējo “fanu” pārsteigumu, kad otrā traukā ūdens sasala ātrāk. Kopš tā laika šo parādību sauc par "Mpemba paradoksu".

Tomēr līdz šim nav saskaņotas teorētiskas hipotēzes, kas izskaidro "Mpemba paradoksu". Nav skaidrs, kurš ārējie faktori, ķīmiskais sastāvsūdens, izšķīdušo gāzu un minerālvielu klātbūtne tajā ietekmē šķidrumu sasalšanas ātrumu dažādās temperatūrās. “Mpemba efekta” paradokss ir tāds, ka tas ir pretrunā ar vienu no I.Ņūtona atklātajiem likumiem, kas nosaka, ka ūdens atdzišanas laiks ir tieši proporcionāls šķidruma un vides temperatūras starpībai. Un, ja visi pārējie šķidrumi pilnībā pakļaujas šim likumam, tad ūdens dažos gadījumos ir izņēmums.

Kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk?T

Ir vairākas versijas, kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts. Galvenās no tām ir:

• karstais ūdens iztvaiko ātrāk, bet tā tilpums samazinās, un mazāks šķidruma tilpums ātrāk atdziest - atdzesējot ūdeni no + 100°C līdz 0°C, rodas tilpuma zudumi atmosfēras spiediens sasniegt 15%;
• jo lielāka temperatūras starpība, jo lielāka temperatūras starpība, jo augstāka ir siltuma apmaiņas intensitāte starp šķidrumu un vidi, tāpēc verdoša ūdens siltuma zudumi notiek ātrāk;
• karstam ūdenim atdziestot, uz tā virsmas veidojas ledus garoza, kas neļauj šķidrumam pilnībā sasalt un iztvaikot;
• plkst paaugstināta temperatūraūdens tiek sajaukts konvekcijas ceļā, samazinot sasalšanas laiku;
• Ūdenī izšķīdušās gāzes pazemina sasalšanas temperatūru, atņemot enerģiju kristālu veidošanai – karstā ūdenī nav izšķīdušo gāzu.

Visi šie apstākļi ir atkārtoti eksperimentāli pārbaudīti. Jo īpaši vācu zinātnieks David Auerbach atklāja, ka karstā ūdens kristalizācijas temperatūra ir nedaudz augstāka nekā aukstā ūdens, kas ļauj pirmajam sasalst ātrāk. Tomēr vēlāk viņa eksperimenti tika kritizēti un daudzi zinātnieki ir pārliecināti, ka “Mpemba Effect”, kas nosaka, kurš ūdens sasalst ātrāk - karsts vai auksts, var atveidot tikai noteiktos apstākļos, kurus neviens līdz šim nav meklējis un precizējis.

Mpemba efekts(Mpemba paradokss) - paradokss, kas nosaka, ka karstais ūdens noteiktos apstākļos sasalst ātrāk nekā auksts ūdens, lai gan tam ir jāpārvar temperatūra auksts ūdens saldēšanas procesa laikā. Šis paradokss ir eksperimentāls fakts, kas ir pretrunā ar parastajiem priekšstatiem, saskaņā ar kuriem tādos pašos apstākļos vairāk sakarsētam ķermenim ir nepieciešams vairāk laika, lai atdziestu līdz noteiktai temperatūrai, nekā mazāk sakarsētam ķermenim, lai tas atdziestu līdz tādai pašai temperatūrai.

Šo parādību savulaik pamanīja Aristotelis, Frensiss Bēkons un Renē Dekarts, taču tikai 1963. gadā Tanzānijas skolnieks Erasto Mpemba atklāja, ka karsts saldējuma maisījums sasalst ātrāk nekā auksts.

Būdams Magambinskajas students vidusskola Tanzānijā to izdarīja Erasto Mpemba praktiskais darbs kulinārijā. Viņam vajadzēja pagatavot paštaisītu saldējumu - uzvāra pienu, izšķīdina tajā cukuru, atdzesē līdz telpas temperatūra un tad liek ledusskapī sasalt. Acīmredzot Mpemba nebija īpaši čakls skolnieks un kavējās ar uzdevuma pirmās daļas izpildi. Baidīdamies, ka līdz nodarbības beigām nepaspēs, viņš ledusskapī ielika vēl karstu pienu. Viņam par pārsteigumu tas sasala pat agrāk nekā viņa biedru piens, kas pagatavots pēc dotās tehnoloģijas.

Pēc tam Mpemba eksperimentēja ne tikai ar pienu, bet arī ar tīrs ūdens. Jebkurā gadījumā, jau būdams Mkvavas vidusskolas skolēns, viņš profesoram Denisam Osbornam no Dāresalāmas Universitātes koledžas (kuru skolas direktors uzaicināja lasīt lekciju par fiziku) konkrēti par ūdeni: “Ja jūs ņemtu divi identiski konteineri ar vienādos apjomosūdeni tā, lai vienā ūdens temperatūra būtu 35°C, bet otrā - 100°C, un likt saldētavā, tad otrajā ūdens sasalst ātrāk. Kāpēc?" Osborns sāka interesēties par šo jautājumu, un drīz, 1969. gadā, viņš un Mpemba publicēja savu eksperimentu rezultātus žurnālā Physics Education. Kopš tā laika viņu atklātais efekts tiek saukts par Mpemba efekts.

Līdz šim neviens precīzi nezina, kā izskaidrot šo dīvaino efektu. Zinātniekiem nav vienas versijas, lai gan to ir daudz. Tas viss ir saistīts ar karstā un aukstā ūdens īpašību atšķirību, taču vēl nav skaidrs, kurām īpašībām šajā gadījumā ir nozīme: pārdzesēšanas, iztvaikošanas, ledus veidošanās, konvekcijas atšķirības vai sašķidrināto gāzu ietekme uz ūdeni plkst. dažādas temperatūras.

Mpemba efekta paradokss ir tāds, ka laikam, kurā ķermenis atdziest līdz apkārtējās vides temperatūrai, jābūt proporcionālam temperatūras starpībai starp šo ķermeni un vidi. Šo likumu izveidoja Ņūtons, un kopš tā laika tas ir daudzkārt apstiprināts praksē. Šajā efektā ūdens ar temperatūru 100°C atdziest līdz 0°C ātrāk nekā tāds pats ūdens daudzums, kura temperatūra ir 35°C.

Tomēr tas vēl nenozīmē paradoksu, jo Mpemba efektu var izskaidrot zināmās fizikas ietvaros. Šeit ir daži Mpemba efekta skaidrojumi:

Iztvaikošana

Karstais ūdens no tvertnes iztvaiko ātrāk, tādējādi samazinot tā tilpumu, un mazāks ūdens daudzums tajā pašā temperatūrā ātrāk sasalst. Līdz 100 C uzkarsēts ūdens zaudē 16% no savas masas, atdzesējot līdz 0 C.

Iztvaikošanas efekts ir divkāršs efekts. Pirmkārt, samazinās dzesēšanai nepieciešamā ūdens masa. Un, otrkārt, temperatūra samazinās, jo samazinās iztvaikošanas siltums pārejā no ūdens fāzes uz tvaika fāzi.

Temperatūras starpība

Temperatūras starpības dēļ starp karsts ūdens un ir vairāk aukstā gaisa - tāpēc siltuma apmaiņa šajā gadījumā ir intensīvāka un karstais ūdens atdziest ātrāk.

Hipotermija

Kad ūdens atdziest zem 0 C, tas ne vienmēr sasalst. Dažos apstākļos tas var tikt pārdzesēts, turpinot palikt šķidrs temperatūrā, kas zemāka par sasalšanu. Dažos gadījumos ūdens var palikt šķidrs pat –20 C temperatūrā.

Šī efekta iemesls ir tāds, ka, lai sāktu veidoties pirmie ledus kristāli, ir nepieciešami kristālu veidošanās centri. Ja tie nav klāt šķidrā ūdenī, tad pārdzesēšana turpināsies, līdz temperatūra pazemināsies pietiekami, lai kristāli varētu spontāni veidoties. Kad tie sāks veidoties pārdzesētajā šķidrumā, tie sāks augt ātrāk, veidojot slāņu ledu, kas sasalst, veidojot ledu.

Karstais ūdens ir visvairāk pakļauts hipotermijai, jo to karsējot, tiek noņemtas izšķīdušās gāzes un burbuļi, kas savukārt var kalpot par ledus kristālu veidošanās centriem.

Kāpēc hipotermija izraisa karstā ūdens ātrāku sasalšanu? Gadījumā, ja auksts ūdens, kas nav pārdzesēts, notiek sekojošais. Šajā gadījumā uz trauka virsmas izveidosies plāns ledus slānis. Šis ledus slānis darbosies kā izolators starp ūdeni un auksto gaisu un novērsīs turpmāku iztvaikošanu. Ledus kristālu veidošanās ātrums šajā gadījumā būs mazāks. Karstā ūdens gadījumā, kas pakļauts pārdzesēšanai, pārdzesētajam ūdenim nav aizsargājoša virsmas ledus slāņa. Tāpēc caur atvērto augšpusi tas zaudē siltumu daudz ātrāk.

Kad pārdzesēšanas process beidzas un ūdens sasalst, tiek zaudēts daudz vairāk siltuma un līdz ar to veidojas vairāk ledus.

Daudzi šī efekta pētnieki uzskata hipotermiju par galveno faktoru Mpemba efekta gadījumā.

Konvekcija

Aukstais ūdens sāk sasalt no augšas, tādējādi pasliktinot siltuma starojuma un konvekcijas procesus un līdz ar to siltuma zudumus, savukārt karstais ūdens sāk sasalt no apakšas.

Šis efekts ir izskaidrojams ar ūdens blīvuma anomāliju. Ūdenim maksimālais blīvums ir 4 C. Ja jūs atdzesējat ūdeni līdz 4 C un novietojat to zemākā temperatūrā, ūdens virsmas slānis sasalst ātrāk. Tā kā šis ūdens ir mazāk blīvs nekā ūdens 4 C temperatūrā, tas paliks uz virsmas, veidojot plānu aukstu slāni. Šādos apstākļos uz ūdens virsmas īsā laikā izveidosies plāna ledus kārtiņa, bet šī ledus kārta kalpos kā izolators, aizsargājot apakšējos ūdens slāņus, kas saglabāsies 4 C temperatūrā. Tāpēc turpmākais process atdzišana notiks lēnāk.

Karstā ūdens gadījumā situācija ir pavisam cita. Ūdens virsmas slānis ātrāk atdzisīs iztvaikošanas un lielāka atšķirība temperatūras Turklāt aukstā ūdens slāņi ir blīvāki nekā karstā ūdens slāņi, tāpēc aukstā ūdens slānis nogrims, paceļot slāni silts ūdens uz virsmu. Šāda ūdens cirkulācija nodrošina strauju temperatūras pazemināšanos.

Bet kāpēc šis process nesasniedz līdzsvara punktu? Lai izskaidrotu Mpemba efektu no šī konvekcijas viedokļa, būtu jāpieņem, ka aukstais un karstais ūdens slānis tiek atdalīts un pats konvekcijas process turpinās pēc tam. vidējā temperatūraūdens temperatūra pazemināsies zem 4 C.

Tomēr nav eksperimentālu pierādījumu, kas apstiprinātu šo hipotēzi, ka aukstais un karstais ūdens slānis tiek atdalīts konvekcijas procesā.

Ūdenī izšķīdinātas gāzes

Ūdens vienmēr satur tajā izšķīdinātas gāzes – skābekli un oglekļa dioksīds. Šīm gāzēm ir spēja samazināt ūdens sasalšanas punktu. Sildot ūdeni, šīs gāzes izdalās no ūdens, jo augstās temperatūrās to šķīdība ūdenī ir zemāka. Tāpēc karstajam ūdenim atdziestot, tajā vienmēr ir mazāk izšķīdušo gāzu nekā neapsildītā aukstā ūdenī. Tāpēc uzkarsētam ūdenim sasalšanas temperatūra ir augstāka un tas ātrāk sasalst. Šis faktors dažkārt tiek uzskatīts par galveno Mpemba efekta izskaidrošanā, lai gan nav eksperimentālu datu, kas apstiprinātu šo faktu.

Siltumvadītspēja

Šim mehānismam var būt nozīmīga loma, ja ūdens tiek ievietots ledusskapja nodalījuma saldētavā mazos traukos. Šādos apstākļos ir novērots, ka karstā ūdens trauks izkausē ledu apakšā esošajā saldētavā, tādējādi uzlabojot termisko kontaktu ar saldētavas sienu un siltuma vadītspēju. Rezultātā siltums no karstā ūdens tvertnes tiek noņemts ātrāk nekā no aukstā. Savukārt trauks ar aukstu ūdeni nekausē sniegu zem tā.

Visi šie (kā arī citi) apstākļi tika pētīti daudzos eksperimentos, taču skaidra atbilde uz jautājumu – kurš no tiem nodrošina simtprocentīgu Mpemba efekta atveidojumu – tā arī netika iegūts.

Piemēram, 1995. gadā vācu fiziķis Dāvids Auerbahs pētīja ūdens pārdzesēšanas ietekmi uz šo efektu. Viņš atklāja, ka karstais ūdens, sasniedzot pārdzesētu stāvokli, sasalst augstākā temperatūrā nekā aukstais ūdens un līdz ar to ātrāk nekā pēdējais. Bet auksts ūdens sasniedz pārdzesētu stāvokli ātrāk nekā karstais ūdens, tādējādi kompensējot iepriekšējo kavēšanos.

Turklāt Auerbaha rezultāti bija pretrunā iepriekšējiem datiem, ka karstais ūdens spēja panākt lielāku pārdzesēšanu, jo bija mazāk kristalizācijas centru. Karsējot ūdeni, no tā tiek izvadītas tajā izšķīdušās gāzes, un, to vārot, izgulsnējas daži tajā izšķīdinātie sāļi.

Pagaidām var apgalvot tikai vienu - šī efekta atkārtošanās būtiski atkarīga no apstākļiem, kādos eksperiments tiek veikts. Tieši tāpēc, ka tas ne vienmēr tiek reproducēts.

O. V. Mosins

Literārāavoti:

"Karsts ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens. Kāpēc tas tā notiek?", Džearls Vokers grāmatā The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, Nr. 3, 246.–257. lpp.; 1977. gada septembris.

"Karstā un aukstā ūdens sasalšana", G.S. Kell American Journal of Physics, Vol. 37, Nr. 5, 564.–565. lpp.; 1969. gada maijs.

"Supercooling and the Mpemba Effect", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63, Nr. 10, 882.–885. lpp.; 1995. gada oktobris.

"Mpemba efekts: karstā un aukstā ūdens sasalšanas laiki", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, Nr. 5, 524. lpp.; 1996. gada maijs.

Šajā rakstā aplūkosim jautājumu, kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts.

Uzkarsēts ūdens sasalst daudz ātrāk nekā auksts ūdens! Šis pārsteidzošs īpašumsūdens, kura precīzu skaidrojumu zinātnieki joprojām nevar atrast, ir zināms kopš seniem laikiem. Piemēram, pat Aristotelī ir ziemas makšķerēšanas apraksts: makšķernieki ledus bedrēs ievietoja makšķeres un, lai tās ātrāk nosaltu, laista ledus. silts ūdens. Šī parādība tika nosaukta Erasto Mpemba vārdā 20. gadsimta 60. gados. Mnemba, gatavojot saldējumu, pamanīja dīvainu efektu un vērsās pie sava fizikas skolotāja doktora Denisa Osborna pēc paskaidrojuma. Mpemba un doktors Osborns eksperimentēja ar ūdeni dažādas temperatūras un secināja: gandrīz verdošs ūdens sāk sasalt daudz ātrāk nekā ūdens istabas temperatūrā. Citi zinātnieki veica savus eksperimentus un katru reizi ieguva līdzīgus rezultātus.

Fizikālas parādības skaidrojums

Nav vispārpieņemta izskaidrojuma, kāpēc tas notiek. Daudzi pētnieki norāda, ka visa būtība ir šķidruma pārdzesē, kas notiek, kad tā temperatūra nokrītas zem sasalšanas punkta. Citiem vārdiem sakot, ja ūdens sasalst temperatūrā, kas zemāka par 0°C, tad pārdzesētam ūdenim var būt, piemēram, -2°C temperatūra un tas joprojām var palikt šķidrs, nepārvēršoties ledū. Mēģinot sasaldēt aukstu ūdeni, pastāv iespēja, ka tas vispirms pārdzesēs un tikai pēc kāda laika sacietēs. Uzkarsētā ūdenī notiek citi procesi. Tā ātrāka pārvēršanās ledū ir saistīta ar konvekciju.

Konvekcija-Šo fiziska parādība, kurā paceļas siltie apakšējie šķidruma slāņi, bet nokrīt augšējie, atdzesētie.

Šķiet, ka vecā labā formula H 2 O nesatur noslēpumus. Bet patiesībā ūdens - dzīvības avots un slavenākais šķidrums pasaulē - ir pilns ar daudziem noslēpumiem, kurus dažreiz nespēj atrisināt pat zinātnieki.

Šeit ir 5 visvairāk interesanti fakti par ūdeni:

1. Karsts ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens

Ņemsim divus traukus ar ūdeni: vienā ielejam karstu ūdeni, otrā aukstu un ievietojam saldētavā. Karstais ūdens sasals ātrāk nekā auksts, lai gan loģiski, ka aukstam ūdenim vispirms vajadzēja pārvērsties ledū: galu galā karstajam ūdenim vispirms ir jāatdziest līdz aukstajai temperatūrai un pēc tam jāpārvēršas par ledu, savukārt aukstam ūdenim nav jāatdzesē. Kāpēc tas notiek?

1963. gadā Erasto B. Mpemba, vidusskolnieks Tanzānijā, saldēja saldējuma maisījumu un pamanīja, ka karstais maisījums saldētavā sastingst ātrāk nekā aukstais. Kad jaunais vīrietis savā atklājumā dalījās ar fizikas skolotāju, viņš par viņu tikai pasmējās. Par laimi, skolēns bija neatlaidīgs un pārliecināja skolotāju veikt eksperimentu, kas apstiprināja viņa atklājumu: noteiktos apstākļos karstais ūdens faktiski sasalst ātrāk nekā auksts.

Tagad šo fenomenu, kad karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts, sauc par "Mpemba efektu". Tiesa, ilgi pirms tā unikāls īpašumsūdeni atzīmēja Aristotelis, Frensiss Bēkons un Renē Dekarts.

Zinātnieki joprojām pilnībā neizprot šīs parādības būtību, skaidrojot to vai nu ar pārdzesēšanas, iztvaikošanas, ledus veidošanās, konvekcijas atšķirību, vai arī ar sašķidrināto gāzu ietekmi uz karsto un auksto ūdeni.

X.RU piezīme par tēmu “Karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens”.

Tā kā dzesēšanas jautājumi mums, saldēšanas speciālistiem, ir tuvāki, tad atļausimies nedaudz iedziļināties šīs problēmas būtībā un sniegsim divus viedokļus par to būtību. noslēpumaina parādība.

1. Vašingtonas universitātes zinātnieks ir piedāvājis izskaidrojumu noslēpumainai parādībai, kas pazīstama kopš Aristoteļa laikiem: kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā aukstais ūdens.

Parādība, ko sauc par Mpemba efektu, tiek plaši izmantota praksē. Piemēram, eksperti iesaka autobraucējiem ziemā mazgātāja tvertnē ieliet aukstu, nevis karstu ūdeni. Bet kas slēpjas aiz šīs parādības? ilgu laiku palika nezināms.

Dr Džonatans Kats no Vašingtonas universitātes pētīja šo fenomenu un nonāca pie secinājuma, ka liela nozīme ir ūdenī izšķīdinātām vielām, kuras karsējot izgulsnējas, ziņo EurekAlert.

Zem izšķīdis vielas dr. Katz attiecas uz kalcija un magnija bikarbonātiem, kas atrodas cietā ūdenī. Sildot ūdeni, šīs vielas izgulsnējas, veidojot nogulsnes uz tējkannas sienām. Ūdenī, kas nekad nav karsēts, ir šie piemaisījumi. Tam sasalstot un veidojoties ledus kristāliem, piemaisījumu koncentrācija ūdenī palielinās 50 reizes. Sakarā ar to ūdens sasalšanas punkts samazinās. "Un tagad ūdenim ir vēl vairāk jāatdziest, lai tas sasaltu," skaidro Dr. Katzs.

Ir otrs iemesls, kas neļauj neapsildītam ūdenim sasalst. Ūdens sasalšanas punkta pazemināšana samazina temperatūras starpību starp cieto un šķidro fāzi. "Tā kā ātrums, kādā ūdens zaudē siltumu, ir atkarīgs no šīs temperatūras starpības, ūdens, kas nav uzsildīts, atdziest sliktāk," komentē Dr. Katz.

Pēc zinātnieka domām, viņa teoriju var pārbaudīt eksperimentāli, jo Mpemba efekts kļūst pamanāmāks cietam ūdenim.

2. Skābeklis plus ūdeņradis un aukstums rada ledu. No pirmā acu uzmetiena šī caurspīdīgā viela šķiet ļoti vienkārša. Patiesībā ledus ir pilns ar daudziem noslēpumiem. Ledus, ko radījis afrikānis Erasto Mpemba, par slavu nedomāja. Dienas bija karstas. Viņš gribēja augļu ledus. Viņš paņēma sulas kasti un ielika to saldētavā. Viņš to darīja ne reizi vien un tāpēc pamanīja, ka sula īpaši ātri sasalst, ja to pirmo reizi patur saulē – tā to tiešām uzsilda! Tas ir dīvaini, domāja Tanzānijas skolnieks, kurš rīkojās pretēji pasaulīgajai gudrībai. Vai tiešām, lai šķidrums ātrāk pārvērstos ledū, tas vispirms ir... jāuzsilda? Jaunais vīrietis bija tik pārsteigts, ka dalījās savā minējumā ar skolotāju. Par šo kuriozu viņš ziņoja presē.

Šis stāsts notika pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Tagad "Mpemba efekts" ir labi zināms zinātniekiem. Taču ilgu laiku šī šķietami vienkāršā parādība palika noslēpums. Kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens?

Tikai 1996. gadā fiziķis Deivids Auerbahs atrada risinājumu. Lai atbildētu uz šo jautājumu, viņš veselu gadu veica eksperimentu: glāzē uzsildīja ūdeni un atkal atdzesēja. Tātad, ko viņš uzzināja? Sildot, ūdenī izšķīdinātie gaisa burbuļi iztvaiko. Ūdens, kurā nav gāzu, vieglāk sasalst uz trauka sienām. "Protams, sasals arī ūdens ar augstu gaisa saturu," saka Auerbahs, "bet ne pie nulles grādiem pēc Celsija, bet tikai pie mīnus četriem līdz sešiem grādiem." Protams, būs jāgaida ilgāk. Tātad, karstais ūdens sasalst pirms auksta ūdens, tas ir zinātnisks fakts.

Diez vai ir kāda viela, kas mūsu acu priekšā parādās tikpat viegli kā ledus. Tas sastāv tikai no ūdens molekulām - tas ir, elementārām molekulām, kas satur divus ūdeņraža atomus un vienu skābekļa atomu. Tomēr ledus, iespējams, ir visnoslēpumainākā viela Visumā. Zinātnieki vēl nav spējuši izskaidrot dažas tās īpašības.

2. Pārdzesēšana un "tūlītēja" sasaldēšana

Ikviens zina, ka ūdens vienmēr pārvēršas ledū, kad tas ir atdzisis līdz 0°C... izņemot atsevišķus gadījumus! Šāds gadījums, piemēram, ir "pārdzesēšana", kas ir ļoti īpašība tīrs ūdens paliek šķidrs pat tad, ja tas ir atdzesēts līdz zem sasalšanas temperatūras. Šī parādība kļūst iespējama, pateicoties tam, ka vide nesatur kristalizācijas centrus vai kodolus, kas varētu izraisīt ledus kristālu veidošanos. Un tāpēc ūdens paliek šķidrā veidā pat tad, ja tas ir atdzisis zem nulles grādiem pēc Celsija. Kristalizācijas procesu var izraisīt, piemēram, gāzes burbuļi, piemaisījumi (piesārņotāji) vai nelīdzena tvertnes virsma. Bez tiem ūdens paliks šķidrā stāvoklī. Kad sākas kristalizācijas process, jūs varat vērot, kā lieliski atdzesēts ūdens uzreiz pārvēršas ledū.

Noskatieties Fila Medina (www.mrsciguy.com) video (2901 KB, 60 sek.) un pārliecinies pats >>

komentēt. Pārkarsēts ūdens arī paliek šķidrs pat tad, ja tiek uzkarsēts virs tā viršanas temperatūras.

3. "Stikla" ūdens

Ātri un bez domāšanas nosauciet, cik dažādu stāvokļu ir ūdenim?

Ja atbildējāt trīs (ciets, šķidrs, gāzēts), tad kļūdījāties. Zinātnieki identificē vismaz 5 dažādus šķidra ūdens stāvokļus un 14 ledus stāvokļus.

Atcerieties sarunu par īpaši atdzesētu ūdeni? Tātad, neatkarīgi no tā, ko jūs darāt, -38 °C pat vistīrākais īpaši atdzesēts ūdens pēkšņi pārvēršas ledū. Kas notiek ar turpmāku samazināšanos?

temperatūra? Pie -120 °C ar ūdeni sāk notikt kaut kas dīvains: tas kļūst superviskozs vai viskozs, piemēram, melase, un temperatūrā, kas zemāka par -135 °C, tas pārvēršas par "stiklainu" vai "stiklveida" ūdeni - cietu vielu, kurai nav kristāliskas struktūras. .

4. Kvantu īpašībasūdens

Molekulārā līmenī ūdens ir vēl pārsteidzošāks. 1995. gadā zinātnieku veiktais neitronu izkliedes eksperiments deva negaidītu rezultātu: fiziķi atklāja, ka neitroni, kuru mērķis ir ūdens molekulas, “redz” par 25% mazāk ūdeņraža protonu, nekā gaidīts.

Izrādījās, ka ar ātrumu vienas attosekundes (10 -18 sekundes) notiek neparasts kvantu efekts, un ķīmiskā formulaūdens parastā - H 2 O vietā, kļūst par H 1,5 O!

5. Vai ūdenim ir atmiņa?

Homeopātija, alternatīva oficiālā medicīna, norāda, ka atšķaidīts šķīdums zāles var nodrošināt dziedinošs efekts uz ķermeņa, pat ja atšķaidīšanas koeficients ir tik augsts, ka šķīdumā nav palicis nekas, izņemot ūdens molekulas. Homeopātijas piekritēji šo paradoksu skaidro ar jēdzienu, ko sauc par “ūdens atmiņu”, saskaņā ar kuru ūdenim molekulārā līmenī ir “atmiņa” par vielu, kas tajā izšķīdusi, un tas saglabā sākotnējās koncentrācijas šķīduma īpašības pēc nevienas reizes. sastāvdaļas molekula paliek tajā.

Starptautiska zinātnieku grupa profesores Madlēnas Ennisas vadībā no Belfāstas universitātes, kas kritizēja homeopātijas principus, 2002. gadā veica eksperimentu, lai uz visiem laikiem atspēkotu šo koncepciju. Rezultāts bija pretējs spēja pierādīt „ūdens atmiņas” efekta realitāti. Tomēr neatkarīgu ekspertu uzraudzībā veiktie eksperimenti nedeva nekādus rezultātus.

Ūdenim ir daudzas citas neparastas īpašības, par kurām mēs šajā rakstā nerunājām.

Literatūra.

1. 5 patiešām dīvainas lietas par ūdeni / http://www.neatorama.com.
2. Ūdens noslēpums: tika izveidota Aristoteļa-Mpemba efekta teorija / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomņaščija N.N. Noslēpumi nedzīvā daba. Noslēpumainākā viela Visumā / http://www.bibliotekar.ru.

Viens no maniem mīļākajiem priekšmetiem skolā bija ķīmija. Reiz ķīmijas skolotājs mums uzdeva ļoti dīvainu un grūtu uzdevumu. Viņš iedeva mums jautājumu sarakstu, uz kuriem mums bija jāatbild ķīmijas jomā. Šim uzdevumam mums tika dotas vairākas dienas un tika atļauts izmantot bibliotēkas un citus pieejamos informācijas avotus. Viens no šiem jautājumiem attiecās uz ūdens sasalšanas punktu. Es precīzi neatceros, kā izklausījās jautājums, bet tas bija par to, ka, ja paņem divus vienāda izmēra koka spaiņus, vienu ar karstu ūdeni, otru ar aukstu (ar precīzi norādītu temperatūru) un ievieto tos. vide ar noteiktu temperatūru, kura būs Vai tie ātrāk sasals? Protams, atbilde uzreiz pati sevi ierosināja – spainis auksta ūdens, bet mums tas likās pārāk vienkārši. Bet ar to nepietika, lai sniegtu pilnīgu atbildi, mums tas bija jāpierāda no ķīmiskā viedokļa. Neskatoties uz visu manu domāšanu un pētījumiem, es nevarēju nonākt pie loģiska secinājuma. Es pat nolēmu izlaist šo nodarbību tajā dienā, tāpēc es nekad neuzzināju šīs mīklas atrisinājumu.

Ir pagājuši gadi, un es esmu daudz iemācījies ikdienas mīti par ūdens viršanas un sasalšanas temperatūru, un viens mīts teica: "karsts ūdens sasalst ātrāk." Apskatījos daudzas tīmekļa vietnes, taču informācija bija pārāk pretrunīga. Un tie bija tikai viedokļi, no zinātniskā viedokļa nepamatoti. Un es nolēmu veikt savu eksperimentu. Tā kā es nevarēju atrast koka spaiņus, es izmantoju saldētavu, plīti, nedaudz ūdens un digitālo termometru. Par savas pieredzes rezultātiem pastāstīšu nedaudz vēlāk. Pirmkārt, es dalīšos ar jums dažiem interesantiem argumentiem par ūdeni:

Karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts. Lielākā daļa ekspertu saka, ka auksts ūdens sasalst ātrāk nekā karsts ūdens. Bet viena smieklīga parādība (tā sauktais Memba efekts) nezināmu iemeslu dēļ pierāda pretējo: karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens. Viens no vairākiem skaidrojumiem ir iztvaikošanas process: ja ļoti karstu ūdeni ievieto aukstā vidē, ūdens sāks iztvaikot (atlikušais ūdens daudzums sasalst ātrāk). Un saskaņā ar ķīmijas likumiem tas nav nekāds mīts, un, visticamāk, tas ir tas, ko skolotāja vēlējās dzirdēt no mums.

Vārīts ūdens sasalst ātrāk nekā krāna ūdens. Neskatoties uz iepriekšējo skaidrojumu, daži eksperti iebilst, ka vārītam ūdenim, kas atdzisis līdz istabas temperatūrai, vajadzētu ātrāk sasalst, jo vārot samazinās skābekļa daudzums.

Auksts ūdens vārās ātrāk nekā karsts ūdens. Ja karstais ūdens sasalst ātrāk, tad varbūt auksts ūdens uzvārās ātrāk! Tas ir pretrunā ar veselo saprātu, un zinātnieki saka, ka tā vienkārši nevar būt. Karstam krāna ūdenim faktiski vajadzētu vārīties ātrāk nekā aukstam ūdenim. Bet izmantojot karstu ūdeni vārīšanai, enerģija netiek taupīta. Jūs varat izmantot mazāk gāzes vai gaismas, bet ūdens sildītājs izmantos tādu pašu enerģijas daudzumu, kas nepieciešams aukstā ūdens sildīšanai. (Ar saules enerģiju situācija ir nedaudz atšķirīga). Ūdens sildīšanas rezultātā ar ūdens sildītāju var parādīties nosēdumi, tāpēc ūdens uzsilšana prasīs ilgāku laiku.

Ja pievienosi ūdenim sāli, tas uzvārīsies ātrāk. Sāls paaugstina viršanas temperatūru (un attiecīgi pazemina sasalšanas temperatūru - tāpēc dažas mājsaimnieces savam saldējumam pievieno nedaudz sāls). akmens sāls). Bet šajā gadījumā mūs interesē cits jautājums: cik ilgi ūdens vārīsies un vai viršanas temperatūra šajā gadījumā var paaugstināties virs 100°C). Neskatoties uz pavārgrāmatu teikto, zinātnieki saka, ka sāls daudzums, ko pievienojam verdošam ūdenim, nav pietiekams, lai ietekmētu vārīšanās laiku vai temperatūru.

Bet šeit ir tas, ko es saņēmu:

Auksts ūdens: es izmantoju trīs 100 ml glāzes attīrīta ūdens: vienu glāzi ar istabas temperatūru (72 °F/22 °C), vienu ar karstu ūdeni (115 °F/46 °C) un vienu ar vārītu ūdeni (212 °C). °F/100°C). Visas trīs glāzes ievietoju saldētavā -18°C. Un tā kā es zināju, ka ūdens uzreiz nepārvērsīsies ledū, sasalšanas pakāpi noteicu, izmantojot “koka pludiņu”. Kad glāzes centrā novietotais kociņš vairs neskāra pamatni, uzskatīju, ka ūdens ir sasalis. Es pārbaudīju brilles ik pēc piecām minūtēm. Un kādi ir mani rezultāti? Pirmajā glāzē ūdens sasala pēc 50 minūtēm. Karstais ūdens sasala pēc 80 minūtēm. Vārīts - pēc 95 minūtēm. Mani atklājumi: Ņemot vērā apstākļus saldētavā un izmantoto ūdeni, es nevarēju reproducēt Memba efektu.

Šo eksperimentu izmēģināju arī ar iepriekš vārītu ūdeni, kas bija atdzisis līdz istabas temperatūrai. Tas sasala 60 minūšu laikā – joprojām bija nepieciešams ilgāks laiks nekā aukstam ūdenim, lai sasaldētu.

Vārīts ūdens: paņēmu litru ūdens istabas temperatūrā un uzliku uz uguns. Tas uzvārījās 6 minūtēs. Pēc tam es to atkal atdzesēju līdz istabas temperatūrai un pievienoju tam, kamēr tas bija karsts. Ar to pašu uguni karstu ūdeni uzvārīja 4 stundās un 30 minūtēs. Secinājums: Kā gaidīts, karstais ūdens uzvārās daudz ātrāk.

Vārīts ūdens (ar sāli): uz 1 litru ūdens pievienoju 2 lielas ēdamkarotes galda sāls. Tas uzvārījās 6 minūtēs 33 sekundēs, un, kā rādīja termometrs, tas sasniedza 102°C temperatūru. Neapšaubāmi, sāls ietekmē viršanas temperatūru, bet ne daudz. Secinājums: sāls ūdenī īpaši neietekmē temperatūru un vārīšanās laiku. Es godīgi atzīstu, ka manu virtuvi diez vai var saukt par laboratoriju, un, iespējams, mani secinājumi ir pretrunā ar realitāti. Mans saldētava var sasaldēt pārtiku nevienmērīgi. Manas stikla brilles varētu būt neregulāra forma, utt. Bet lai kas arī notiktu laboratorijā, kad mēs runājam par Runājot par ūdens sasaldēšanu vai vārīšanu virtuvē, svarīgākais ir veselais saprāts.

saite ar interesanti fakti par ūdenivisi par ūdeni
kā ieteikts forumā forum.ixbt.com, šis efekts (karstā ūdens sasalšana ātrāk nekā auksts ūdens) tiek saukts par "Aristoteļa-Mpembas efektu".

Tie. Vārīts ūdens (atdzesēts) sasalst ātrāk nekā “jēlūdens”.