Miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz? Kevéssé ismert tények a vízről.

Helló, kedves érdekes tények szerelmesei. Ma erről fogunk beszélni. De úgy gondolom, hogy a címben feltett kérdés egyszerűen abszurdnak tűnhet – de mindig osztatlanul bízni kell a hírhedt „józan észben”, és nem egy szigorúan meghatározott tesztkísérletben. Próbáljuk kitalálni, hogy miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz?

Történelmi háttér

Hogy a fagyos hideg és meleg víz kérdésében „nem minden tiszta” Arisztotelész műveiben szerepelt, majd F. Bacon, R. Descartes és J. Black is hasonló megjegyzéseket tett. A közelmúltban ez a hatás az „Mpemba paradoxona” nevet kapta – egy tanganyikai iskolásról, Erasto Mpembáról nevezték el, aki ugyanezt a kérdést tette fel egy vendég fizikaprofesszornak.

A fiú kérdése nem a semmiből merült fel, hanem a fagylaltkeverékek konyhában történő hűtésének folyamatával kapcsolatos tisztán személyes megfigyelésekből. Természetesen az ott jelenlévő osztálytársak az iskolai tanárral együtt megnevettették Mpembát – D. Osborne professzor személyesen végzett kísérleti tesztje után azonban „elpárolgott” belőlük a vágy, hogy Erastót kinevessék. Sőt, Mpemba 1969-ben egy professzorral együtt részletes leírást is közölt erről a hatásról a Fizikaoktatásban - azóta a fent említett név rögzül a tudományos irodalomban.

Mi a jelenség lényege?

A kísérlet felépítése meglehetősen egyszerű: minden más egyenlőség mellett azonos vékonyfalú edényeket vizsgálunk, szigorúan azonos mennyiségű vizet tartalmaznak, és csak hőmérsékletben különböznek egymástól. Az edényeket a hűtőbe töltjük, majd mindegyikben rögzítjük a jégképződésig eltelt időt. A paradoxon az, hogy egy kezdetben melegebb folyadékkal rendelkező edényben ez gyorsabban történik.

Hogyan magyarázza ezt a modern fizika?

A paradoxonnak nincs univerzális magyarázata, hiszen több párhuzamos folyamat játszódik le együtt, amelyek hozzájárulása a konkrét kezdeti feltételektől függően változhat - de egységes eredménnyel:

• a folyadék túlhűtési képessége - kezdetben a hideg víz hajlamosabb a túlhűtésre, pl. folyékony marad, ha hőmérséklete már fagypont alatt van
• gyorsított hűtés - a forró víz gőze jég mikrokristályokká alakul, amelyek visszaeséskor felgyorsítják a folyamatot, további „külső hőcserélőként” működve
• szigetelő hatás - a meleg vízzel ellentétben a hideg víz felülről lefagy, ami a konvekció és a sugárzás miatti hőátadás csökkenéséhez vezet

Számos más magyarázat is létezik (utoljára nemrég, 2012-ben rendezett versenyt a Brit Királyi Kémiai Társaság a legjobb hipotézisért) – de még mindig nincs egyértelmű elmélet a beviteli feltételek kombinációinak minden esetére...

21.11.2017 11.10.2018 Alekszandr Fircev

« Melyik víz fagy le gyorsabban, hideg vagy meleg?„- próbáljon meg kérdést feltenni a barátainak, valószínűleg a legtöbbjük azt fogja válaszolni, hogy a hideg víz gyorsabban fagy le - és hibát követnek el.

Valójában, ha egyszerre két azonos alakú és térfogatú edényt helyez a fagyasztóba, amelyek közül az egyik hideg, a másik forró vizet tartalmaz, akkor a forró víz fog gyorsabban megfagyni.

Egy ilyen kijelentés abszurdnak és ésszerűtlennek tűnhet. Ha követi a logikát, akkor a forró víznek először le kell hűlnie a hideg víz hőmérsékletére, és a hideg víznek ekkor már jéggé kell alakulnia.

Akkor miért verte fel a forró víz a hideg vizet a fagyás felé vezető úton? Próbáljuk meg kitalálni.

Megfigyelések és kutatások története

Az emberek ősidők óta megfigyelték ezt a paradox hatást, de senki sem tulajdonított neki különösebb jelentőséget. Így Arestotle, valamint Rene Descartes és Francis Bacon feljegyzéseikben feljegyezte a hideg és meleg víz fagyási sebességének következetlenségét. A mindennapi életben gyakran megjelent egy szokatlan jelenség.

A jelenséget sokáig semmilyen módon nem tanulmányozták, és nem keltett nagy érdeklődést a tudósok körében.

Ennek a szokatlan hatásnak a tanulmányozása 1963-ban kezdődött, amikor egy érdeklődő tanzániai iskolás, Erasto Mpemba észrevette, hogy a fagylalthoz való forró tej gyorsabban fagy meg, mint a hideg tej. Abban a reményben, hogy magyarázatot kap a szokatlan hatás okaira, a fiatalember megkérdezte fizikatanárát az iskolában. A tanár azonban csak nevetett rajta.

Később Mpemba megismételte a kísérletet, de kísérletében már nem tejet, hanem vizet használt, és a paradox hatás ismét megismétlődött.

6 évvel később, 1969-ben Mpemba feltette ezt a kérdést Dennis Osborn fizikaprofesszornak, aki az iskolájába érkezett. A professzor érdeklődött a fiatalember megfigyelése iránt, és ennek eredményeként egy kísérletet végeztek, amely megerősítette a hatás jelenlétét, de ennek a jelenségnek az okait nem állapították meg.

Azóta a jelenséget ún Mpemba hatás.

A tudományos megfigyelések története során számos hipotézist állítottak fel a jelenség okairól.

Így 2012-ben a Brit Királyi Kémiai Társaság hipotézisversenyt hirdetett meg az Mpemba-effektus magyarázatára. A versenyen a világ minden tájáról vettek részt tudósok, összesen 22 000 tudományos közleményt regisztráltak. A cikkek ilyen lenyűgöző száma ellenére egyik sem hozott világosságot az Mpemba-paradoxonról.

A legelterjedtebb változat az volt, hogy a forró víz gyorsabban fagy meg, mert egyszerűen gyorsabban elpárolog, térfogata kisebb lesz, a térfogat csökkenésével pedig a hűtési sebessége nő. A legelterjedtebb verziót végül megcáfolták, mert végeztek egy kísérletet, amelyben kizárták a párolgást, de a hatás ennek ellenére beigazolódott.

Más tudósok úgy vélték, hogy az Mpemba-hatás oka a vízben oldott gázok elpárolgása. Véleményük szerint a melegítés során a vízben oldott gázok elpárolognak, ami miatt az nagyobb sűrűséget kap, mint a hideg víz. Mint ismeretes, a sűrűség növekedése a víz fizikai tulajdonságainak megváltozásához (a hővezető képesség növekedéséhez) vezet, és ezáltal a hűtési sebesség növekedéséhez.

Emellett számos hipotézist terjesztettek elő, amelyek a víz hőmérséklettől függő keringési sebességét írják le. Számos tanulmány próbálta megállapítani a kapcsolatot azoknak a tartályoknak az anyaga között, amelyekben a folyadék található. Sok elmélet nagyon hihetőnek tűnt, de nem tudták tudományosan megerősíteni a kezdeti adatok hiánya, más kísérletek ellentmondásai miatt, vagy mert az azonosított tényezők egyszerűen nem voltak összehasonlíthatók a víz hűtési sebességével. Egyes tudósok munkájukban megkérdőjelezték a hatás létezését.

2013-ban a szingapúri Nanyang Technológiai Egyetem kutatói azt állították, hogy megfejtették az Mpemba-effektus rejtélyét. Kutatásaik szerint a jelenség oka abban rejlik, hogy a hideg és a meleg víz molekulái közötti hidrogénkötésekben tárolt energia mennyisége jelentősen eltér.

A számítógépes modellezési módszerek a következő eredményeket mutatták: minél magasabb a víz hőmérséklete, annál nagyobb a távolság a molekulák között, mivel a taszító erők növekednek. Következésképpen a molekulák hidrogénkötései megnyúlnak, több energiát tárolva. Lehűléskor a molekulák közeledni kezdenek egymáshoz, és energiát szabadítanak fel a hidrogénkötésekből. Ebben az esetben az energia felszabadulása a hőmérséklet csökkenésével jár.

2017 októberében spanyol fizikusok egy másik tanulmány során megállapították, hogy a hatás kialakulásában nagy szerepe van egy anyag egyensúlyi állapotból való eltávolításának (erős lehűlés előtt erős melegítés). Meghatározták azokat a feltételeket, amelyek mellett a hatás bekövetkezésének valószínűsége maximális. Ezenkívül spanyol tudósok megerősítették a fordított Mpemba-hatás létezését. Azt találták, hogy hevítéskor a hidegebb minta gyorsabban éri el a magas hőmérsékletet, mint a melegebb.

Az átfogó információk és a számos kísérlet ellenére a tudósok folytatni kívánják a hatás tanulmányozását.

Mpemba hatás a való életben

Gondolkoztál már azon, hogy télen miért van a korcsolyapálya forró vízzel és miért nem hideg? Ahogy már érted, ezt azért teszik, mert a forró vízzel megtöltött korcsolyapálya gyorsabban lefagy, mintha hideg vízzel lenne feltöltve. Ugyanezen okból forró vizet öntenek a csúszdákba a téli jégvárosokban.

Így a jelenség létezésének ismerete lehetővé teszi az emberek számára, hogy időt takarítsanak meg a téli sportok helyszíneinek előkészítésekor.

Ezenkívül az Mpemba-effektust néha az iparban használják a vizet tartalmazó termékek, anyagok és anyagok fagyasztási idejének csökkentésére.

Úgy tűnik, hogy a jó öreg H2O képletben nincsenek titkok. Valójában azonban a víz - az élet forrása és a világ leghíresebb folyadéka - számos rejtélyt rejt magában, amelyeket még a tudósok sem képesek felfogni. A víz öt leghíresebb „furcsasága” áll előtted.

1. A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg

Vegyünk két edényt vízzel: az egyikbe öntsünk forró, a másikba hideg vizet. Tegyük be őket a fagyasztóba. A melegvizes edény gyorsabban megfagy, mint a hidegvizes, bár logikusan a hidegvizes edénynek előbb jéggé kellett volna alakulnia: a forró víznek ugyanis előbb le kell hűlnie hidegre, majd jéggé kell alakulnia, de a hideg vizet nem kell lehűteni. Miért történik ez?

1963-ban Erasto B. Mpemba középiskolás diák észrevette, hogy a forró keverékek gyorsabban megszilárdulnak a fagyasztóban, mint a hidegek. A fizikatanár, akivel a fiatalember megosztotta felfedezését, kinevette. Szerencsére a diák kitartónak bizonyult, és meggyőzte a tanárt, hogy végezzen kísérletet, ami megerősítette, hogy igaza volt. Ma azt a jelenséget, amikor a forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg víz, „Mpemba-effektusnak” nevezik. A tudósok még mindig nem értik teljesen ennek a jelenségnek a természetét, mivel a túlhűtés, a párolgás, a jégképződés stb. különbségeivel magyarázzák.

2. A „szuperhűtés” megakadályozza a jégképződést

Mindenki tudja, hogy a víz nulla Celsius fokra hűtve mindig jéggé válik... kivéve ha nem! A „túlhűtés” a víz azon tendenciája, hogy még akkor is folyékony marad, ha fagypont alá hűtjük. Ezt a jelenséget az teszi lehetővé, hogy a környezet nem tartalmaz olyan kristályosodási központokat vagy magokat, amelyek jégkristályok képződését váltanák ki. Ez az oka annak, hogy a víz nulla Celsius-fok alá hűtve is folyékony formában marad. Amikor beindul a kristályosodási folyamat, láthatja, hogyan válik a „szuperhűtött” víz egy pillanat alatt jéggé. Győződjön meg Ön is – nézze meg a videót weboldalunkon.

3. „Üvegszerű” víz

Gyorsan, gondolkodás nélkül mondja meg, hányféle halmazállapota van a víznek? hármat mondtál? Szilárd, folyékony, gáznemű? De nem. A tudósok legalább 5 „folyékony” víz és 14 jég állapotot azonosítanak. Emlékszel a szuperhűtött vízről szóló beszélgetésre? Tehát nem számít, mit csinál, -38 ° C-os hőmérsékleten a legjobban lehűtött víz hirtelen jéggé változik. De vajon megtörténik-e a WTO a hőmérséklet további csökkenésével? -120 °C-on a jég viszkózussá válik, mint a melasz, és -135 °C-on és az alatt „üveges” vagy „üveges” vízzé válik – kristályok nélküli szilárd anyaggá.

4. A víz kvantumszáma

Molekuláris szinten a víz meglepheti a tudósokat. 1995-ben a tudósok által végzett neutronszórási kísérlet váratlan eredményt hozott: felfedezték, hogy a vízmolekulákat célzó neutronok 25%-kal kevesebbet „látnak”, mint a hidrogén protonok. Kiderült, hogy egy attoszekundumos sebességgel (10-től mínusz 18 másodperc hatványig) szokatlan kvantumhatás lép fel, és a víz kémiai képlete a szokásos H2O-ból H1,5O-vá változik!
Mi az egy attoszekundum, kérdezed? Ez az az idő, amely alatt a fénynek egy vízmolekula méretéhez hasonló távolságot kell megtennie.

5. Van a víznek memóriája?

A hivatalos orvoslás alternatívája, a homeopátia kimondja, hogy a gyógyszer gyenge oldata gyógyító hatással lehet a szervezetre, és megőrzi az eredeti koncentrációjú oldat tulajdonságait, még akkor is, ha a hígítási tényező olyan magas, hogy semmi sem marad az oldatban. kivéve a vízmolekulákat. A homeopátia mint kezelési módszer hívei ezt a paradoxont ​​a „vízmemória” fogalommal magyarázzák. 2002-ben egy nemzetközi tudóscsoport, Madeline Ennis professzor vezetésével a Belfasti Queen's Egyetemről, akik korábban kritizálták a homeopátia alapelveit, bejelentették, hogy sikerült bizonyítaniuk a „vízmemória” hatás valóságát független szakértők felügyelete nem hozott eredményt. Folytatódik a vita a „vízmemória” jelenségéről.

Úgy tűnik, hogy a jó öreg H 2 O képlet nem tartalmaz titkokat. Valójában azonban a víz – az élet forrása és a világ leghíresebb folyadéka – számos rejtélyt rejt magában, amelyeket néha még a tudósok sem képesek megfejteni.

Íme az 5 legérdekesebb tény a vízről:

1. A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg

Vegyünk két edényt vízzel: az egyikbe öntsünk forró, a másikba hideg vizet, és tegyük be a fagyasztóba. A meleg víz gyorsabban megfagy, mint a hideg, bár a dolgok logikája szerint a hideg víznek először jéggé kellett volna alakulnia: a forró víznek ugyanis először hidegre kell hűlnie, majd jéggé kell alakulnia, míg a hideg vízből nem. le kell hűteni. Miért történik ez?

1963-ban Erasto B. Mpemba, egy tanzániai középiskolás diák fagylaltkeveréket fagyasztott le, és észrevette, hogy a forró keverék gyorsabban megszilárdul a fagyasztóban, mint a hideg. Amikor a fiatalember megosztotta felfedezését fizikatanárjával, csak nevetett rajta. Szerencsére a diák kitartó volt, és meggyőzte a tanárt, hogy végezzen kísérletet, ami megerősítette felfedezését: bizonyos körülmények között a meleg víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg.

Ma ezt a jelenséget, amikor a forró víz gyorsabban fagy, mint a hideg víz, Mpemba-effektusnak nevezik. Igaz, jóval előtte a víznek ezt az egyedülálló tulajdonságát Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes is feljegyezte.

A tudósok még mindig nem értik teljesen ennek a jelenségnek a természetét, vagy a túlhűtés, a párolgás, a jégképződés, a konvekció különbségével, vagy a cseppfolyósított gázok hideg és meleg vízre gyakorolt ​​hatásával magyarázzák.

Az X.RU megjegyzése a „A forró víz gyorsabban fagy, mint a hideg víz” témában.

Mivel a hűtés kérdései közelebb állnak hozzánk, hűtési szakemberekhez, engedjük meg magunknak, hogy kicsit mélyebben ássunk bele a probléma lényegébe, és két véleményt mondjunk egy ilyen rejtélyes jelenség természetéről.

1. A Washingtoni Egyetem tudósa magyarázatot javasolt egy Arisztotelész kora óta ismert rejtélyes jelenségre: miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz.

Az Mpemba-effektusnak nevezett jelenséget széles körben alkalmazzák a gyakorlatban. A szakértők például azt tanácsolják az autósoknak, hogy télen hideg, ne meleg vizet öntsenek a mosótartályba. De hogy mi áll a jelenség hátterében, az sokáig ismeretlen maradt.

Dr. Jonathan Katz, a Washingtoni Egyetem munkatársa ezt a jelenséget tanulmányozta, és arra a következtetésre jutott, hogy fontos szerepet játszanak a vízben oldott anyagok, amelyek melegítéskor kicsapódnak – írja az EurekAlert.

Az oldott anyagok alatt Dr. Katz kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátot ért, amelyek a kemény vízben találhatók. A víz melegítése során ezek az anyagok kicsapódnak, és vízkő keletkezik a vízforraló falán. A soha nem melegített víz tartalmazza ezeket a szennyeződéseket. Ahogy fagy és jégkristályok képződnek, a szennyeződések koncentrációja a vízben 50-szeresére nő. Emiatt a víz fagyáspontja csökken. „Most pedig a víznek tovább kell hűlnie, hogy megfagyjon” – magyarázza Dr. Katz.

Van egy második ok, amely megakadályozza a fűtetlen víz megfagyását. A víz fagyáspontjának csökkentése csökkenti a szilárd és folyékony fázis közötti hőmérséklet-különbséget. „Mivel a víz hőveszteségének sebessége ettől a hőmérséklet-különbségtől függ, a fel nem melegített víz kevésbé hűl le” – mondja Dr. Katz.

A tudós szerint elmélete kísérletileg tesztelhető, mert Az Mpemba-effektus keményebb víz esetén észrevehetőbbé válik.

2. Az oxigén plusz hidrogén plusz hideg jeget hoz létre. Első pillantásra ez az átlátszó anyag nagyon egyszerűnek tűnik. A valóságban a jég tele van sok rejtéllyel. Az afrikai Erasto Mpemba által létrehozott jég nem gondolt a hírnévre. A napok forróak voltak. Papucsot akart. Fogta a gyümölcsleves dobozt, és betette a fagyasztóba. Nem egyszer megtette ezt, és ezért vette észre, hogy a lé különösen gyorsan megfagy, ha először a napon tartja – nagyon felmelegíti! Ez furcsa, gondolta a tanzániai iskolás, aki a világi bölcsesség ellenében cselekedett. Valóban elő kell melegíteni a folyadékot, hogy gyorsabban jéggé alakuljon? A fiatalember annyira meglepődött, hogy megosztotta sejtését a tanárral. Erről az érdekességről számolt be a sajtóban.

Ez a történet a múlt század hatvanas éveiben történt. Most az "Mpemba-effektus" jól ismert a tudósok számára. De ez az egyszerűnek tűnő jelenség sokáig rejtély maradt. Miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz?

David Auerbach fizikus csak 1996-ban talált megoldást. A kérdés megválaszolására egy egész éven át végzett kísérletet: vizet melegített egy pohárban, majd ismét lehűtötte. Szóval mit talált ki? Melegítéskor a vízben oldott légbuborékok elpárolognak. A gázoktól mentes víz könnyebben ráfagy az edény falára. „Természetesen a magas levegőtartalmú víz is megfagy – mondja Auerbach –, de nem nulla Celsius-fokon, hanem csak mínusz négy-hat fokon. Természetesen tovább kell várni. Tehát a meleg víz megfagy a hideg víz előtt, ez tudományos tény.

Aligha van olyan anyag, amely ugyanolyan könnyedén jelenik meg a szemünk előtt, mint a jég. Csak vízmolekulákból áll - vagyis két hidrogénatomot és egy oxigénatomot tartalmazó elemi molekulákból. A jég azonban talán a legtitokzatosabb anyag az Univerzumban. A tudósok még nem tudták megmagyarázni egyes tulajdonságait.

2. Túlhűtés és "azonnali" fagyasztás

Mindenki tudja, hogy a víz 0°C-ra hűtve mindig jéggé változik... kivéve néhány esetet! Példa erre a „túlhűtés”, amely a nagyon tiszta víz azon tulajdonsága, hogy még fagypont alá hűtve is folyékony marad. Ezt a jelenséget az teszi lehetővé, hogy a környezet nem tartalmaz olyan kristályosodási központokat vagy magokat, amelyek jégkristályok képződését váltanák ki. Így a víz nulla Celsius-fok alá hűtve is folyékony formában marad. A kristályosodási folyamatot kiválthatják például gázbuborékok, szennyeződések (szennyeződések), vagy a tartály egyenetlen felülete. Ezek nélkül a víz folyékony állapotban marad. Amikor a kristályosodási folyamat elindul, láthatja, ahogy a szuperhűtött víz azonnal jéggé változik.

Nézze meg Phil Medina (www.mrsciguy.com) videóját (2901 KB, 60 mp), és győződjön meg róla saját szemével >>

Megjegyzés. A túlhevített víz akkor is folyékony marad, ha a forráspontja fölé melegítjük.

3. "Üveg" víz

Nevezze meg gyorsan és gondolkodás nélkül, hányféle halmazállapota van a víznek?

Ha hármat válaszolt (szilárd, folyékony, gáz), akkor tévedett. A tudósok legalább 5 különböző folyékony víz és 14 jég állapotot azonosítanak.

Emlékszel a szuperhűtött vízről szóló beszélgetésre? Tehát bármit is csinál, -38 °C-on a legtisztább szuperhűtött víz is hirtelen jéggé változik. Mi történik a további hanyatlással?

hőmérséklet? -120 °C-on valami furcsa dolog kezd megtörténni a vízzel: szuperviszkózussá vagy viszkózussá válik, mint a melasz, és -135 °C alatti hőmérsékleten „üveges” vagy „üveges” vízzé válik – szilárd anyaggá, amelynek nincs kristályos szerkezete. .

4. A víz kvantumtulajdonságai

Molekuláris szinten a víz még meglepőbb. 1995-ben a tudósok által végzett neutronszórási kísérlet váratlan eredményt hozott: a fizikusok felfedezték, hogy a vízmolekulákat célzó neutronok a vártnál 25%-kal kevesebb hidrogén protont „látnak”.

Kiderült, hogy egy attoszekundumos (10-18 másodperc) sebességgel szokatlan kvantumhatás lép fel, és a víz kémiai képlete a szokásos - H 2 O helyett - H 1,5 O lesz!

5. Van a víznek memóriája?

A hagyományos orvoslás alternatívája, a homeopátia azt állítja, hogy egy gyógyszer hígított oldata még akkor is gyógyító hatással lehet a szervezetre, ha a hígítási tényező olyan nagy, hogy a vízmolekulákon kívül semmi sem marad az oldatban. A homeopátia hívei ezt a paradoxont ​​a „vízmemória” fogalommal magyarázzák, amely szerint a víz molekuláris szinten „memóriája” van a benne feloldott anyagnak, és egyetlen egyszer sem tartja meg az eredeti koncentrációjú oldat tulajdonságait. az összetevő molekulája marad benne.

A Belfasti Queen's Egyetem professzora által vezetett nemzetközi tudóscsoport, aki bírálta a homeopátia alapelveit, 2002-ben végzett kísérletet, hogy végleg megcáfolja ezt az elképzelést tudták bizonyítani a „vízmemória” hatás valóságát, azonban a független szakértők felügyelete mellett végzett kísérletek nem hoztak eredményt.

A víznek sok más szokatlan tulajdonsága van, amelyekről ebben a cikkben nem beszéltünk.

Irodalom.

1. 5 igazán furcsa dolog a vízzel kapcsolatban / http://www.neatorama.com.
2. A víz rejtélye: megalkották az Arisztotelész-Mpemba hatás elméletét / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Az élettelen természet titkai. A világegyetem legtitokzatosabb anyaga / http://www.bibliotekar.ru.

Sok kutató terjesztette elő és terjeszti elő saját verzióját arra vonatkozóan, hogy a forró víz miért fagy le gyorsabban, mint a hideg. Paradoxonnak tűnik - elvégre ahhoz, hogy megfagyjon, a forró víznek először le kell hűlnie. A tény azonban tény marad, és a tudósok különféleképpen magyarázzák.

Főbb verziók

Jelenleg több változat is megmagyarázza ezt a tényt:

1. Mivel a forró víz gyorsabban elpárolog, térfogata csökken. És kisebb mennyiségű víz azonos hőmérsékletű fagyása gyorsabban megy végbe.
2. A hűtőszekrény fagyasztórekeszében hóbetét található. Egy forró vizet tartalmazó edény megolvasztja alatta a havat. Ez javítja a fagyasztóval való termikus érintkezést.
3. A hideg víz megfagyása a forró vízzel ellentétben a tetején kezdődik. Ugyanakkor a konvekció és a hősugárzás, és ennek következtében a hőveszteség romlik.
4. A hideg víz kristályosodási központokat tartalmaz - benne oldott anyagokat. Ha kicsi a víztartalmuk, akkor a jegesedés nehézkes, bár ugyanakkor lehetséges a túlhűtés - nulla alatti hőmérsékleten folyékony halmazállapotú.

Bár az igazság kedvéért elmondhatjuk, hogy ez a hatás nem mindig figyelhető meg. Nagyon gyakran a hideg víz gyorsabban lefagy, mint a forró víz.

Milyen hőmérsékleten fagy meg a víz

Miért fagy meg egyáltalán a víz? Bizonyos mennyiségű ásványi vagy szerves részecskét tartalmaz. Ezek lehetnek például nagyon kis homok-, por- vagy agyagszemcsék. Ahogy a levegő hőmérséklete csökken, ezek a részecskék azok a központok, amelyek körül jégkristályok képződnek.

A kristályosodási magok szerepét a vizet tartalmazó tartály légbuborékai és repedései is betölthetik. A víz jéggé alakításának sebességét nagymértékben befolyásolja az ilyen központok száma - ha sok van belőlük, a folyadék gyorsabban fagy meg. Normál körülmények között, normál légköri nyomás mellett a víz 0 fokos hőmérsékleten folyadékból szilárd halmazállapotúvá válik.

Az Mpemba effektus lényege

Az Mpemba-effektus egy paradoxon, melynek lényege, hogy bizonyos körülmények között a meleg víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Erre a jelenségre Arisztotelész és Descartes is felfigyelt. A tanzániai iskolás, Erasto Mpemba azonban csak 1963-ban állapította meg, hogy a forró fagylalt rövidebb idő alatt megdermed, mint a hideg fagylalt. Erre a következtetésre jutott egy főzési feladat elvégzése közben.

A felforralt tejben fel kellett oldania a cukrot, és miután lehűtötte, hűtőszekrénybe tette megdermedni. Úgy tűnik, Mpemba nem volt különösebben szorgalmas, és későn kezdte el a feladat első részét. Ezért nem várta meg, hogy a tej kihűljön, hanem forrón betette a hűtőbe. Nagyon meglepődött, amikor még gyorsabban lefagyott, mint osztálytársaié, akik az adott technológiának megfelelően végezték a munkát.

Ez a tény nagyon érdekelte a fiatalembert, és kísérleteket kezdett sima vízzel. 1969-ben a Physics Education folyóirat publikálta Mpemba és Dennis Osborne, a Dar es Salaam Egyetem professzora által végzett kutatások eredményeit. Az általuk leírt hatás az Mpemba nevet kapta. A jelenségre azonban még ma sincs egyértelmű magyarázat. Minden tudós egyetért abban, hogy ebben a főszerep a hűtött és a forró víz tulajdonságainak különbsége, de hogy pontosan mi, az nem ismert.

Szingapúri verzió

Az egyik szingapúri egyetem fizikusait az is érdekelte, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg? Hszi Zhang vezette kutatócsoport pontosan a víz tulajdonságaival magyarázta ezt a paradoxont. Mindenki ismeri a víz összetételét az iskolából - egy oxigénatom és két hidrogénatom. Az oxigén bizonyos mértékig elhúzza az elektronokat a hidrogéntől, így a molekula egyfajta „mágnes”.

Ennek eredményeként a víz bizonyos molekulái enyhén vonzódnak egymáshoz, és hidrogénkötés köti össze őket. Erőssége sokszor kisebb, mint a kovalens kötésé. Szingapúri kutatók úgy vélik, hogy Mpemba paradoxonának magyarázata pontosan a hidrogénkötésekben rejlik. Ha a vízmolekulákat nagyon szorosan egymás mellé helyezzük, akkor a molekulák közötti ilyen erős kölcsönhatás deformálhatja a kovalens kötést magának a molekulának a közepén.

De amikor a vizet melegítjük, a megkötött molekulák kissé eltávolodnak egymástól. Ennek eredményeként a molekulák közepén a kovalens kötések relaxációja következik be, a felesleges energia felszabadulásával és az alacsonyabb energiaszintre való átállással. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a forró víz gyorsan lehűl. Legalábbis ezt mutatják a szingapúri tudósok elméleti számításai.

Azonnal megfagyó víz – 5 hihetetlen trükk: Videó