Pse uji i nxehtë është më i lehtë se uji i ftohtë? Pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë?

Duket se formula e mirë e vjetër H 2 O nuk përmban sekrete. Por në fakt, uji - burimi i jetës dhe lëngu më i famshëm në botë - është i mbushur me shumë mistere që as shkencëtarët ndonjëherë nuk janë në gjendje t'i zgjidhin.

Këtu janë 5 faktet më interesante për ujin:

1. Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë

Le të marrim dy enë me ujë: në njërën hedhim ujë të nxehtë dhe në tjetrën ujë të ftohtë dhe i vendosim në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse sipas logjikës së gjërave, fillimisht uji i ftohtë duhet të ishte kthyer në akull: në fund të fundit, uji i nxehtë duhet fillimisht të ftohet në temperaturën e ftohtë dhe më pas të kthehet në akull, ndërsa uji i ftohtë jo. duhet të ftohet. Pse po ndodh kjo?

Në vitin 1963, Erasto B. Mpemba, një nxënës i shkollës së mesme në Tanzani, po ngrinte një përzierje akulloreje dhe vuri re se përzierja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në frigorifer sesa në të ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e tij të fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: në kushte të caktuara, uji i nxehtë në fakt ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet "efekti Mpemba". Vërtetë, shumë kohë para tij kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.

Shkencëtarët ende nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në superftohje, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose me efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.

Shënim nga X.RU me temën "Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë".

Meqenëse çështjet e ftohjes janë më afër nesh, specialistëve të ftohjes, ne do t'i lejojmë vetes të thellohemi pak më thellë në thelbin e këtij problemi dhe të japim dy mendime për natyrën e një fenomeni kaq misterioz.

1. Një shkencëtar nga Universiteti i Uashingtonit ka propozuar një shpjegim për një fenomen misterioz të njohur që nga koha e Aristotelit: pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Fenomeni, i quajtur efekti Mpemba, përdoret gjerësisht në praktikë. Për shembull, ekspertët këshillojnë shoferët që të derdhin ujë të ftohtë, jo të nxehtë, në rezervuarin e larjes në dimër. Por ajo që qëndron në themel të këtij fenomeni mbeti e panjohur për një kohë të gjatë.

Doktor Jonathan Katz nga Universiteti i Uashingtonit studioi këtë fenomen dhe arriti në përfundimin se substancat e tretura në ujë, të cilat precipitojnë kur nxehen, luajnë një rol të rëndësishëm, transmeton EurekAlert.

Me tretësirë, Dr. Katz nënkupton bikarbonatet e kalciumit dhe magnezit, të cilat gjenden në ujin e fortë. Kur uji nxehet, këto substanca precipitojnë, duke formuar shkallë në muret e kazanit. Uji që nuk është ngrohur kurrë përmban këto papastërti. Ndërsa ngrin dhe formohen kristalet e akullit, përqendrimi i papastërtive në ujë rritet 50 herë. Për shkak të kësaj, pika e ngrirjes së ujit zvogëlohet. "Dhe tani uji duhet të ftohet më tej për të ngrirë," shpjegon Dr. Katz.

Ekziston një arsye e dytë që parandalon ngrirjen e ujit të pa ngrohur. Ulja e pikës së ngrirjes së ujit zvogëlon diferencën e temperaturës midis fazës së ngurtë dhe të lëngshme. "Për shkak se shkalla me të cilën uji humb nxehtësinë varet nga kjo ndryshim në temperaturë, uji që nuk është ngrohur ftohet më pak mirë," komenton Dr. Katz.

Sipas shkencëtarit, teoria e tij mund të testohet në mënyrë eksperimentale, sepse Efekti Mpemba bëhet më i dukshëm për ujë më të fortë.

2. Oksigjeni plus hidrogjen plus i ftohti krijon akull. Në pamje të parë, kjo substancë transparente duket shumë e thjeshtë. Në realitet, akulli është i mbushur me shumë mistere. Ice, i krijuar nga afrikani Erasto Mpemba, nuk mendoi për famën. Ditët ishin të nxehta. Ai donte kokoshka. Mori kutinë e lëngut dhe e futi në ngrirje. Ai e bëri këtë më shumë se një herë dhe për këtë arsye vuri re se lëngu ngrin veçanërisht shpejt nëse e mbani fillimisht në diell - me të vërtetë e ngroh! Kjo është e çuditshme, mendoi nxënësi tanzanian, i cili veproi në kundërshtim me urtësinë e kësaj bote. A është vërtet e nevojshme të ngrohni paraprakisht lëngun në mënyrë që të shndërrohet në akull më shpejt? I riu u befasua aq shumë sa ndau supozimin e tij me mësuesin. Ai e raportoi këtë kuriozitet në shtyp.

Kjo histori ka ndodhur në vitet gjashtëdhjetë të shekullit të kaluar. Tani "efekti Mpemba" është i njohur për shkencëtarët. Por për një kohë të gjatë ky fenomen në dukje i thjeshtë mbeti mister. Pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë?

Vetëm në vitin 1996 fizikani David Auerbach gjeti një zgjidhje. Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, ai kreu një eksperiment për një vit të tërë: ngrohi ujin në një gotë dhe e ftohte përsëri. Pra, çfarë zbuloi ai? Kur nxehen, flluskat e ajrit të tretura në ujë avullojnë. Uji pa gazra ngrin më lehtë në muret e enës. "Sigurisht, uji me përmbajtje të lartë ajri do të ngrijë gjithashtu," thotë Auerbach, "por jo në zero gradë Celsius, por vetëm në minus katër deri në gjashtë gradë." Sigurisht, do t'ju duhet të prisni më gjatë. Pra, uji i nxehtë ngrin para ujit të ftohtë, ky është një fakt shkencor.

Vështirë se ka një substancë që shfaqet para syve tanë me të njëjtën lehtësi si akulli. Ai përbëhet vetëm nga molekula uji - domethënë molekula elementare që përmbajnë dy atome hidrogjeni dhe një atom oksigjen. Megjithatë, akulli është ndoshta substanca më misterioze në Univers. Shkencëtarët nuk kanë qenë ende në gjendje të shpjegojnë disa nga vetitë e tij.

2. Superftohje dhe ngrirje e “menjëhershme”.

Të gjithë e dinë se uji kthehet gjithmonë në akull kur ftohet në 0°C... përveç në disa raste! Një shembull i kësaj është "superftohja", e cila është vetia e ujit shumë të pastër për të mbetur i lëngshëm edhe kur ftohet në nivelin e ngrirjes. Ky fenomen është bërë i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra apo bërthama kristalizimi që mund të nxisin formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme edhe kur ftohet nën zero gradë Celsius. Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (ndotës) ose një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet në gjendje të lëngshme. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni ujin e super-ftohur të shndërrohet menjëherë në akull.

Shikoni videon (2,901 KB, 60 sek) nga Phil Medina (www.mrsciguy.com) dhe shikoni vetë >>

Komentoni. Uji i mbinxehur gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet mbi pikën e tij të vlimit.

3. Ujë "xhami".

Shpejt dhe pa u menduar, emërtoni sa gjendje të ndryshme ka uji?

Nëse jeni përgjigjur tre (të ngurtë, të lëngët, të gaztë), atëherë keni gabuar. Shkencëtarët identifikojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit të lëngshëm dhe 14 gjendje akulli.

E mbani mend bisedën për ujin super të ftohtë? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 °C edhe uji më i pastër super i ftohtë kthehet papritur në akull. Çfarë ndodh me rënien e mëtejshme?

temperatura? Në -120 °C diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 °C shndërrohet në ujë "qelqtë" ose "qelqtë" - një substancë e ngurtë që nuk ka strukturë kristalore. .

4. Vetitë kuantike të ujit

Në nivelin molekular, uji është edhe më befasues. Në vitin 1995, një eksperiment i shpërndarjes së neutroneve i kryer nga shkencëtarët dha një rezultat të papritur: fizikanët zbuluan se neutronet që synonin molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.

Doli se me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë, dhe formula kimike e ujit, në vend të asaj të zakonshme - H 2 O, bëhet H 1.5 O!

5. A ka uji memorie?

Homeopatia, një alternativë ndaj mjekësisë konvencionale, thotë se një tretësirë e holluar e një ilaçi mund të ketë një efekt shërues në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë përveç molekulave të ujit. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur "kujtesa e ujit", sipas të cilit uji në nivelin molekular ka një "memorie" të substancës sapo të tretur në të dhe ruan vetitë e tretësirës së përqendrimit origjinal pas asnjë të vetme. molekula e përbërësit mbetet në të.

Një grup ndërkombëtar shkencëtarësh të udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis nga Universiteti i Mbretëreshës në Belfast, i cili kritikoi parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë këtë koncept njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt ishin në gjendje të vërtetonin realitetin e efektit të "kujtesës së ujit" Megjithatë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk sollën ndonjë rezultat.

Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta për të cilat nuk folëm në këtë artikull.

Letërsia.

1. 5 gjëra vërtet të çuditshme rreth ujit / http://www.neatorama.com.
2. Misteri i ujit: u krijua teoria e efektit Aristotle-Mpemba / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Sekretet e natyrës së pajetë. Substanca më misterioze në univers / http://www.bibliotekar.ru.

Shoqëria Mbretërore Britanike e Kimisë po ofron një shpërblim prej 1000 £ për këdo që mund të shpjegojë shkencërisht pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë në disa raste.

“Shkenca moderne ende nuk mund t'i përgjigjet kësaj pyetjeje në dukje të thjeshtë. Prodhuesit e akulloreve dhe banakierët e përdorin këtë efekt në punën e tyre të përditshme, por askush nuk e di pse funksionon. Ky problem ka qenë i njohur për mijëvjeçarë, me filozofë të tillë si Aristoteli dhe Dekarti që mendojnë për të”, tha profesor David Phillips, president i Shoqërisë Mbretërore Britanike të Kimisë, siç citohet në një njoftim për shtyp të Shoqatës.

Si një kuzhinier nga Afrika mundi një profesor britanik të fizikës

Kjo nuk është një shaka 1 prilli, por një realitet i ashpër fizik. Shkenca moderne, e cila operon lehtësisht me galaktikat dhe vrimat e zeza, dhe ndërton përshpejtues gjigantë për të kërkuar kuarke dhe bozone, nuk mund të shpjegojë se si "funksionon" uji elementar. Teksti shkollor thotë qartë se duhet më shumë kohë për të ftohur një trup më të nxehtë sesa për të ftohur një trup të ftohtë. Por për ujin, ky ligj nuk respektohet gjithmonë. Aristoteli tërhoqi vëmendjen për këtë paradoks në shekullin e IV para Krishtit. e. Ja çfarë shkruante greku i lashtë në librin e tij Meteorologica I: “Fakti që uji është ngrohur paraprakisht e bën atë të ngrijë. Prandaj, shumë njerëz, kur duan ta ftohin më shpejt ujin e nxehtë, fillimisht e vendosin në diell...” Në mesjetë, Francis Bacon dhe Rene Descartes u përpoqën ta shpjegojnë këtë fenomen. Mjerisht, as filozofët e mëdhenj dhe as shkencëtarët e shumtë që zhvilluan termofizikën klasike nuk patën sukses në këtë, dhe për këtë arsye një fakt i tillë i papërshtatshëm u "harrua" për një kohë të gjatë.

Dhe vetëm në vitin 1968 ata "u kujtuan" falë nxënësit të shkollës Erasto Mpembe nga Tanzania, larg çdo shkence. Ndërsa studionte në shkollën e arteve të kuzhinës në vitin 1963, 13-vjeçarit Mpembe iu dha detyra të bënte akullore. Sipas teknologjisë, ishte e nevojshme të ziej qumështi, të shpërndahej sheqeri në të, të ftohej në temperaturën e dhomës dhe më pas të vendosej në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte një student i zellshëm dhe hezitoi. Nga frika se nuk do t'ia dilte deri në fund të orës së mësimit, ai vendosi qumështin ende të nxehtë në frigorifer. Për habinë e tij, ai ngriu edhe më herët se qumështi i shokëve të tij, i përgatitur sipas të gjitha rregullave.

Kur Mpemba ndau zbulimin e tij me mësuesin e tij të fizikës, ai qeshi me të para të gjithë klasës. Mpemba iu kujtua fyerja. Pesë vjet më vonë, tashmë student në universitetin në Dar es Salaam, ai ndoqi një leksion nga fizikani i famshëm Denis G. Osborne. Pas leksionit, ai i bëri shkencëtarit një pyetje: “Nëse merrni dy enë identike me sasi të barabarta uji, njëra në 35 °C (95 °F) dhe tjetra në 100 °C (212 °F) dhe vendosini ato. në frigorifer, më pas uji në një enë të nxehtë do të ngrijë më shpejt. Pse?" Mund ta imagjinoni reagimin e një profesori britanik ndaj një pyetjeje të një të riu nga Tanzania e braktisur nga Perëndia. Ai u tall me studentin. Sidoqoftë, Mpemba ishte gati për një përgjigje të tillë dhe e sfidoi shkencëtarin në një bast. Mosmarrëveshja e tyre përfundoi me një test eksperimental që konfirmoi se Mpemba kishte të drejtë dhe Osborne u mund. Kështu, kuzhinieri nxënës e shkroi emrin e tij në historinë e shkencës dhe tani e tutje ky fenomen quhet "efekti Mpemba". Është e pamundur ta flakësh, ta shpallësh si “inekzistente”. Fenomeni ekziston dhe, siç shkroi poeti, "nuk të dhemb".

A janë grimcat e pluhurit dhe lëndët e treta për të fajësuar?

Me kalimin e viteve, shumë janë përpjekur të zbulojnë misterin e ujit të ngrirë. Janë propozuar një mori shpjegimesh për këtë fenomen: avullimi, konvekcioni, ndikimi i substancave të tretura - por asnjë nga këta faktorë nuk mund të konsiderohet përfundimtar. Një numër shkencëtarësh ia kanë kushtuar tërë jetën efektit Mpemba. James Brownridge, një anëtar i Departamentit të Sigurisë nga Rrezatimi në Universitetin Shtetëror të Nju Jorkut, ka studiuar paradoksin në kohën e tij të lirë për një dekadë. Pas kryerjes së qindra eksperimenteve, shkencëtari pretendon se ka prova për "fajësinë" e hipotermisë. Brownridge shpjegon se në 0°C, uji bëhet tepër i ftohur dhe fillon të ngrijë kur temperatura bie më poshtë. Pika e ngrirjes rregullohet nga papastërtitë në ujë - ato ndryshojnë shkallën e formimit të kristaleve të akullit. Papastërtitë, të tilla si grimcat e pluhurit, bakteret dhe kripërat e tretura, kanë një temperaturë karakteristike bërthamore kur kristalet e akullit formohen rreth qendrave të kristalizimit. Kur disa elementë janë të pranishëm në ujë në të njëjtën kohë, pika e ngrirjes përcaktohet nga ajo që ka temperaturën më të lartë të bërthamës.

Për eksperimentin, Brownridge mori dy mostra uji me të njëjtën temperaturë dhe i vendosi në frigorifer. Ai zbuloi se një nga ekzemplarët ngrinte gjithmonë para tjetrit, me sa duket për shkak të një kombinimi të ndryshëm papastërtish.

Brownridge thotë se uji i nxehtë ftohet më shpejt sepse ka një ndryshim më të madh midis temperaturës së ujit dhe ngrirësit - kjo e ndihmon atë të arrijë pikën e ngrirjes përpara se uji i ftohtë të arrijë pikën e tij natyrale të ngrirjes, e cila është të paktën 5°C më e ulët.

Megjithatë, arsyetimi i Brownridge ngre shumë pyetje. Prandaj, ata që mund të shpjegojnë efektin Mpemba në mënyrën e tyre kanë një shans për të konkurruar për një mijë paund stërlina nga Shoqëria Mbretërore Britanike e Kimisë.

Uji- një substancë mjaft e thjeshtë nga pikëpamja kimike, megjithatë, ajo ka një numër të vetive të pazakonta që nuk pushojnë së mahnituri shkencëtarët. Më poshtë janë disa fakte që pak njerëz i dinë.

1. Cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë?

Në vitin 1963, një student nga Tanzania i quajtur Erasto B. Mpemba, ndërsa ngrinte një përzierje akulloreje, vuri re se përzierja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e tij të fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: në kushte të caktuara, uji i nxehtë në fakt ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet " Efekti Mpemba" Vërtetë, shumë kohë para tij kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.

2. Mund të ngrijë në çast

Të gjithë e dinë këtë ujë gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0°C... me disa përjashtime! Një shembull i një rasti të tillë është superftohja, e cila është vetia e ujit shumë të pastër për të mbetur i lëngshëm edhe kur ftohet në nivelin e ngrirjes. Ky fenomen është bërë i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra apo bërthama kristalizimi që mund të nxisin formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme edhe kur ftohet nën zero gradë Celsius.

Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (ndotës) ose një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet në gjendje të lëngshme. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni ujin e super-ftohur të shndërrohet menjëherë në akull.

Vini re se uji "i mbinxehur" gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet mbi pikën e tij të vlimit.

3. 19 gjendje ujore

Pa hezituar, emërtoni sa gjendje të ndryshme ka uji? Nëse jeni përgjigjur tre: të ngurtë, të lëngët, të gaztë, atëherë keni gabuar. Shkencëtarët dallojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit në formë të lëngshme dhe 14 gjendje në formë të ngrirë.

E mbani mend bisedën për ujin super të ftohtë? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 °C edhe uji më i pastër super i ftohtë do të kthehet papritur në akull. Çfarë do të ndodhë me uljen e mëtejshme të temperaturës? Në -120 °C diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 °C shndërrohet në ujë "qelqtë" ose "qelqtë" - një substancë e ngurtë që nuk ka strukturë kristalore. .

4. Uji i befason fizikantët

Doli se me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë, dhe në vend të tij formula kimike e ujit H2O, bëhet H1.5O!

5. Kujtesa e ujit

Alternativa e mjekësisë zyrtare homeopati thotë se një tretësirë e holluar e një ilaçi mund të ketë një efekt shërues në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i madh sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë përveç molekulave të ujit. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur " kujtesa e ujit“, sipas të cilit uji në nivel molekular ka një “memorie” të substancës që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e tretësirës së përqendrimit origjinal pasi nuk ka mbetur asnjë molekulë e përbërësit në të.

Një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis nga Universiteti Queen's i Belfast-it, i cili kishte kritikuar parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë konceptin njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt. Pas së cilës, shkencëtarët deklaruan se ata ishin në gjendje të vërtetonin realitetin e efektit " kujtesa e ujit" Sidoqoftë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk sollën rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit " kujtesa e ujit"vazhdoni.

Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta për të cilat nuk folëm në këtë artikull. Për shembull, dendësia e ujit ndryshon në varësi të temperaturës (dendësia e akullit është më e vogël se dendësia e ujit); uji ka një tension mjaft të lartë sipërfaqësor; në gjendje të lëngët uji është një rrjet kompleks dhe dinamik në ndryshim të grupimeve të ujit dhe është sjellja e grupimeve që ndikon në strukturën e ujit etj.

Rreth këtyre dhe shumë veçorive të tjera të papritura ujë mund të lexohet në artikull " Vetitë anormale të ujit", me autor Martin Chaplin, profesor në Universitetin e Londrës.

Shumë studiues kanë paraqitur dhe po parashtrojnë versionet e tyre se pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Do të duket si një paradoks - në fund të fundit, për të ngrirë, uji i nxehtë së pari duhet të ftohet. Megjithatë, fakti mbetet fakt dhe shkencëtarët e shpjegojnë atë në mënyra të ndryshme.

Versionet kryesore

Për momentin, ekzistojnë disa versione që shpjegojnë këtë fakt:

Për shkak se uji i nxehtë avullon më shpejt, vëllimi i tij zvogëlohet. Dhe ngrirja e një sasie më të vogël uji në të njëjtën temperaturë ndodh më shpejt.
Ndarja e ngrirësit të frigoriferit ka një shtresë dëbore. Një enë me ujë të nxehtë shkrin borën poshtë. Kjo përmirëson kontaktin termik me ngrirësin.
Ngrirja e ujit të ftohtë, ndryshe nga uji i nxehtë, fillon në krye. Në të njëjtën kohë, konvekcioni dhe rrezatimi i nxehtësisë, dhe, rrjedhimisht, humbja e nxehtësisë përkeqësohet.
Uji i ftohtë përmban qendra kristalizimi - substanca të tretura në të. Nëse përmbajtja e tyre në ujë është e vogël, ngrirja është e vështirë, megjithëse në të njëjtën kohë, superftohja është e mundur - kur në temperatura nën zero ka një gjendje të lëngshme.

Edhe pse me drejtësi mund të themi se ky efekt nuk vërehet gjithmonë. Shumë shpesh, uji i ftohtë ngrin më shpejt se uji i nxehtë.

Në çfarë temperature ngrin uji

Pse ngrin uji fare? Ai përmban një sasi të caktuar të grimcave minerale ose organike. Këto mund të jenë, për shembull, grimca shumë të vogla rëre, pluhuri ose balte. Ndërsa temperatura e ajrit bie, këto grimca janë qendrat rreth të cilave formohen kristalet e akullit.

Rolin e bërthamave të kristalizimit mund ta luajnë edhe flluskat e ajrit dhe çarjet në enën që përmban ujë. Shpejtësia e procesit të shndërrimit të ujit në akull ndikohet kryesisht nga numri i qendrave të tilla - nëse ka shumë prej tyre, lëngu ngrin më shpejt. Në kushte normale, me presion normal atmosferik, uji kthehet në gjendje të ngurtë nga lëngu në një temperaturë prej 0 gradë.

Thelbi i efektit Mpemba

Efekti Mpemba është një paradoks, thelbi i të cilit është se në rrethana të caktuara, uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Ky fenomen u vu re nga Aristoteli dhe Dekarti. Megjithatë, deri në vitin 1963, nxënësi tanzanian Erasto Mpemba përcaktoi se akullorja e nxehtë ngrin në një kohë më të shkurtër se akullorja e ftohtë. Këtë konkluzion e ka bërë gjatë kryerjes së një detyre gatimi.

Ai duhej të shpërndante sheqerin në qumështin e zier dhe, pasi e kishte ftohur, ta vendoste në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte veçanërisht i zellshëm dhe filloi ta përfundonte me vonesë pjesën e parë të detyrës. Prandaj nuk priti që qumështi të ftohet dhe e futi të nxehtë në frigorifer. Ai u habit shumë kur ngriu edhe më shpejt se ai i shokëve të klasës, të cilët po e bënin punën në përputhje me teknologjinë e dhënë.

Ky fakt e interesoi shumë të riun dhe ai filloi eksperimentet me ujë të thjeshtë. Në vitin 1969, revista Edukimi fizik publikoi rezultatet e kërkimit nga Mpemba dhe profesor Dennis Osborne i Universitetit të Dar Es Salaam. Efektit që ata përshkruan iu dha emri Mpemba. Megjithatë, edhe sot nuk ka një shpjegim të qartë për fenomenin. Të gjithë shkencëtarët pajtohen se roli kryesor në këtë i përket dallimeve në vetitë e ujit të ftohtë dhe të nxehtë, por çfarë saktësisht nuk dihet.

Versioni i Singaporit

Fizikanët nga një prej universiteteve të Singaporit ishin gjithashtu të interesuar në pyetjen se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë? Një ekip studiuesish të udhëhequr nga Xi Zhang e shpjegoi këtë paradoks pikërisht nga vetitë e ujit. Të gjithë e dinë përbërjen e ujit nga shkolla - një atom oksigjeni dhe dy atome hidrogjeni. Oksigjeni në një farë mase i tërheq elektronet nga hidrogjeni, kështu që molekula është një lloj "magneti" i caktuar.

Si rezultat, disa molekula në ujë tërhiqen pak nga njëra-tjetra dhe bashkohen nga një lidhje hidrogjeni. Forca e saj është shumë herë më e ulët se një lidhje kovalente. Studiuesit nga Singapori besojnë se shpjegimi për paradoksin e Mpemba qëndron pikërisht në lidhjet hidrogjenore. Nëse molekulat e ujit vendosen shumë fort së bashku, atëherë një ndërveprim kaq i fortë midis molekulave mund të deformojë lidhjen kovalente në mes të vetë molekulës.

Por kur uji nxehet, molekulat e lidhura largohen pak nga njëra-tjetra. Si rezultat, relaksimi i lidhjeve kovalente ndodh në mes të molekulave me çlirimin e energjisë së tepërt dhe një kalim në një nivel më të ulët të energjisë. Kjo çon në faktin se uji i nxehtë fillon të ftohet me shpejtësi. Të paktën, këtë tregojnë llogaritjet teorike të kryera nga shkencëtarët nga Singapori.

Ngrirja e menjëhershme e ujit - 5 truke të pabesueshme: Video

21.11.2017 11.10.2018 Aleksandër Firtsev

« Cili ujë ngrin më shpejt, i ftohtë apo i nxehtë?“- provoni t'u bëni një pyetje miqve tuaj, ka shumë të ngjarë që shumica prej tyre do të përgjigjen se uji i ftohtë ngrin më shpejt - dhe ata do të gabojnë.

Në fakt, nëse vendosni në frigorifer njëkohësisht dy enë me të njëjtën formë dhe vëllim, njëra prej të cilave përmban ujë të ftohtë dhe tjetra të nxehtë, atëherë është uji i nxehtë ai që do të ngrijë më shpejt.

Një deklaratë e tillë mund të duket absurde dhe e paarsyeshme. Nëse ndiqni logjikën, atëherë uji i nxehtë duhet së pari të ftohet në temperaturën e ujit të ftohtë, dhe uji i ftohtë tashmë duhet të kthehet në akull në këtë kohë.

Pra, pse uji i nxehtë mund ujin e ftohtë në rrugën e tij drejt ngrirjes? Le të përpiqemi ta kuptojmë.

Historia e vëzhgimeve dhe kërkimeve

Njerëzit e kanë vëzhguar këtë efekt paradoksal që nga kohërat e lashta, por askush nuk i kushtoi shumë rëndësi. Kështu, Arestoteli, si dhe Rene Descartes dhe Francis Bacon, vunë re në shënimet e tyre mospërputhjet në shkallën e ngrirjes së ujit të ftohtë dhe të nxehtë. Një fenomen i pazakontë shfaqej shpesh në jetën e përditshme.

Për një kohë të gjatë, fenomeni nuk u studiua në asnjë mënyrë dhe nuk ngjalli shumë interes tek shkencëtarët.

Studimi i këtij efekti të pazakontë filloi në vitin 1963, kur një nxënës kërkues nga Tanzania, Erasto Mpemba, vuri re se qumështi i nxehtë për akullore ngrinte më shpejt se qumështi i ftohtë. Me shpresën për të marrë një shpjegim për arsyet e efektit të pazakontë, i riu pyeti mësuesin e tij të fizikës në shkollë. Megjithatë, mësuesi vetëm qeshi me të.

Më vonë, Mpemba përsëriti eksperimentin, por në eksperimentin e tij ai nuk përdori më qumësht, por ujë dhe efekti paradoksal u përsërit përsëri.

6 vjet më vonë, në vitin 1969, Mpemba ia bëri këtë pyetje profesorit të fizikës Dennis Osborn, i cili erdhi në shkollën e tij. Profesori ishte i interesuar për vëzhgimin e të riut, dhe si rezultat, u krye një eksperiment që konfirmoi praninë e efektit, por arsyet për këtë fenomen nuk u vërtetuan.

Që atëherë fenomeni është quajtur Efekti Mpemba.

Gjatë gjithë historisë së vëzhgimeve shkencore, janë paraqitur shumë hipoteza për shkaqet e fenomenit.

Kështu që në vitin 2012, Shoqëria Mbretërore Britanike e Kimisë do të shpallte një konkurs hipotezash që shpjegonin efektin Mpemba. Në konkurs morën pjesë shkencëtarë nga e gjithë bota; Pavarësisht nga një numër kaq mbresëlënës artikujsh, asnjëri prej tyre nuk solli qartësi në paradoksin Mpemba.

Versioni më i zakonshëm ishte që uji i nxehtë ngrin më shpejt sepse thjesht avullon më shpejt, vëllimi i tij bëhet më i vogël dhe me zvogëlimin e vëllimit, shkalla e ftohjes së tij rritet. Versioni më i zakonshëm u hodh poshtë përfundimisht sepse u krye një eksperiment në të cilin avullimi u përjashtua, por efekti megjithatë u konfirmua.

Shkencëtarë të tjerë besonin se shkaku i efektit Mpemba ishte avullimi i gazrave të tretur në ujë. Sipas mendimit të tyre, gjatë procesit të ngrohjes, gazrat e tretur në ujë avullohen, për shkak të të cilave ai fiton një densitet më të lartë se uji i ftohtë. Siç dihet, një rritje e densitetit çon në një ndryshim në vetitë fizike të ujit (një rritje në përçueshmërinë termike), dhe për këtë arsye një rritje në shkallën e ftohjes.

Përveç kësaj, një numër hipotezash janë paraqitur që përshkruajnë shkallën e qarkullimit të ujit në varësi të temperaturës. Shumë studime janë përpjekur të përcaktojnë marrëdhënien midis materialit të kontejnerëve në të cilët ndodhej lëngu. Shumë teori dukeshin shumë të besueshme, por ato nuk mund të konfirmoheshin shkencërisht për shkak të mungesës së të dhënave fillestare, kontradiktave në eksperimente të tjera ose për shkak se faktorët e identifikuar thjesht nuk ishin të krahasueshëm me shkallën e ftohjes së ujit. Disa shkencëtarë në punimet e tyre vunë në dyshim ekzistencën e efektit.

Në vitin 2013, studiuesit në Universitetin Teknologjik Nanyang në Singapor pretenduan se kishin zgjidhur misterin e efektit Mpemba. Sipas hulumtimit të tyre, arsyeja e fenomenit qëndron në faktin se sasia e energjisë së ruajtur në lidhjet hidrogjenore midis molekulave të ujit të ftohtë dhe të nxehtë është dukshëm e ndryshme.

Metodat e modelimit kompjuterik treguan rezultatet e mëposhtme: sa më e lartë të jetë temperatura e ujit, aq më e madhe është distanca midis molekulave për shkak të rritjes së forcave repulsive. Rrjedhimisht, lidhjet hidrogjenore të molekulave shtrihen, duke ruajtur më shumë energji. Kur ftohen, molekulat fillojnë të lëvizin më afër njëra-tjetrës, duke çliruar energji nga lidhjet hidrogjenore. Në këtë rast, çlirimi i energjisë shoqërohet me ulje të temperaturës.

Në tetor 2017, fizikanët spanjollë, gjatë një studimi tjetër, zbuluan se një rol të madh në formimin e efektit luan largimi i një substance nga ekuilibri (ngrohja e fortë përpara ftohjes së fortë). Ata përcaktuan kushtet në të cilat gjasat e shfaqjes së efektit janë maksimale. Përveç kësaj, shkencëtarët nga Spanja konfirmuan ekzistencën e efektit të kundërt Mpemba. Ata zbuluan se kur nxehet, një mostër më e ftohtë mund të arrijë një temperaturë të lartë më shpejt se një më e ngrohtë.

Pavarësisht informacionit gjithëpërfshirës dhe eksperimenteve të shumta, shkencëtarët synojnë të vazhdojnë studimin e efektit.

Efekti Mpemba në jetën reale

A keni menduar ndonjëherë pse në dimër pistën e patinazhit mbushet me ujë të nxehtë dhe jo të ftohtë? Siç e kuptoni tashmë, ata e bëjnë këtë sepse një shesh patinazhi i mbushur me ujë të nxehtë do të ngrijë më shpejt sesa nëse do të ishte i mbushur me ujë të ftohtë. Për të njëjtën arsye, uji i nxehtë derdhet në rrëshqitjet në qytetet e akullit të dimrit.

Kështu, njohja e ekzistencës së fenomenit u lejon njerëzve të kursejnë kohë kur përgatitin vendet për sportet dimërore.

Për më tepër, efekti Mpemba përdoret ndonjëherë në industri për të zvogëluar kohën e ngrirjes së produkteve, substancave dhe materialeve që përmbajnë ujë.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve