Mpemba efekt (Mpemba paradox) je paradox, ktorý hovorí, že horúca voda za určitých podmienok zmrzne rýchlejšie ako studená voda, aj keď musí počas procesu mrazenia prekonať teplotu studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý je v rozpore s obvyklými konceptmi, podľa ktorých za rovnakých podmienok ochladenie zohriateho tela na určitú teplotu trvá dlhšie ako ochladeniu menej zahrievaného tela na rovnakú teplotu.

Tento jav si v tom čase všimli Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale až v roku 1963 tanzanský školák Erasto Mpemba zistil, že horúca zmrzlinová zmes zmrzne rýchlejšie ako studená.

Ako študent strednej školy Magamba v Tanzánii Erasto Mpemba vykonával praktické kuchárske práce. Potreboval pripraviť domácu zmrzlinu - varte mlieko, rozpustite v ňom cukor, ochlaďte ho na izbovú teplotu a potom vložte do chladničky, aby zamrzol. Mpemba zjavne nebol nijako zvlášť usilovný študent a s dokončením prvej časti úlohy sa oneskoril. V obave, že do konca hodiny nestihne prísť, dal horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho druhov, pripravené podľa danej technológie.

Potom spoločnosť Mpemba experimentovala nielen s mliekom, ale aj s obyčajnou vodou. V každom prípade, už ako študent strednej školy v Mkvavskej, položil otázku profesorovi Dennisovi Osbornovi z University College v Dar es Salaam (vyzvaný riaditeľom, aby študentom predniesol prednášku z fyziky), konkrétne o vode: „Ak vezmeme dva rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody takže v jednom z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhom - 100 ° C a dá ich do mrazničky, potom v druhom voda zamrzne rýchlejšie. Prečo? “ Osborne sa o túto problematiku začal zaujímať a čoskoro v roku 1969 on a Mpemba publikovali výsledky svojich experimentov v časopise Physics Education. Odvtedy sa efekt, ktorý objavili, volá mpemba efekt.

Doteraz nikto nevie, ako presne si tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú k dispozícii ani jednu verziu, aj keď ich je veľa. Všetko je to o rozdiele vo vlastnostiach horúcej a studenej vody, zatiaľ však nie je jasné, ktoré vlastnosti v tomto prípade zohrávajú úlohu: rozdiel v podchladení, odparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo v účinku skvapalnených plynov na vodu pri rôznych teplotách.

Paradoxom Mpembovho efektu je, že doba, počas ktorej sa telo ochladí na teplotu okolia, by mala byť úmerná rozdielu teplôt medzi týmto telom a prostredím. Tento zákon ustanovil Newton a odvtedy sa v praxi mnohokrát potvrdil. V tomto zmysle sa voda s teplotou 100 ° C ochladzuje na teplotu 0 ° C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35 ° C.

To však ešte nenaznačuje paradox, pretože efekt Mpemba možno vysvetliť v rámci dobre známej fyziky. Tu je niekoľko vysvetlení efektu Mpemba:

Odparovanie

Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zamŕza. Voda ohriata na 100 ° C stratí 16% svojej hmotnosti ochladením na 0 ° C.

Efekt odparovania - dvojitý účinok. Najskôr sa zníži množstvo vody potrebnej na chladenie. A po druhé, teplota klesá v dôsledku skutočnosti, že klesá odparovacie teplo prechodu z vodnej fázy do parnej fázy.

Teplotný rozdiel

Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi horúcou vodou a studeným vzduchom je väčší - preto je v tomto prípade výmena tepla intenzívnejšia a horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie.

Podchladenie

Keď voda ochladí pod 0 ° C, nemusí vždy zmrznúť. Za určitých podmienok môže podchladiť a pri teplotách pod bodom mrazu naďalej zostať tekutý. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri teplote -20 ° C.

Dôvodom tohto efektu je, že aby sa mohli začať formovať prvé ľadové kryštály, sú potrebné centrá formovania kryštálov. Ak nie sú prítomné v tekutej vode, potom bude hypotermia pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, že sa začnú spontánne vytvárať kryštály. Keď sa začnú formovať v podchladenej tekutine, začnú rásť rýchlejšie a vytvoria ľadovú kašu, ktorá zmrazením vytvorí ľad.

Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievaním sa odstránia rozpustené plyny a bubliny, ktoré môžu slúžiť ako centrá tvorby ľadových kryštálov.

Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, dôjde k nasledujúcemu. V takom prípade sa na povrchu nádoby vytvorí tenká vrstva ľadu. Táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolátor medzi vodou a studeným vzduchom a zabráni ďalšiemu odparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade pomalšia. V prípade podchladenia horúcej vody nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Otvoreným vrchom preto oveľa rýchlejšie stráca teplo.

Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu.

Mnoho vedcov zaoberajúcich sa týmto účinkom považuje hypotermiu za hlavný faktor v prípade účinku Mpemba.

Konvekcia

Studená voda začne zmrznúť zhora, čím sa zhoršia procesy tepelného žiarenia a konvekcie, a tým aj strata tepla, zatiaľ čo horúca voda začne zmrznúť zdola.

Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou hustoty vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4 C. Ak ochladíte vodu na 4 C a nastavíte ju na nižšiu teplotu, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože táto voda je pri 4 ° C menej hustá ako voda, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody krátkodobo vytvorí tenká vrstva ľadu, táto vrstva ľadu však bude slúžiť ako izolátor chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4 C. Preto bude ďalší proces chladenia pomalší.

V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku odparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Okrem toho sú vrstvy studenej vody hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne smerom nadol a vrstvu teplej vody zdvihne na povrch. Táto cirkulácia vody zaisťuje rýchly pokles teploty.

Prečo ale tento proces nedosahuje rovnovážny bod? Na vysvetlenie efektu Mpemba z tohto hľadiska konvekcie je potrebné vychádzať z toho, že sú oddelené studené a horúce vrstvy vody a samotný proces konvekcie pokračuje potom, čo priemerná teplota vody klesne pod 4 ° C.

Neexistujú však experimentálne údaje, ktoré by podporovali túto hypotézu, že studená a horúca vrstva vody sú oddelené konvekciou.

Plyny rozpustené vo vode

Voda vždy obsahuje v nej rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri zahrievaní vody sa tieto plyny z vody uvoľňujú, pretože ich rozpustnosť vo vode pri vysokých teplotách je nižšia. Preto je pri ochladení horúcej vody v nej vždy menej rozpustených plynov ako v nevykurovanej studenej vode. Preto je bod mrazu ohriatej vody vyšší a rýchlejšie mrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní účinku Mpemba, hoci neexistujú experimentálne údaje, ktoré by túto skutočnosť potvrdzovali.

Tepelná vodivosť

Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, ak je voda umiestnená v chladiacom priestore v malých nádobách. Za týchto podmienok sa pozorovalo, že nádoba s horúcou vodou topí pod ňou ľad mrazničky, čím sa zlepšuje tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby s horúcou vodou odvádza rýchlejšie ako zo studenej vody. Nádoba so studenou vodou zasa pod ňou neroztopí sneh.

Všetky tieto (ale aj ďalšie) podmienky boli študované v mnohých experimentoch, avšak jednoznačná odpoveď na otázku - ktoré z nich poskytujú stopercentnú reprodukciu Mpembovho efektu - sa nepodarilo získať.

Napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach študoval vplyv podchladenia vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosahuje podchladený stav, zamŕza pri vyššej teplote ako studená voda, čo znamená rýchlejšie ako druhá. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím vyrovná predchádzajúce oneskorenie.

Auerbachove výsledky navyše odporovali skôr získaným údajom, že horúca voda je vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier schopná dosiahnuť väčšie podchladenie. Pri zahriatí vody sa z nej odstránia plyny rozpustené a pri varení sa vyzrážajú niektoré soli rozpustené v nej.

Zatiaľ je možné tvrdiť iba jednu vec - reprodukcia tohto efektu v podstate závisí od podmienok, v ktorých sa experiment vykonáva. Práve preto, že sa nie vždy reprodukuje.

O. V. Mosin

Literárnezdroje:

„Teplá voda zmrzne rýchlejšie ako studená voda. Prečo to robí?“, Jearl Walker v časopise The Amateur Scientist, Scientific American, roč. 237, č. 3, str. 246-257; September 1977.

„Zmrazovanie teplej a studenej vody“, G.S. Kell v American Journal of Physics, zv. 37, č. 5, str. 564-565; Máj 1969.

„Superchladenie a efekt Mpemba“, David Auerbach, v American Journal of Physics, roč. 63, č. 10, str. 882-885; Októbra 1995.

„Efekt Mpemba: Časy mrazu teplej a studenej vody“, Charles A. Knight, v American Journal of Physics, roč. 64, č. 5, s. 524; Máj 1996.

Jedným z mojich najobľúbenejších predmetov v škole bola chémia. Raz nám učiteľ chémie dal veľmi zvláštnu a ťažkú \u200b\u200búlohu. Dal nám zoznam otázok, na ktoré sme z hľadiska chémie museli odpovedať. Dostali sme niekoľko dní na toto zadanie a umožnili sme využívať knižnice a ďalšie dostupné zdroje informácií. Jedna z týchto otázok sa týkala bodu mrazu vody. Nepamätám si presne, ako znela otázka, ale išlo o to, že ak si vezmete dva drevené vedrá rovnakej veľkosti, jedno s horúcou vodou, druhé so studenou (s presne stanovenou teplotou) a umiestnite ich do prostredia s určitou teplotou, ktorá z nich zamrznú rýchlejšie? Odpoveď si samozrejme okamžite navrhla - vedro studenej vody, ale zdalo sa nám to príliš jednoduché. To však nestačilo na úplnú odpoveď, museli sme to dokázať z chemického hľadiska. Cez všetky moje myšlienky a výskumy sa mi nepodarilo vyvodiť logický záver. V tento deň som sa dokonca rozhodol tento návod preskočiť, takže som nikdy nenašiel riešenie tejto hádanky.

Roky plynuli a dozvedel som sa veľa každodenných mýtov o bode varu a bode mrazu vody a jeden mýtus hovoril: „horúca voda rýchlejšie zamrzne“. Prezrel som si veľa webových stránok, ale informácie boli príliš protichodné. A boli to iba názory, z hľadiska vedy neopodstatnené. A rozhodol som sa uskutočniť svoju vlastnú skúsenosť. Keďže som nemohol nájsť drevené vedrá, použil som mrazničku, varnú dosku, trochu vody a digitálny teplomer. O výsledkoch svojej skúsenosti si poviem niečo neskôr. Najprv sa s vami podelím o niekoľko zaujímavých argumentov o vode:

Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená voda. Väčšina odborníkov tvrdí, že studená voda zamrzne rýchlejšie ako horúca. Ale jeden zábavný jav (takzvaný Membov efekt) z nejakého neznámeho dôvodu dokazuje opak: Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená voda. Jedným z niekoľkých vysvetlení je proces odparovania: ak je do chladného prostredia umiestnená veľmi horúca voda, voda sa začne odparovať (zvyšné množstvo vody rýchlejšie zamrzne). A podľa chemických zákonov to nie je vôbec mýtus a s najväčšou pravdepodobnosťou to chcel od nás učiteľ počuť.

Varená voda zmrzne rýchlejšie ako voda z vodovodu. Napriek predchádzajúcemu vysvetleniu niektorí odborníci tvrdia, že prevarená voda, ktorá sa ochladila na izbovú teplotu, by mala rýchlejšie zamrznúť, pretože varom sa znižuje kyslík.

Studená voda vrie rýchlejšie ako horúca voda. Ak horúca voda zamrzne rýchlejšie, potom môže studená voda rýchlejšie vrieť! To je v rozpore so zdravým rozumom a vedci tvrdia, že to tak jednoducho nemôže byť. Horúca voda z vodovodu by mala skutočne vrieť rýchlejšie ako studená voda. Použitím horúcej vody na varenie však nešetríte energiou. Môžete spotrebovať menej plynu alebo svetla, ale ohrievač vody spotrebuje rovnaké množstvo energie, ktoré je potrebné na ohrev studenej vody. (Toto je pri solárnej energii trochu iné.) V dôsledku ohrevu vody ohrievačom vody sa môže objaviť sediment, takže ohrev vody bude trvať dlhšie.

Ak vodu posolíte, bude rýchlejšie vrieť. Soľ zvyšuje teplotu varu (a podľa toho znižuje bod mrazu - preto niektoré gazdinky pridávajú do zmrzliny trochu kamennej soli). V tomto prípade nás ale zaujíma iná otázka: ako dlho bude voda vrieť a či môže teplota varu v tomto prípade stúpnuť nad 100 ° C). Napriek tomu, čo píšu v kuchárskych knihách, vedci tvrdia, že množstvo soli, ktoré pridáme do vriacej vody, nestačí na to, aby ovplyvnilo čas alebo teplotu varu.

Ale mám toto:

Studená voda: Použil som tri 100 ml sklenené kadičky s vyčistenou vodou: jednu pri izbovej teplote (72 ° F / 22 ° C), jednu s horúcou vodou (115 ° F / 46 ° C) a jednu s prevarenou vodou (212 100 ° C). Všetky tri poháre som vložil do mrazničky na –18 ° C. A keďže som vedel, že voda sa hneď nezmení na ľad, určil som stupeň zamrznutia pomocou „dreveného plaváka“. Keď sa palica, umiestnená v strede pohára, už nedotýkala základne, predpokladal som, že voda zamrzla. Okuliare som kontroloval každých päť minút. A aké sú moje výsledky? Voda v prvom pohári zamrzla po 50 minútach. Horúca voda zamrzla po 80 minútach. Varené - po 95 minútach. Moje zistenia: Vzhľadom na podmienky v mrazničke a na vodu, ktorú som použil, som nedokázal reprodukovať Membov efekt.

Tento pokus som vyskúšal aj s predtým prevarenou vodou ochladenou na izbovú teplotu. Po 60 minútach stuhla - stále to trvalo dlhšie ako zmrazenie studenej vody.

Prevarená voda: Vzal som liter vody pri izbovej teplote a zapálil som ju. Varilo sa to za 6 minút. Potom som ju opäť ochladila na izbovú teplotu a pridala do horúcej. Pri rovnakom ohni uvarila horúca voda za 4 hodiny a 30 minút. Záver: podľa očakávania horúca voda vrie oveľa rýchlejšie.

Prevarená voda (so soľou): do 1 litra vody som pridala 2 veľké lyžice kuchynskej soli. Varila sa po 6 minútach a 33 sekundách a ako ukazuje teplomer, dosiahla teplotu 102 ° C. Soľ nepochybne ovplyvňuje teplotu varu, ale nie veľa. Záver: soľ vo vode nemá výrazný vplyv na teplotu a čas varu. Úprimne pripúšťam, že moja kuchyňa sa dá len ťažko nazvať laboratórnou a možno sú moje závery v rozpore s realitou. Moja mraznička môže nerovnomerne zmraziť jedlo. Moje okuliare mohli byť nepravidelné atď. Ale nech sa v laboratóriu deje čokoľvek, pri mrazení alebo varení vody v kuchyni je najdôležitejší zdravý rozum.

odkaz na zábavné fakty o ľuďoch o vode
ako sa navrhuje na fóre.ixbt.com, tento efekt (účinok zmrazenia horúcej vody rýchlejšie ako studenej vody) sa nazýva „Aristotelov-Mpemba efekt“

Tých. prevarená voda (chladená) zmrzne rýchlejšie ako „surová“

Voda je jednou z najúžasnejších tekutín na svete s neobvyklými vlastnosťami. Napríklad ľad je pevné skupenstvo kvapaliny, má nižšiu špecifickú hmotnosť ako voda sama, čo mnohým spôsobom umožňovalo vznik a vývoj života na Zemi. Okrem toho sa v pseudovedeckom a vedeckom svete vedú diskusie o tom, ktorá voda zmrzne rýchlejšie - teplá alebo studená. Každý, kto preukáže rýchlejšie zmrazenie horúcich tekutín za určitých podmienok a vedecky zdôvodní svoje rozhodnutie, získa cenu od Britskej kráľovskej spoločnosti chemikov vo výške 1 000 libier.

História problému

Skutočnosť, že pri splnení viacerých podmienok je teplá voda z hľadiska rýchlosti mrazu rýchlejšia ako studená, si všimli v stredoveku. Francis Bacon a René Descartes vyvinuli veľké úsilie, aby vysvetlili tento jav. Tento paradox sa však z pohľadu klasickej tepelnej techniky nedá vysvetliť a pokúsili sa ho placho ututlať. Podnetom na pokračovanie polemiky bol trochu kuriózny príbeh, ktorý sa stal v roku 1963 tanzanskému školákovi Erastovi Mpembovi. Raz počas hodiny varenia dezertov v škole kuchárov chlapec, roztržitý z cudzích vecí, nestihol včas ochladiť zmrzlinovú zmes a dať do mrazničky horúci roztok cukru v mlieku. Na jeho prekvapenie produkt ochladol o niečo rýchlejšie ako produkt jeho kolegov praktických lekárov, pričom dodržiaval teplotný režim na výrobu zmrzliny.

Pokúšajúc sa pochopiť podstatu javu, sa chlapec obrátil na učiteľa fyziky, ktorý sa bez toho, aby zachádzal do podrobností, vysmieval svojim kulinárskym experimentom. Erasto sa však vyznačoval závideniahodnou vytrvalosťou a pokračoval v pokusoch už nie s mliekom, ale s vodou. Postaral sa o to, aby v niektorých prípadoch horúca voda zamrzla rýchlejšie ako studená voda.

Po vstupe na University of Dar es Salaam sa Erasto Mpembe zúčastnil prednášky profesora Dennisa G. Osborna. Po ukončení štúdia si študent lámal hlavu vedcovi nad problémom rýchlosti zamŕzania vody v závislosti od jej teploty. D.G. Osborne sa vysmieval samotnej otázke a s ľútosťou uviedol, že každý chudobný študent vie, že studená voda zamrzne rýchlejšie. Prirodzená tvrdohlavosť mladého muža sa však dala pocítiť. Stavil sa na profesora, ktorý tu v laboratóriu navrhol vykonať experimentálny test. Spoločnosť Erasto vložila do mrazničky dve nádoby s vodou, jednu na teplotu 35 ° C a druhú 100 ° C. Predstavte si prekvapenie profesora a okolitých „fanúšikov“, keď voda v druhej nádobe rýchlejšie zamrzla. Odvtedy sa tento jav nazýva „Mpemba Paradox“.

Doteraz však neexistuje koherentná teoretická hypotéza, ktorá by vysvetľovala „paradox Mpemba“. Nie je jasné, aké vonkajšie faktory, chemické zloženie vody, prítomnosť rozpustených plynov a minerálov v nej, ovplyvňujú rýchlosť zmrazovania kvapalín pri rôznych teplotách. Paradoxom „Mpembaovho javu“ je, že je v rozpore s jedným zo zákonov objavených I. Newtonom, podľa ktorého je doba ochladzovania vody priamo úmerná teplotnému rozdielu medzi kvapalinou a prostredím. A ak všetky ostatné kvapaliny úplne dodržiavajú tento zákon, potom je v niektorých prípadoch voda výnimkou.

Prečo horúca voda rýchlejšie zamrznet

Existuje niekoľko verzií, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená voda. Hlavné sú:

• horúca voda sa odparuje rýchlejšie, zatiaľ čo sa jej objem zmenšuje, a menšie množstvo kvapaliny sa ochladzuje rýchlejšie - pri ochladení vody z + 100 ° C na 0 ° C objemové straty pri atmosférickom tlaku dosahujú 15%;
• intenzita výmeny tepla medzi kvapalinou a prostredím je vyššia, tým väčší je teplotný rozdiel, preto tepelné straty vriacej vody prechádzajú rýchlejšie;
• pri ochladení horúcej vody sa na jej povrchu vytvorí kôra ľadu, ktorá zabráni úplnému zmrznutiu a odpareniu kvapaliny;
• pri vysokej teplote vody dochádza k jej konvekčnému miešaniu, čo znižuje čas zmrazenia;
• plyny rozpustené vo vode znižujú bod tuhnutia a berú energiu na kryštalizáciu - v horúcej vode nie sú rozpustené plyny.

Všetky tieto podmienky boli opakovane experimentálne testované. Nemecký vedec David Auerbach predovšetkým zistil, že teplota kryštalizácie horúcej vody je o niečo vyššia ako teplota studenej vody, čo umožňuje jej rýchlejšie zamrznutie. Neskôr však boli jeho experimenty kritizované a mnohí vedci sú presvedčení, že „efekt Mpemba“, pri ktorom voda rýchlejšie zmrzne - teplá alebo studená, je možné reprodukovať iba za určitých podmienok, ktorých hľadaniu a špecifikácii sa doteraz nikto nevenoval.

To je pravda, aj keď to znie neuveriteľne, pretože v procese zmrazovania musí predhriatá voda prekonať teplotu studenej vody. Medzitým je tento efekt široko používaný. Napríklad valčeky a kĺzačky sú v zime zaliate skôr horúcou ako studenou vodou. Odborníci odporúčajú motoristom, aby v zime plnili nádržku na ostrekovače studenou, nie horúcou vodou. Paradox je na celom svete známy ako „Mpemba Effect“.

Tento jav spomínali v tom čase Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes, ale až v roku 1963 si ho profesori fyziky všimli a pokúsili sa ho preskúmať. Všetko sa to začalo, keď si študent tanzánijskej strednej školy Erasto Mpemba všimol, že sladené mlieko, ktoré používal na výrobu zmrzliny, rýchlejšie zamrzne, ak je predhrievané, a naznačil, že horúca voda zmrzne rýchlejšie ako studená voda. Na objasnenie sa obrátil na učiteľa fyziky, ktorý sa však študentovi iba zasmial a povedal nasledovné: „Toto nie je svetová fyzika, ale fyzika Mpemba.“

Našťastie jedného dňa školu navštívil Dennis Osborne, profesor fyziky z univerzity v Dar es Salaam. A Mpemba sa na neho obrátil s rovnakou otázkou. Profesor bol menej skeptický, uviedol, že nevie posúdiť to, čo nikdy nevidel, a po návrate domov požiadal personál, aby vykonal príslušné experimenty. Zdá sa, že potvrdili chlapcove slová. V roku 1969 Osborne hovoril o práci s Mpembou v časopise „Eng. FyzikaVzdelávanie„. V tom istom roku publikoval George Kell z Kanadskej rady pre národný výskum článok popisujúci tento jav v angl. AmerickýVestníkzFyzika».

Tento paradox je možné vysvetliť niekoľkými spôsobmi:

• Horúca voda sa odparuje rýchlejšie, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zamŕza. Studená voda by mala v uzavretých nádobách rýchlejšie zamrznúť.
• Prítomnosť snehového obloženia. Nádoba na horúcu vodu topí sneh zospodu, čím zlepšuje tepelný kontakt s chladiacim povrchom. Studená voda zospodu neroztopí sneh. Ak nie je snehový obklad, nádoba so studenou vodou by mala rýchlejšie zamrznúť.
• Studená voda začne zmrznúť zhora, čím sa zhoršia procesy tepelného žiarenia a konvekcie, a tým aj strata tepla, zatiaľ čo horúca voda začne zmrznúť zdola. Pri ďalšom mechanickom miešaní vody v nádobách by mala studená voda rýchlejšie zamrznúť.
• Prítomnosť centier kryštalizácie v ochladenej vode - látky v nej rozpustené. Pri malom počte takýchto centier v studenej vode je transformácia vody na ľad obtiažna a je dokonca možná jej hypotermia, keď zostáva v tekutom stave a má teplotu pod bodom mrazu.

Nedávno bolo zverejnené ďalšie vysvetlenie. Dr. Jonathan Katz z Washingtonskej univerzity tento fenomén skúmal a dospel k záveru, že dôležitú úlohu v ňom majú látky rozpustené vo vode, ktoré sa pri zahriatí vyzrážajú.
Rozpustenými látkami sa doktor Katz odvoláva na hydrogenuhličitany vápenaté a horečnaté, ktoré sa nachádzajú v tvrdej vode. Pri zahrievaní vody sa tieto látky ukladajú, voda sa stáva „mäkkou“. Voda, ktorá sa nikdy nehriala, obsahuje tieto nečistoty, je „tvrdá“. Keď zamrzne a vytvoria sa ľadové kryštály, koncentrácia nečistôt vo vode sa zvýši 50-krát. Tým sa zníži bod tuhnutia vody.

Toto vysvetlenie sa mi však nezdá presvedčivé netreba zabúdať, že účinok sa zistil pri pokusoch so zmrzlinou, a nie s tvrdou vodou. Príčiny javu sú s najväčšou pravdepodobnosťou termofyzikálne, nie chemické.

Doteraz nebolo poskytnuté jednoznačné vysvetlenie paradoxu Mpemba. Musím povedať, že niektorí vedci tento paradox nepovažujú za hodný pozornosti. Je však veľmi zaujímavé, že jednoduchý školák dosiahol uznanie fyzických účinkov a získal si obľubu vďaka svojej zvedavosti a vytrvalosti.

Pridané vo februári 2014

Poznámka bola napísaná v roku 2011. Odvtedy sa objavili nové štúdie o účinku Mpemba a nové pokusy o jeho vysvetlenie. Takže v roku 2012 Kráľovská spoločnosť pre chémiu vo Veľkej Británii vyhlásila medzinárodnú súťaž na riešenie vedeckej záhady „Mpemba Effect“ s cenovým fondom 1 000 libier. Termín bol stanovený na 30. júla 2012. Víťazom sa stal Nikola Bregovik z laboratória Záhrebskej univerzity. Publikoval svoju prácu, v ktorej analyzoval predchádzajúce pokusy o vysvetlenie tohto javu a dospel k záveru, že nie sú presvedčivé. Model, ktorý navrhol, je založený na základných vlastnostiach vody. Záujemcovia si môžu nájsť prácu na odkaze http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Výskum sa tým neskončil. V roku 2013 teoretici zo Singapuru teoreticky dokázali príčinu účinku Mepemba. Práce sú k dispozícii na adrese http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Súvisiace články na webe:

Ostatné články v sekciách

Komentáre:

Alexej Mišnev. , 06.10.2012 04:14

Prečo sa horúca voda odparuje rýchlejšie? Vedci prakticky dokázali, že pohár horúcej vody zamrzne rýchlejšie ako studená voda. Vedci nemôžu tento jav vysvetliť z toho dôvodu, že nechápu podstatu javov: teplo a chlad! Teplo a chlad je fyzický vnem, ktorý spôsobuje interakciu častíc hmoty vo forme protismernej kompresie magnetických vĺn, ktoré sa pohybujú zo strany vesmíru a zo stredu Zeme. Preto čím väčší je potenciálny rozdiel tohto magnetického napätia, tým rýchlejšia je výmena energie uskutočňovaná metódou proti prenikania niektorých vĺn do iných. Teda difúznou metódou! V reakcii na môj článok píše jeden oponent: 1) „.. Horúca voda sa odparuje RÝCHLEJŠIE, následkom čoho je jej menej, takže rýchlejšie zamrzne“ Otázka! Aká energia spôsobuje, že sa voda odparuje rýchlejšie? 2) V mojom článku hovoríme o poháriku, nie o drevenom koryte, ktoré oponent uvádza ako protiargument. Čo je zle! Odpovedám na otázku: "PREČO SA VODA PÁR V PRÍRODE?" Magnetické vlny, ktoré sa vždy pohybujú zo stredu Zeme do vesmíru, prekonávajú prichádzajúci tlak magnetických kompresných vĺn (ktoré sa vždy pohybujú z vesmíru do stredu Zeme), súčasne rozprašujú častice vody, pretože pri prechode do vesmíru zväčšujú svoj objem. To znamená, že sa rozširujú! V prípade prekonania magnetických kompresných vĺn sú tieto vodné pary stlačené (kondenzované) a vplyvom týchto magnetických kompresných síl sa voda vo forme zrážok vracia späť na zem! S Pozdravom! Alexej Mišnev. 6. októbra 2012.

Alexej Mišnev. , 06.10.2012 04:19

Čo je to teplota. Teplota je stupeň elektromagnetického namáhania magnetických vĺn kompresnou a expanznou energiou. V prípade rovnovážneho stavu týchto energií je teplota tela alebo látky v stabilnom stave. Ak dôjde k narušeniu rovnovážneho stavu týchto energií, smerom k expanznej energii sa telo alebo látka zväčšia v objeme priestoru. Ak dôjde k prekročeniu energie magnetických vĺn v smere stlačenia, telo alebo látka sa zmenší v objeme priestoru. Stupeň elektromagnetického napätia je určený stupňom roztiahnutia alebo zmrštenia referenčného telesa. Alexej Mišnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, hovoríš o článku, v ktorom sú uvedené tvoje myšlienky o koncepcii teploty. Ale nikto to nečítal. Dajte mi prosím odkaz. Všeobecne sú vaše názory na fyziku veľmi zvláštne. Nikdy som nepočul o „elektromagnetickej expanzii referenčného telesa“.

Jurij Kuznecov, 4. 12. 2012 12:32

Navrhuje sa hypotéza, že ide o intermolekulárnu rezonanciu a ňou vyvolanú ponderomotorickú príťažlivosť medzi molekulami. V studenej vode sa molekuly pohybujú a vibrujú chaoticky, s rôznymi frekvenciami. Pri zahrievaní vody sa so zvyšovaním frekvencie vibrácií ich rozsah zužuje (zmenšuje sa frekvenčný rozdiel od kvapalnej horúcej vody k bodu odparovania), frekvencie vibrácií molekúl sa navzájom približujú, v dôsledku čoho medzi molekulami vzniká rezonancia. Po ochladení sa táto rezonancia čiastočne zachová, ale nezanikne okamžite. Skúste stlačiť jednu z dvoch rezonančných strún gitary. Teraz uvoľnite - struna začne opäť vibrovať, rezonancia obnoví svoje vibrácie. Rovnako tak vo vode, ktorá je zmrazená, sa vonkajšie ochladené molekuly pokúšajú stratiť amplitúdu a frekvenciu oscilácií, ale „teplé“ molekuly vo vnútri nádoby „sťahujú“ oscilácie späť, pôsobia ako vibrátory a vonkajšie - ako rezonátory. Ponderomotívna príťažlivosť * vzniká medzi vibrátormi a rezonátormi. Keď sa ponderomotorická sila stane väčšou ako sila spôsobená kinetickou energiou molekúl (ktorá nielen vibruje, ale sa tiež pohybuje lineárne), dôjde k urýchlenej kryštalizácii - „Mpembaov efekt“. Ponderomotívne pripojenie je veľmi krehké, efekt Mpemba silne závisí od všetkých sprievodných faktorov: objem vody, ktorá sa má zmraziť, charakter jej ohrevu, podmienky mrazu, teplota, konvekcia, podmienky výmeny tepla, nasýtenie plynom, vibrácie chladiacej jednotky, vetranie, nečistoty, odparovanie atď. aj z osvetlenia ... Preto má efekt veľa vysvetlení a niekedy je ťažké ho reprodukovať. Z rovnakého „rezonančného“ dôvodu varená voda vrie rýchlejšie ako voda nevarená - po určitú dobu po varení si rezonancia zachováva intenzitu vibrácií molekúl vody (strata energie počas chladenia je spôsobená hlavne stratou kinetickej energie lineárneho pohybu molekúl). Pri intenzívnom zahriatí menia molekuly vibrátora úlohy s molekulami rezonátora v porovnaní s mrazením - frekvencia vibrátorov je menšia ako frekvencia rezonátorov, čo znamená, že medzi molekulami nedochádza k príťažlivosti, ale k odpudzovaniu, čo urýchľuje prechod do iného agregovaného stavu (páru).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Zlomil mi mozog ...

Anton, 2. 4. 2013 02:02

1. Je táto ponderomotívna príťažlivosť taká veľká, že ovplyvňuje proces prenosu tepla? 2. Znamená to, že keď sa všetky telesá zahrejú na určitú teplotu, ich štruktúrne častice rezonujú? 3. v dôsledku čoho zmizne pri ochladzovaní táto rezonancia? 4. Je to váš odhad? Ak existuje zdroj, uveďte. 5. Podľa tejto teórie bude tvar nádoby hrať dôležitú úlohu, a ak je tenká a plochá, potom nebude rozdiel v čase tuhnutia veľký, t.j. môžete to skontrolovať.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

Studená voda už obsahuje atómy dusíka a vzdialenosť medzi molekulami vody je menšia ako v horúcej vode. To znamená záver: Horúca voda absorbuje atómy dusíka rýchlejšie a zároveň rýchlo zmrzne ako studená - to je porovnateľné s kalením železa, pretože horúca voda sa zmení na ľad a horúce železo tvrdne rýchlym ochladením!

Vladimír, 13. 3. 2013 06:50

alebo možno takto: hustota horúcej vody a ľadu je menšia ako hustota studenej vody, a preto voda nemusí meniť svoju hustotu, stráca tým čas a zamrzne.

Alexey Mishnev, 21.03.2013 11:50

Predtým, ako sa budeme rozprávať o rezonanciách, atrakciách a vibráciách častíc, musíme pochopiť a odpovedať na otázku: Aké sily spôsobujú vibrácie častíc? Pretože bez kinetickej energie nemôže dôjsť k stlačeniu. Bez kompresie nemôže dôjsť k rozšíreniu. Bez expanzie nemôže existovať kinetická energia! Keď začnete hovoriť o rezonancii strún, najskôr ste sa usilovali o to, aby jedna z týchto strún vibrovala! Keď hovoríme o príťažlivosti, mali by ste predovšetkým označiť silu, vďaka ktorej sú tieto telá lákavé! Tvrdím, že všetky telesá sú stlačené elektromagnetickou energiou atmosféry a ktorá stláča všetky telesá, látky a elementárne častice silou 1,33 kg. nie na cm2, ale na elementárne častice. Pretože tlak atmosféry nemôže byť selektívny! Nezamieňajte ho s silou!

Dodik, 31.05.2013 02:59

Zdá sa mi, že ste zabudli na jednu pravdu - „Veda začína tam, kde začínajú merania“. Aká je teplota „horúcej“ vody? Aká je teplota „studenej“ vody? Článok o tom nehovorí ani slovo. Z toho môžeme vyvodiť záver - celý článok je kravina!

Gregory, 4. 4. 2013 12:17

Dodik, predtým, ako nazveš článok nezmyslom, musíš myslieť na to, aby si sa aspoň trochu naučil. A nielen merať.

Dmitrij, 12.24.2013 10:57

Molekuly horúcej vody sa pohybujú rýchlejšie ako v chladnom počasí, kvôli tomu dochádza k bližšiemu kontaktu s prostredím, zdá sa, že absorbujú všetok chlad a rýchlo sa spomaľujú.

Ivan, 1. 10. 2014 05:53

Je prekvapivé, že sa na tejto stránke objavuje takýto anonymný článok. Článok je úplne nevedecký. Autor aj komentátori sa navzájom bijú v hľadaní vysvetlenia javu, bez toho, aby sa obťažovali zistiť, či je daný jav vôbec pozorovaný, a ak ho pozoruje, za akých podmienok. Navyše neexistuje ani dohoda o tom, čo vlastne dodržiavame! Autor teda trvá na potrebe vysvetliť vplyv rýchleho zmrazenia horúcej zmrzliny, hoci z celého textu (a zo slov „účinok sa zistil pri pokusoch so zmrzlinou“) vyplýva, že sám takéto experimenty neinscenoval. Z variantov „vysvetlenia“ javu uvedených v článku je zrejmé, že sú opísané úplne odlišné experimenty, uskutočňované za rôznych podmienok s rôznymi vodnými roztokmi. Podstata vysvetlení aj subjektívna nálada v nich naznačujú, že sa nevykonala ani elementárna kontrola vyjadrených myšlienok. Niekto náhodne počul zábavnú príhodu a nenútene vyjadril svoj špekulatívny záver. Prepáčte, ale nejde o fyzikálne vedecké štúdie, ale o rozhovor v fajčiarskej miestnosti.

Ivan, 1. 10. 2014 06:10

Pokiaľ ide o poznámky v článku o plnení valcov horúcou vodou a nádržiach na ostrekovanie skla studenou vodou. Všetko je z pohľadu elementárnej fyziky jednoduché. Klzisko je naplnené horúcou vodou len preto, že pomalšie zamŕza. Valček musí byť vyrovnaný a hladký. Skúste ho naplniť studenou vodou - vzniknú vám hrčky a „uzlíky“, tk. voda _ rýchlo_ zamrzne bez toho, aby ste mali čas na rozloženie v rovnomernej vrstve. A horúca bude mať čas sa rozprestrieť v rovnomernej vrstve a existujúce hrbole ľadu a snehu sa roztopia. S práčkou to tiež nie je ťažké: do mrazu nemá zmysel nalievať čistú vodu - na skle zamrzne (aj horúca); a horúca nemrznúca kvapalina môže viesť k prasknutiu studeného skla, navyše bude mať na skle zvýšený bod tuhnutia v dôsledku zrýchleného odparovania alkoholov na ceste k poháriku (všetci poznajú princíp fungovania stáleho mesačného svitu? - alkohol sa odparí, voda zostane).

Ivan, 1. 10. 2014 06:34

A je vlastne hlúpe sa pýtať, prečo dva rôzne experimenty za iných podmienok prebiehajú odlišne. Ak je experiment nastavený čisto, potom musíte brať teplú a studenú vodu rovnakého chemického zloženia - z tej istej kanvice odoberáme predchladenú vriacu vodu. Nalejte do identických nádob (napríklad tenkostenných pohárov). Dali sme to nie na sneh, ale na ten istý rovný suchý podklad, napríklad na drevený stôl. A nie v mikromrazničke, ale v dostatočne objemnom termostate - experiment som uskutočnil pred pár rokmi na dači, keď bolo stabilné mrazivé počasie mimo asi -25 ° C. Voda po uvoľnení kryštalizačného tepla kryštalizuje pri určitej teplote. Hypotéza sa scvrkáva na tvrdenie, že horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie (je to tak, podľa klasickej fyziky je rýchlosť výmeny tepla úmerná teplotnému rozdielu), ale zachováva si zvýšenú rýchlosť chladenia, aj keď sa jej teplota rovná teplote studenej vody. Otázka znie, aký je rozdiel medzi vodou ochladenou na vonkajšiu teplotu + 20 ° C a úplne rovnakou vodou, ktorá sa hodinu predtým ochladila na teplotu + 20 ° C, ale v miestnosti? Klasická fyzika (mimochodom, nie na základe klebetenia v fajčiarskej miestnosti, ale na státisícoch a miliónoch experimentov) hovorí: áno, nič, ďalšia dynamika ochladzovania bude rovnaká (iba bod +20 vriacej vody dosiahne neskôr). A experiment ukazuje to isté: keď už v pohári s pôvodne studenou vodou je silná kôrka ľadu, horúcej vode ani nenapadlo zamrznúť. P.S. K pripomienkam Jurija Kuznecova. Prítomnosť určitého účinku možno považovať za preukázanú, keď sú opísané podmienky jeho výskytu a stabilne sa reprodukuje. A keď nemáme jasno v tom, aké experimenty s neznámymi podmienkami sú, je predčasné budovať teórie, ktoré by ich vysvetľovali, a to z vedeckého hľadiska nič nedáva. P.P.S. Je nemožné čítať komentáre Alexeja Mišneva bez sĺz dojatia - človek žije v akomsi fiktívnom svete, ktorý nemá nič spoločné s fyzikou a skutočnými experimentmi.

Gregory, 13. 1. 2014 10:58

Ivan, chápem, že vyvraciaš Mpembov efekt? Neexistuje, ako ukazujú vaše experimenty? Prečo je vo fyzike taký slávny a mnohí sa ho snažia vysvetliť?

Ivan, 14.02.2014 01:51

Dobré popoludnie, Grigorij! Účinok fingovaného experimentu existuje. Ale ako si dokážete predstaviť, nejde o dôvod hľadať nové zákony vo fyzike, ale o dôvod na zlepšenie schopností experimentátora. Ako som už poznamenal v komentároch, pri všetkých vyššie spomenutých pokusoch vysvetliť „Mpemba efekt“ nemôžu vedci ani jasne formulovať, čo presne a za akých podmienok merajú. A chcete povedať, že ide o experimentálnych fyzikov? Nerozosmievaj ma. Tento efekt nie je známy vo fyzike, ale v pseudovedeckých diskusiách na rôznych fórach a blogoch, ktorých je dnes more. Ako skutočný fyzikálny efekt (v zmysle dôsledku niektorých nových fyzikálnych zákonov a nie ako dôsledok nesprávnej interpretácie alebo iba mýtu) to vnímajú ľudia, ktorí majú ďaleko od fyziky. Nie je teda dôvod hovoriť o výsledkoch rôznych experimentov uskutočňovaných za úplne iných podmienok ako o jednom fyzikálnom efekte.

Pavel, 18.02.2014 09:59

hmm, chlapci ... článok k "Speed \u200b\u200bInfo" ... bez urážky ...;) Ivan má vo všetkom pravdu ...

Gregory, 19.02.2014 12:50

Ivan, súhlasím s tým, že v súčasnosti existuje veľa stránok s pseudovedeckými témami, ktoré zverejňujú neoverený senzačný materiál.? Koniec koncov, efekt Mpemba sa stále skúma. A vedci z univerzít skúmajú. Napríklad v roku 2013 tento efekt skúmala skupina na University of Technology v Singapure. Pozrite sa na odkaz http://arxiv.org/abs/1310.6514. Veria, že našli vysvetlenie tohto účinku. Nebudem podrobne písať o podstate objavu, ale podľa ich názoru je efekt spojený s rozdielom v energiách uložených vo vodíkových väzbách.

Moiseeva N.P. 02.19.2014 03:04

Pre všetkých záujemcov o štúdium Mpembovho efektu som mierne doplnil materiál k článku a poskytol odkazy, kde sa môžete oboznámiť s najnovšími výsledkami (pozri text). Ďakujem za komentáre.

Ildar, 02.24.2014 04:12 | nemá zmysel všetko vypisovať

Ak skutočne dôjde k tomuto Mpembovmu javu, myslím, že treba hľadať vysvetlenie v molekulárnej štruktúre vody. Voda (ako som sa dozvedel z populárno-vedeckej literatúry) neexistuje ako jednotlivé molekuly H2O, ale v zhlukoch niekoľkých molekúl (aj desiatok). Keď teplota vody stúpa, zvyšuje sa rýchlosť molekulárneho pohybu, zhluky sa rozpadajú a valenčné väzby molekúl nemajú čas na zostavenie veľkých zhlukov. Tvorba zhlukov trvá o niečo dlhšie, než zníženie rýchlosti molekulárneho pohybu. A keďže sú zhluky menšie, tvorba kryštálovej mriežky je rýchlejšia. V studenej vode zjavne dostatočne veľké stabilné zhluky bránia vytvoreniu mriežky; ich zničenie trvá istý čas. Sám som videl v televízii kuriózny efekt, keď studená voda, pokojne stojaca v tégliku, zostala tekutá niekoľko hodín v chlade. Len čo sa však nádoba zobrala do ruky, to znamená, že sa mierne pohla z jej miesta, voda v nádobe okamžite vykryštalizovala, stala sa nepriehľadná a nádoba praskla. Kňaz, ktorý ukázal tento efekt, to vysvetlil skutočnosťou, že voda bola posvätená. Mimochodom, ukazuje sa, že voda výrazne mení svoju viskozitu v závislosti od teploty. My, ako veľké tvory, sme nepostrehnuteľní a na úrovni malých (mm a menej) kôrovcov, a ešte viac baktérií, je viskozita vody veľmi významným faktorom. Myslím si, že túto viskozitu určuje aj veľkosť klastrov vody.

ŠEDÁ, 15. 3. 2014 05:30

všetko, čo vidíme okolo, sú povrchové charakteristiky (vlastnosti), takže berieme pre energiu iba to, čo môžeme zmerať alebo akýmkoľvek spôsobom dokázať existenciu, inak slepú uličku. tento jav, efekt Mpemba možno vysvetliť iba jednoduchou teóriou objemu, ktorá spojí všetky fyzikálne modely do jednej interakčnej štruktúry. v skutočnosti je všetko jednoduché

nikita, 06.06.2014 04:27 | auto

ale ako dosiahnuť, aby voda zostala studená, ale nie teplá, keď idete v aute!

alexey, 10.03.2014 01:09

A je tu ďalší „objav“ na cestách. Voda v plastovej fľaši pri otvorenom uzávere zmrzne oveľa rýchlejšie. Pre zábavu som experiment pripravil mnohokrát v silnom mraze. Účinok je zrejmý. Ahojte teoretici!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Princíp odparovacieho chladiča. Vezmeme dve hermeticky uzavreté fľaše so studenou a horúcou vodou. Odložíme do chladu. Studená voda rýchlejšie zamrzne. Teraz vezmeme tie isté fľaše so studenou a horúcou vodou, otvoríme ich a dáme do chladu. Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Ak vezmeme dve umývadlá so studenou a horúcou vodou, potom horúca voda zamrzne oveľa rýchlejšie. Je to spôsobené tým, že zvyšujeme kontakt s atmosférou. Čím intenzívnejšie je odparovanie, tým rýchlejšie teplota klesá. Tu je potrebné spomenúť faktor vlhkosti. Čím nižšia je vlhkosť, tým silnejšie je odparovanie a silnejšie ochladenie.

sivý TOMSK, 01.03.2015 10:55

ŠEDÁ, 15. 3. 2014 05:30 - pokračovanie To, čo viete o teplote, nie je všetko. Je toho viac. Ak správne zostavíte fyzikálny model teploty, stane sa kľúčom k popisu energetických procesov od difúzie, topenia a kryštalizácie až po také stupnice, ako je zvýšenie teploty so zvýšením tlaku, zvýšenie tlaku so zvýšením teploty. Z uvedeného bude zrejmý dokonca aj fyzický model energie Slnka. Som v zime. ... skoro na jar roku 20013 po preskúmaní teplotných modelov zostavil všeobecný teplotný model. O pár mesiacov neskôr som si spomenul na teplotný paradox a potom som si uvedomil ... že môj teplotný model popisuje aj paradox Mpemba. Bolo to v máji - júni 2013. O rok neskôr, ale to je to najlepšie. Môj fyzický model je freeze frame a je možné ho posúvať dopredu aj dozadu. Má pohyblivosť aktivity, aktivitu, pri ktorej sa všetko pohybuje. Mám 8 tried na škole a 2 roky na vysokej škole s opakovaním témy. Uplynulo 20 rokov. Nemôžem teda pripísať žiadny druh fyzikálnych modelov slávnych vedcov, ani vzorce. Tak ľúto.

Andrey, 08.11.2015 08:52

Všeobecne mám predstavu o tom, prečo horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená voda. A podľa mojich vysvetlení je všetko veľmi jednoduché, ak máte záujem, napíšte mi e-mailom: [chránené e-mailom]

Andrey, 11. 8. 2015 08:58

Prepáčte, dal som nesprávnu poštovú schránku, tu je správny e-mail: [chránené e-mailom]

Victor, 23. 12. 2015 10:37

Zdá sa mi, že všetko je jednoduchšie, máme sneh, je to odparený plyn, ochladený, takže sa môže ochladiť rýchlejšie v chladnom počasí, pretože sa odparí a okamžite kryštalizuje ďaleko bez stúpania a voda v plynnom stave sa ochladzuje rýchlejšie ako v kvapaline)

Bekzhan, 28.01.2016 09:18

Aj keby niekto odhalil tieto zákony sveta, ktoré sú spojené s týmito účinkami, nenapísal by sem. Z môjho pohľadu by nebolo logické odhaliť jeho tajomstvá pre používateľov internetu, keď ich môže publikovať v slávnych vedeckých časopisoch a osobne sa osvedčiť. pred ľuďmi. Takže, čo sa tu napíše o tomto efekte, to všetko nie je pre väčšinu logické.)))

Alex, 22.02.2016 12:48

ahoj Experimentátori Máte pravdu, keď tvrdíte, že veda začína tam, kde ... nie merania, ale výpočty. „Experiment" je večný a nenahraditeľný argument pre ľudí zbavených fantázie a lineárneho myslenia. Urazil každého, teraz v prípade E \u003d mc2 - každý si pamätá? Rýchlosť molekúl unikajúcich zo studenej vody do atmosféry určuje množstvo energie, ktoré si odnášajú z vody (chladenie je strata energie) Rýchlosť molekúl z horúcej vody je oveľa vyššia a unášaná energia sa zvyšuje na druhú (rýchlosť ochladenia zostávajúcej masy vody) To je všetko, ak odídete z “ experimentovanie “a pamätajte na Základné základy vedy

Vladimír, 25. 4. 2016 10:53 | Meteo

V tých časoch, keď bola nemrznúca zmes zriedkavosťou, sa voda z chladiaceho systému automobilov v nevykurovanej garáži autoservisu vypúšťala po pracovnom dni, aby sa nerozmrazil blok valcov alebo chladič - niekedy oboje. Ráno sa naliala horúca voda. Za silného mrazu motor naštartoval bez problémov. Akosi pri nedostatku horúcej vody nalievali vodu z vodovodu. Voda okamžite zamrzla. Experiment bol drahý - presne toľko, koľko stojí nákup a výmena bloku valcov a chladiča automobilu ZIL-131. Kto neverí, nech skontroluje. a Mpemba experimentoval so zmrzlinou. Kryštalizácia prebieha v zmrzline inak ako vo vode. Skúste zubami odhryznúť kúsok zmrzliny a kúsok ľadu. S najväčšou pravdepodobnosťou nezamrzol, ale následkom ochladenia zhustol. A sladká voda, či už horúca alebo studená, zamrzne pri 0 * C. Studená voda je rýchla, ale horúca potrebuje čas na ochladenie.

Tulák, 06.06.2016 12:54 | Alexovi

"c" - rýchlosť svetla vo vákuu E \u003d mc ^ 2 - vzorec vyjadrujúci ekvivalenciu hmotnosti a energie

Albert, 27.7.2016 08:22

Po prvé, analógia s pevnými látkami (neexistuje proces odparovania). Nedávno som spájkoval medené vodovodné potrubie. Proces prebieha zahrievaním plynového horáka na teplotu topenia spájky. Doba zahrievania jedného spoja s objímkou \u200b\u200bje približne jedna minúta. Jeden spoj som spájkoval rukávom a po pár minútach som si uvedomil, že som ho spájkoval nesprávne. Trošku trvalo rolovanie rúrky v rukáve. Začal som ohrev kĺbu horákom a prekvapivo trvalo zahrievanie kĺbu na teplotu topenia 3-4 minúty. Ako to!? Nakoniec, potrubie je stále horúce a zdá sa, že na jeho zohriatie na teplotu topenia je potrebných oveľa menej energie, všetko sa však ukázalo byť opačným smerom. Všetko je to o tepelnej vodivosti, ktorá je podstatne vyššia pre už ohriate potrubie a hranica medzi ohrievaným a studeným potrubím sa dokázala za dve minúty vzdialiť od križovatky. Teraz o vode. Použijeme koncepty horúcej a čiastočne vyhriatej nádoby. V horúcej nádobe sa vytvára úzke teplotné rozhranie medzi horúcimi, vysoko mobilnými časticami a neaktívnymi, studenými, ktoré sa pohybuje pomerne rýchlo z periférie do stredu, pretože na tejto hranici sa rýchle častice rýchlo vzdajú svojej energie (sú ochladené) časticami na druhej strane hranice. Pretože objem vonkajších studených častíc je väčší, potom rýchle častice, vzdávajúce sa svojej tepelnej energie, nemôžu výrazne zahriať vonkajšie studené častice. Preto chladiaci proces horúcej vody nastáva pomerne rýchlo. Poloohriata voda má oveľa nižšiu tepelnú vodivosť a šírka hranice medzi polohriatymi a studenými časticami je oveľa širšia. K posunu smerom k stredu tak širokej hranice dochádza oveľa pomalšie ako v prípade horúcej nádoby. Vďaka tomu sa horúca nádoba ochladí rýchlejšie ako teplá. Myslím si, že musíme sledovať dynamiku procesu chladenia vody s rozdielnou teplotou umiestnením niekoľkých teplotných senzorov od stredu k okraju nádoby.

Max, 19.11.2016 05:07

Bolo to skontrolované: na Yamale, v mraze, zamrzne potrubie s gýčovou vodou a musí sa zahriať, ale nie zima!

Artem, 9. 9. 2016 01:25

Je to ťažké, ale myslím si, že studená voda je hustejšia ako horúca voda je ešte lepšia ako voda prevarená a potom nasleduje ochladenie atď. horúca voda dosiahne studenú teplotu a predbehne ju, a ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že horúca voda zamŕza zdola a nie zhora, ako je uvedené vyššie, veľmi to urýchľuje postup!

Alexander Sergejev, 21.08.2017 10:52

Takýto účinok neexistuje. Bohužiaľ. V roku 2016 bol v Nature publikovaný podrobný článok k tejto téme: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Z neho je zrejmé, že pri starostlivých experimentoch (ak sú vzorky teplej a studenej vody vo všetkom okrem teploty rovnaké) nie je účinok pozorovaný ...

Zablab, 22.08.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"To naozaj je." - ak škola nechápala, čo je to tepelná kapacita a zákon zachovania energie. Je to ľahké skontrolovať - \u200b\u200bna to potrebujete: túžbu, hlavu, ruky, vodu, chladničku a budík. A klziská, ako hovoria odborníci, zmrazia (naplnia) studenou vodou a teplou vodou vyrovnajú narezaný ľad. A v zime je potrebné naliať nemrznúcu kvapalinu do nádrže ostrekovača, nie vodu. Voda v každom prípade zamrzne a studená voda zamrzne rýchlejšie.

Irina, 01.23.2018 10:58

vedci z celého sveta bojovali proti tomuto paradoxu od čias Aristotela a Victor, Zavlab a Sergeev sa ukázali ako najchytrejší.

Denis, 02.01.2018 08:51

V článku je všetko napísané správne. Dôvod je však trochu iný. Pri procese varu sa vzduch rozpustený v nej odparuje z vody, a preto bude pri ochladení vriacej vody jeho hustota menšia ako hustota surovej vody s rovnakou teplotou. Okrem rozdielnej hustoty neexistujú žiadne iné dôvody pre rôzne tepelné vodivosti.

Zablab, 01.01.2018 08:58 | Zavlab

Irina :), „vedci celého sveta“ nebojujú o tento „paradox“, pre skutočných vedcov tento „paradox“ jednoducho neexistuje - je ľahko overiteľný v dobre reprodukovateľných podmienkach. „Paradox“ sa objavil vďaka nenahraditeľným experimentom afrického chlapca Mpemba a bol nafúknutý podobnými „vedcami“ :)

miroland, 23.03.2019 07:20

tanzánsky chlapec žijúci v samom srdci Afriky, ktorý s najväčšou pravdepodobnosťou nikdy nevidel sneh v očiach ... ;-D nič si nemýlim ???)))

Sergey, 14.04.2019 02:02

Vezmeme dve gumičky, obe natiahneme, jednu viac ako druhú (analogicky s vnútornou energiou studenej a teplej vody), súčasne uvoľníme jeden koniec gumičiek. Ktorá guma sa zmenší rýchlejšie?

Artanis, 8. 8. 2019 03:34

Tento experiment som práve urobil sám. Do mrazničky som dal dva rovnaké poháre teplej a studenej vody. Studený zamrzol oveľa rýchlejšie. Horúca bola ešte mierne teplá. Čo je zlé na mojich skúsenostiach?

Zavlab, 09.05.2019 06:21 |

Artanis, Podľa vašich skúseností „všetko je tak“ :) - „Mpemba efekt“ neexistuje pri správne vykonanom experimente, ktorý zaisťuje rovnaké chladiace podmienky pre rovnaké objemy vody iba pri rôznych počiatočných teplotách. Blahoželám vám - prešli ste na svetovú stranu, rozum a triumf základných fyzikálnych zákonov a začali ste sa vzďaľovať od „sekty Mpemba“, a fanúšikovia videí Yu-tube v štýle „o čom nám klamali na hodinách fyziky“ ... :)

Moiseeva N.P. , 16.05.2019 04:30 | Ch. editor

Máte pravdu, veľa závisí od podmienok experimentu. Ak by sa však účinok nepozoroval vôbec, potom by vo vážnych časopisoch neexistoval žiadny výskum a publikácie. Dočítali ste tento príspevok? O videách Yu-Tubov sa tu nehovorí.

Zavlab, 06.08.2019 05:26 | SlavNeftGaz-YuzhSeverZapVostok-Synthesis Čo je vhodné

Natalya Petrovna, žijeme vo ére „krízy reprodukovateľnosti“ vo vede, keď s cieľom zvýšiť citačný index pod sloganom „zverejniť alebo zahynúť“ „budúci vedci“ radšej súťažia vo vymýšľaní bláznivých teórií, aby podložili očividne pochybné experimentálne údaje namiesto toho, aby strávili trochu času a zdroje na kontrolu týchto údajov, skôr ako si sadnete k čisto teoretickému článku. Príkladom takýchto „nešťastných vedcov“ sú iba „fyzici zo Singapuru“, ktorých ste spomenuli v článku - ich publikácia neobsahuje ich vlastné experimentálne údaje, ale iba holé teoretické úvahy o možnom vplyve obťažujúcich javov „O: HO Bond Anomalous Relaxation“ na proces anomálie zamrznutie vody, ktoré pozorovali Francis Bacon a René Descartes a dokonca Aristoteles už 350 rokov pred naším letopočtom. ... A osobne som veľmi rád, že Nikola Bregovik z univerzity v Záhrebe získal cenu 1000 libier od Kráľovskej chemickej spoločnosti vo Veľkej Británii po použití dobrého vybavenia v reprodukovateľných podmienkach, ktoré sám zamýšľal nad úplne fyzicky vysvetliteľnými výsledkami bez akýchkoľvek anomálií a spochybnil ich ako nemotorné merania chlapec Mpemba a jeho prívrženci a primeranosť tých, ktorí sa pokúsili priniesť „teoretický základ“ v rámci týchto neohrabaných experimentov.

Mpemba efekt (Mpemba paradox) je paradox, ktorý hovorí, že horúca voda za určitých podmienok zmrzne rýchlejšie ako studená voda, aj keď musí počas procesu mrazenia prekonať teplotu studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý je v rozpore s obvyklými konceptmi, podľa ktorých za rovnakých podmienok ochladenie zohriateho tela na určitú teplotu trvá dlhšie ako menej zahrievanému telesu.

Tento jav si v tom čase všimli Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale až v roku 1963 tanzanský školák Erasto Mpemba zistil, že horúca zmrzlinová zmes zmrzne rýchlejšie ako studená.

Ako študent strednej školy Magamba v Tanzánii Erasto Mpemba vykonával praktické kuchárske práce. Potreboval pripraviť domácu zmrzlinu - varte mlieko, rozpustite v ňom cukor, ochlaďte ho na izbovú teplotu a potom vložte do chladničky, aby zamrzol. Mpemba zjavne nebol nijako zvlášť usilovný študent a s dokončením prvej časti úlohy sa oneskoril. V obave, že do konca hodiny nestihne prísť, dal horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho druhov, pripravené podľa danej technológie.

Potom spoločnosť Mpemba experimentovala nielen s mliekom, ale aj s obyčajnou vodou. V každom prípade, už ako študent strednej školy v Mkvavskej, položil otázku profesorovi Dennisovi Osbornovi z University College v Dar es Salaam (vyzvaný riaditeľom, aby študentom predniesol prednášku z fyziky), konkrétne o vode: „Ak vezmeme dva rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody takže v jednom z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhom - 100 ° C a dá ich do mrazničky, potom v druhom voda zamrzne rýchlejšie. Prečo? “ Osborne sa o túto problematiku začal zaujímať a čoskoro v roku 1969 on a Mpemba publikovali výsledky svojich experimentov v časopise Physics Education. Odvtedy sa efekt, ktorý objavili, volá mpemba efekt.

Doteraz nikto nevie, ako presne si tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú k dispozícii ani jednu verziu, aj keď ich je veľa. Všetko je to o rozdiele vo vlastnostiach horúcej a studenej vody, zatiaľ však nie je jasné, ktoré vlastnosti v tomto prípade zohrávajú úlohu: rozdiel v podchladení, odparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo v účinku skvapalnených plynov na vodu pri rôznych teplotách.

Paradoxom Mpembovho efektu je, že doba, počas ktorej sa telo ochladí na teplotu okolia, by mala byť úmerná rozdielu teplôt medzi týmto telom a prostredím. Tento zákon ustanovil Newton a odvtedy sa v praxi mnohokrát potvrdil. V tomto zmysle sa voda s teplotou 100 ° C ochladzuje na teplotu 0 ° C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35 ° C.

To však ešte nenaznačuje paradox, pretože efekt Mpemba možno vysvetliť v rámci dobre známej fyziky. Tu je niekoľko vysvetlení efektu Mpemba:

Odparovanie

Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody s rovnakou teplotou rýchlejšie zamŕza. Voda ohriata na 100 ° C stratí 16% svojej hmotnosti ochladením na 0 ° C.

Efekt odparovania - dvojitý účinok. Najskôr sa zníži množstvo vody potrebnej na chladenie. A po druhé, teplota klesá v dôsledku skutočnosti, že klesá odparovacie teplo prechodu z vodnej fázy do parnej fázy.

Teplotný rozdiel

Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi horúcou vodou a studeným vzduchom je väčší - preto je v tomto prípade výmena tepla intenzívnejšia a horúca voda sa ochladzuje rýchlejšie.

Podchladenie

Keď voda ochladí pod 0 ° C, nemusí vždy zmrznúť. Za určitých podmienok môže podchladiť a pri teplotách pod bodom mrazu naďalej zostať tekutý. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri teplote -20 ° C.

Dôvodom tohto efektu je, že aby sa mohli začať formovať prvé ľadové kryštály, sú potrebné centrá formovania kryštálov. Ak nie sú prítomné v tekutej vode, potom bude hypotermia pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, že sa začnú spontánne vytvárať kryštály. Keď sa začnú formovať v podchladenej tekutine, začnú rásť rýchlejšie a vytvoria ľadovú kašu, ktorá zmrazením vytvorí ľad.

Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievaním sa odstránia rozpustené plyny a bubliny, ktoré môžu slúžiť ako centrá tvorby ľadových kryštálov.

Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, dôjde k nasledujúcemu. V takom prípade sa na povrchu nádoby vytvorí tenká vrstva ľadu. Táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolátor medzi vodou a studeným vzduchom a zabráni ďalšiemu odparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade pomalšia. V prípade podchladenia horúcej vody nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Otvoreným vrchom preto oveľa rýchlejšie stráca teplo.

Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu.

Mnoho vedcov zaoberajúcich sa týmto účinkom považuje hypotermiu za hlavný faktor v prípade účinku Mpemba.

Konvekcia

Studená voda začne zmrznúť zhora, čím sa zhoršia procesy tepelného žiarenia a konvekcie, a tým aj strata tepla, zatiaľ čo horúca voda začne zmrznúť zdola.

Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou hustoty vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4 C. Ak ochladíte vodu na 4 C a nastavíte ju na nižšiu teplotu, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože táto voda je pri 4 ° C menej hustá ako voda, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody krátkodobo vytvorí tenká vrstva ľadu, táto vrstva ľadu však bude slúžiť ako izolátor chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4 C. Preto bude ďalší proces chladenia pomalší.

V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku odparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Okrem toho sú vrstvy studenej vody hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne smerom nadol a vrstvu teplej vody zdvihne na povrch. Táto cirkulácia vody zaisťuje rýchly pokles teploty.

Prečo ale tento proces nedosahuje rovnovážny bod? Na vysvetlenie efektu Mpemba z tohto hľadiska konvekcie je potrebné vychádzať z toho, že sú oddelené studené a horúce vrstvy vody a samotný proces konvekcie pokračuje potom, čo priemerná teplota vody klesne pod 4 ° C.

Neexistujú však experimentálne údaje, ktoré by podporovali túto hypotézu, že studená a horúca vrstva vody sú oddelené konvekciou.

Plyny rozpustené vo vode

Voda vždy obsahuje v nej rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri zahrievaní vody sa tieto plyny z vody uvoľňujú, pretože ich rozpustnosť vo vode pri vysokých teplotách je nižšia. Preto je pri ochladení horúcej vody v nej vždy menej rozpustených plynov ako v nevykurovanej studenej vode. Preto je bod mrazu ohriatej vody vyšší a rýchlejšie mrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní účinku Mpemba, hoci neexistujú experimentálne údaje, ktoré by túto skutočnosť potvrdzovali.

Tepelná vodivosť

Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, ak je voda umiestnená v chladiacom priestore v malých nádobách. Za týchto podmienok sa pozorovalo, že nádoba s horúcou vodou topí pod ňou ľad mrazničky, čím sa zlepšuje tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby s horúcou vodou odvádza rýchlejšie ako zo studenej vody. Nádoba so studenou vodou zasa pod ňou neroztopí sneh.

Všetky tieto (ale aj ďalšie) podmienky boli študované v mnohých experimentoch, avšak jednoznačná odpoveď na otázku - ktoré z nich poskytujú stopercentnú reprodukciu Mpembovho efektu - sa nepodarilo získať.

Napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach študoval vplyv podchladenia vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosahuje podchladený stav, zamŕza pri vyššej teplote ako studená voda, čo znamená rýchlejšie ako druhá. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím vyrovná predchádzajúce oneskorenie.

Auerbachove výsledky navyše odporovali skôr získaným údajom, že horúca voda je vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier schopná dosiahnuť väčšie podchladenie. Pri zahriatí vody sa z nej odstránia plyny rozpustené a pri varení sa vyzrážajú niektoré soli rozpustené v nej.

Zatiaľ je možné tvrdiť iba jednu vec - reprodukcia tohto efektu v podstate závisí od podmienok, v ktorých sa experiment vykonáva. Práve preto, že sa nie vždy reprodukuje.