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Die wässrige Hülle der Erde der Hydrosphäre beträgt etwa 71% der Erdoberfläche. Im gebundenen Zustand befindet sich Wasser sowohl in der sterblichen Kruste der Lithosphäre, und es wird geschätzt, dass die Reserven solcher Wassers (für eine Sekunde !!) ungefähr gleich der Masse von freiem Wasser in der Hydrosphäre sind. Es wurde festgestellt, dass 1 km³ Granit während des Schmelzes 26 Millionen Tonnen Wasser zugeteilt werden können. Frauen mehr "Reserven" V., in der eingehenden wöchentlichen Wöchent der Erde - im Mantel gefangen. Sie halten, dass es bis zu 13 gibt Milliarde Km³ Wasser, das ist mehr als in der Hydrosphäre. Aber nur 1 km³ eines solchen Wassers wird jährlich auf der Oberfläche der Vulkane durchgeführt. Die Industrie hat die entscheidende Rolle der geologischen Geschichte der Erde gespielt und spielt in der Bildung seines thermischen Regimes, des Klimas und des Wetters. Es ist es Weit von allem ist alles von diesem interessanten, lang bekannten, aber in vielerlei Hinsicht geheimnisvoll, so reichlich und so unzureichender Materie, um einfaches Wasser.

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Video zum Thema

Kaltes Wetter ist charakteristisch für den größten Teil unseres Landes. Neben dem Skifahren zu diesem Zeitpunkt können einige Experimente mit Wasser durchgeführt werden. Wirf zum Beispiel heißes Wasser in die Luft, wodurch Schnee schnee. Dieser spektakuläre Trick basiert auf einer interessanten Tatsache, die seit der Zeit der Aristotelzeit bekannt ist.

Es wird einfach beschrieben - heißes Wasser friert schneller als kalt. Diese Eigenschaft erhielt den Namen des Effekts des MPEMB. Tansanianischer Schüler entdeckte dieses Phänomen 1963. Warum frostet heißes Wasser schneller als kalt?

Experimente mit Eis

Erasto Mpembea und andere Kinder in seiner Schule machten häufig Eis mit einer Schulgefrierkammer. Der Prozess war wie folgt: Sie kochte Milch und mischten es mit Zucker. Danach wurde diese Mischung in den Gefrierschrank gegeben. Und sobald Mpemba eilte und die resultierende Substanz in den erhitzten Zustand kühlt.

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Es stellte sich heraus, dass sein Eis schneller herausstellte als ein Klassenkamerad. Es glaubten nur wenige Leute einem Schüler, und 1969 veröffentlichten MPEMBA 1969 zusammen mit Professor Physikisten Artikel. diesbezüglich. Dieser Effekt wird nicht immer beobachtet, also wenn Sie versuchen, es zu Hause zu wiederholen, weit von der Tatsache, dass es passieren wird. Wahrscheinlich da ist es einige Gründe .

Erklärungsversionen dieses Effekts

Die Erkennung der Wirkung der Mpemba erlaubte nicht mit absoluter Genauigkeit, um dieses Phänomen zu erklären. Um diesen Prozess vollständig zu verstehen, ist noch nicht gelungen, aber wissenschaftliche Streitigkeiten werden viel durchgeführt. Und es gibt mehrere Versionen, um den Effekt der Mpemba zu erklären.

Die am häufigsten fortgeschrittene Hypothese - heißes Wasser verdampft aufgrund von Massenverlust. Infolgedessen freut sich die Flüssigkeit, verliert weniger Wärme. Es gab jedoch Fälle, in denen der Effekt des Mpembi in geschlossenen Behältern beobachtet wurde, in der Verdampfung nicht war.

Eine andere Annahme ist, dass Wasser Konvektionsströme und Temperaturgradienten entwickelt, da er sich kühlt. Ein schnelles Kühlglas mit heißem Wasser hat große Temperaturunterschiede und schneller, um Wärme von der Oberfläche zu entfernen. Während ein gleichmäßig gekühltes Glas Wasser eine geringere Temperaturdifferenz hat. Es wurde auch weniger Konvektion erhalten, die den Prozess beschleunigte.

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Es gibt auch andere Theorien. B. nach einem von ihnen die Wirkung von gelösten Gasen in Wasser auf den Gefrierprozess. Im Jahr 2013 eine Gruppe von Forschern aus Singapur empfohlen Ihre Version der Erklärung der Wirkung der Mpemba. Nach ihnen liegt die Lösung in den einzigartigen Eigenschaften chemischer Bindungen in Wasser.

Wie bekannt ist, enthält das Standard-Wassermolekül ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome. Sie sind durch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Wenn jedoch eine Verbindung mehrerer Moleküle auftritt, bilden Wasserstoffatome auch Verbindungen mit Sauerstoffatomen in anderen Molekülen. Diese Wasserstoffbrückenbindungen geben einige seiner Eigenschaften Wasser, beispielsweise einen relativ hohen Siedepunkt und eine verringerte Dichte während des Einfrierens.

Die Forscher glauben, dass bei kochenden Wassermolekülen, die sich mit Wasserstoffbindungen ausbreiten, um Wasserstoffbindungen erstrecken. Aufgrund des begrenzten Volumens werden jedoch kovalente Bindungen in einzelnen Molekülen komprimiert, die Energie ansammeln. Wenn in diesem Zustand Wasser einfriert, lösen die Verbindungen die Energie in Form einer "entriegelten Feder", die viel schneller kühlt.

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Aber nicht alle Experten stimmen mit einer solchen Interpretation der Wirkung des MPEMB überein. Jemand beschuldigt Experten, dass ihre Theorie eine neue Eigenschaft des Wassers vorhersagen könnte. Es ist jedoch nicht im üblichen Verständnis. Chemiker Richard Morgendämmerung von Stanford University hält sich überhaupt, dass das schnelle Einfrieren von Warmwasser hauptsächlich von der Verdampfung abhängt.

Am wahrscheinlichsten, genau deshalb tritt der Effekt von Mpembe auf. Vielleicht in den zukünftigen Wissenschaftlern können es in der Lage sein, es vollständig zu beweisen oder einige Änderungsanträge auf die Erklärung zu bringen.

MPEMBA-Effekt oder warum heißes Wasser schneller einfrieren als kalt?

Mpemba-Effekt (Paradoxe von MPEMBI) - ein Paradox, das besagt, dass heißes Wasser an einigen Bedingungen schneller einfriert als kalt, obwohl er die Temperatur des kalten Wassers im Gefrierprozess unterziehen muss. Dieses Paradoxon ist eine experimentelle Tatsache, die den üblichen Ideen widerspricht, wonach mit den gleichen Bedingungen der erhitzte Körper zum Abkühlen auf eine bestimmte Temperatur mehr Zeit erfordert als der weniger erhitzte Körper zum Abkühlen auf die gleiche Temperatur.

Dieses Phänomen wurde auf einmal Aristoteles, Francis Bacon und Rene Descart bemerkt, aber erst 1963 fand der tansanianische Schüler Erasto Mpembea, dass das heiße Mischgemisch aus Eis schneller ist als kalt.

Als Student der Magambaba High School in Tansania tat Easto Mpembea praktische Arbeit an dem Kochkoffer. Er musste hausgemachte Eiscreme herstellen - Milch kochen, den Zucker dabei auflösen, auf Raumtemperatur kühlen und dann zum Einfrieren in den Kühlschrank legen. Anscheinend war Mpembba nicht besonders ein sorgfältiger Student und mit der Erfüllung des ersten Teils der Aufgabe. Angst, dass er keine Zeit für das Ende der Lektion hätte, steckte er den Kühlschrank noch heiße Milch. Zu seiner Überraschung erstarrte es sogar früher als die Milch seiner Kameraden, die nach einer bestimmten Technologie gekocht wurde.

Danach experimentierte Mpemba nicht nur mit Milch, sondern auch mit gewöhnlichem Wasser. In jedem Fall, bereits als Student der MKVAVA High School, stellte er die Frage von Professor Dennis Osborne vom University College in Dar es Salama (um die Schüler ein Vortrag über Physik im Universitätsklassenraum zu lesen: "Wenn Sie zwei identisch nehmen Behälter mit gleichen Wasservolumina, also hat Wasser in einem von ihnen eine Temperatur von 35 ° C und in den anderen - 100 ° C und legte sie in den Gefrierschrank, dann freut sich das zweite Wasser schneller. Warum? " Osborne interessierte sich für dieses Thema und bald 1969 veröffentlichte 1969 zusammen mit Mpemba die Ergebnisse ihrer Experimente in der Zeitschrift "Physik Education". Seitdem wird der gefundene Effekt angerufen Der Effekt von Mpemba .

Bisher weiß niemand, wie er diesen seltsamen Effekt erklärt. Wissenschaftler haben keine einzige Version, obwohl es viele gibt. Es geht um den Unterschied in den Eigenschaften von heißem und kaltem Wasser, aber es ist noch nicht klar, welche Eigenschaften in diesem Fall eine Rolle spielen: der Unterschied in der Unterkühlung, Verdampfen, Eisbildung, Konvektion oder die Auswirkungen von entlassenen Gasen auf Wasser auf unterschiedlichem Wasser Temperaturen.

Die Paradoxität der Wirkung des Mpemba ist, dass die Zeit, in der der Körper auf die Umgebungstemperatur abkühlt, proportional zu dem Unterschied in den Temperaturen dieses Körpers und der Umgebung ist. Dieses Gesetz wurde immer noch von Newton etabliert und seitdem viele Male in der Praxis bestätigt. In diesem Effekt kühlt sich Wasser mit einer Temperatur von 100 ° C auf eine Temperatur von 0 ° C schneller als die gleiche Wassermenge mit einer Temperatur von 35 ° C.

Trotzdem bedeutet es kein Paradoxon, da der Effekt der Mpemba eine Erklärung und im Rahmen der berühmten Physik gefunden werden kann. Hier sind einige Erklärungen zur Wirkung von MPEMBU:

Verdunstung

Warmwasser schneller verdampft aus dem Behälter, wodurch das Volumen reduziert wird, und das kleinere Wasservolumen mit der gleichen Temperatur freudig schneller. Auf 100 erhitzt mit Wasser verliert 16% seiner Masse beim Abkühlen auf 0 ° C.

Effekt der Verdampfung - doppelte Wirkung. Zunächst wird die Wassermasse reduziert, was zum Kühlen erforderlich ist. Zweitens wird die Temperatur aufgrund der Tatsache reduziert, dass die Verdampfungswärme des Übergangs aus der Wasserphase bis zur Dampftphase verringert wird.

Temperaturunterschied

Aufgrund der Tatsache, dass die Temperaturdifferenz zwischen heißem Wasser und kalter Luft mehr ist - daher ist der Wärmeaustausch in diesem Fall mehr intensiver und heißes Wasser schneller gekühlt.

Unterkühlung

Wenn das Wasser unter 0 ° C abgekühlt ist, froht es nicht immer. Unter einigen Bedingungen kann er Unterkühlung unterzogen werden, wobei bei Temperaturen unter der Temperatur des Gefrierpunkts weiterhin flüssig bleibt. In einigen Fällen kann Wasser auch bei einer Temperatur von -20 ° C flüssig bleiben.

Der Grund für diesen Effekt ist, dass Um die ersten Eiskristalle zu beginnen, Kristallformationszentren zu erfordern. Wenn sie nicht in flüssigem Wasser sind, wird der Unterkühlung fortgesetzt, bis die Temperatur so viel abnimmt, dass sich die Kristalle spontan bilden werden. Wenn sie anfangen, sich in einer unterkühlten Flüssigkeit zu bilden, werden sie schneller wachsen, wodurch ein Lorth-SHUHUH bildet, das ein Gefrieren von Eis bilden wird.

Warmwasser ist am anfälligsten für den Superkühlung, da seine Heizung gelöste Gase und Blasen eliminiert, was wiederum als Zentren für die Bildung von Eiskristallen dienen kann.

Warum verursacht der Superkühltes heißes Wasser, um schneller zu bleiben? Im Falle von kaltem Wasser, das nicht durch das Folgende überkocht wird. In diesem Fall wird die dünne Eisschicht auf der Oberfläche des Gefäßes ausgebildet. Diese Eisschicht wirkt als Isolator zwischen Wasser und kalter Luft und verhindert eine weitere Verdampfung. Die Rate der Bildung von Eiskristallen wird in diesem Fall weniger sein. Im Fall von heißem Wasser verfügt über Superkühlung, superkühlendes Wasser keine Schutzoberflächenschicht aus Eis. Daher verliert es durch offene Oberkörper viel schneller.

Wenn der Prozess der Hypothermie endet und Wasser einfriert, ist viel mehr Wärme verloren und daher ist mehr Eis gebildet.

Viele Forscher dieses Effekts betrachten den superkühltesten Faktor im Fall des MPEMB-Effekts.

Konvektion

Kaltes Wasser beginnt von oben einzufrieren, wodurch die Prozesse der Wärmeemission und Konvektion verschlechtert, und daher Wärmeverlust, während heißes Wasser von unten einfrieren beginnt.

Dieser Effekt der Wasserdichteanomalie wird erläutert. Wasser hat eine maximale Dichte bei 4 ° C, wenn Kühlwasser auf 4 S und in eine niedrigere Temperatur eingesetzt wird, fühlt sich die Oberflächenschicht von Wasser schneller ein. Da dieses Wasser bei einer Temperatur von 4 s weniger dicht ist als Wasser, bleibt es auf der Oberfläche, wodurch eine dünne kalte Schicht bildet. Unter diesen Bedingungen wird die dünne Eisschicht für kurze Zeit auf der Wasseroberfläche ausgebildet, aber diese Eisschicht ist ein Isolator, der die unteren Wasserschichten schützt, was bei einer Temperatur von 4 ° C verbleibt. Daher ist der weitere Kühlvorgang langsamer.

Im Fall von heißem Wasser ist die Situation völlig anders. Die Oberflächenschicht des Wassers wird aufgrund von Verdampfung und höherer Temperaturdifferenz schneller gekühlt. Darüber hinaus sind kalte Wasserschichten dichter als Heißwasserschichten, daher fällt die kalte Wasserschicht herunter, wodurch eine Schicht warmes Wasser auf die Oberfläche hebt. Eine solche Wasserzirkulation liefert einen schnellen Temperaturabfall.

Aber warum erreicht dieser Prozess nicht den Gleichgewichtspunkt? Um den Effekt der Mpemba aus dieser Sicht der Konvektion zu erläutern, wäre dies erforderlich, um zu ermöglichen, dass kalte und heiße Wasserschichten getrennt werden und der Konvektionsprozess selbst fortgesetzt wird, nachdem die durchschnittliche Wassertemperatur unter 4 ° C fällt.

Es gibt jedoch keine experimentellen Daten, die diese Hypothese bestätigen, dass kalte und heiße Wasserschichten während der Konvektion aufgeteilt werden.

Gelöste Gase

Wasser enthält immer in IT-Sauerstoff und Kohlendioxid gelöstes Gase - Sauerstoff und Kohlendioxid. Diese Gase haben die Fähigkeit, den Wassereinfrieren zu reduzieren. Wenn das Wasser erhitzt wird, werden diese Gase aus Wasser freigesetzt, da ihre Löslichkeit in Wasser bei hohen Temperaturen darunter ist. Wenn also heißes Wasser abgekühlt ist, gibt es immer weniger gelöste Gase als in nicht erhitztem kaltem Wasser. Daher ist der Gefrierpunkt des beheizten Wassers höher und freift schneller ein. Dieser Faktor wird manchmal als Hauptsache betrachtet, wenn er die Wirkung des MPEMB erklärt, obwohl es keine experimentellen Daten gibt, die diese Tatsache bestätigen.

Wärmeleitfähigkeit

Dieser Mechanismus kann eine signifikante Rolle spielen, wenn Wasser in kleinen Behältern in den Gefrierschrank der Kühlkammer gelegt wird. Unter diesen Bedingungen wird angemerkt, dass der Heißwasserbehälter von einem Gefrierschrank von einem Gefrierschrank verschoben wird, wodurch der thermische Kontakt mit der Gefrierwand und der Wärmeleitfähigkeit verbessert wird. Infolgedessen wird die Wärme aus dem Behälter mit heißem Wasser schneller als von Kälte entfernt. Der Behälter mit kaltem Wasser stützt wiederum nicht unter dem Schnee.

All dies (sowie andere) Bedingungen wurden in vielen Experimenten untersucht, aber eine eindeutige Antwort auf die Frage - die von ihnen eine hundertprozentige Reproduktion des Mpembe-Effekts - und wurde nicht empfangen.

Zum Beispiel untersuchte der deutsche Physiker David Auerbach 1995 die Wirkung der Wasserkochermie auf diesen Effekt. Er fand, dass heißes Wasser einen unterkühlten Zustand erreichte, mit einer höheren Temperatur einfriert als die Kälte, was schneller bedeutet. Kaltes Wasser erreicht jedoch einen superkühlten Zustand schneller als heiß, wodurch die vorherige Verzögerung kompensiert wird.

Darüber hinaus widersprachen die Ergebnisse von Auerbakh den zuvor erzielten Daten, dass heißes Wasser aufgrund einer geringeren Anzahl von Kristallisationszentren eine größere Überkühlung erreichen kann. Wenn das Wasser davon erhitzt wird, werden die darin gelösten Gase entfernt, und während ihres Kochens werden einige in sie gelöste Salze ausgefällt.

Sie können so weit sagen, dass nur eine Sache möglich ist. Die Reproduktion dieses Effekts hängt wesentlich von den Bedingungen ab, in denen das Experiment durchgeführt wird. Es ist genau, weil es nicht immer reproduziert wird.

O. V. MOSIN.

Literarisch Quellen :

"Warmwasser friert schneller als kaltes Wasser. Warum tut es das?", Jearl Walker im Amateurwissenschaftler, wissenschaftlicher Amerikaner, Vol. 237, Nein. 3, PP 246-257; September 1977.

"Das Einfrieren von heißem und kaltem Wasser", g .S Kell im amerikanischen Journal der Physik, Vol. 37, Nein. 5, PP 564-565; Mai 1969.

"Superkühlung und der Mpemba-Effekt", David Auerbach, im amerikanischen Journal der Physik, Vol. 63, Nein. 10, PP 882-885; Oktober 1995.

"Der MPEMBA-Effekt: die Gefrierzeiten von heißem und kaltem Wasser", Charles A. Ritter, im amerikanischen Journal der Physik, Vol. 64, Nein. 5, P 524; Mai 1996.

"Das letzte Wort", neuer Wissenschaftler, 2. teupt 1995.

Hallo, habr! Ich präsentiere Ihnen Ihre Aufmerksamkeit, um die Übersetzung des Artikels "Warum heißes Wasser schneller einfriert als Kaltphysiker, die den Momba-Effekt lösen".

Vom Übersetzer: Ihr ganzes Leben erlitt eine Frage, und hier wurden Sie wieder erklärt.

Warum kochendes Wasser das schnellste kalte Wasser einfriert, tut das Video an:

ZUSAMMENFASSUNG: Aufgrund des Vorhandenseins von Wasserstoffbindungen in Wassermolekülen wird eine Änderung der Konfiguration von kovalenten Bindungen von O-H geändert, wobei die Versorgung zusätzlicher Energie in ihnen während des Kühlens freigesetzt, als zusätzliche Erwärmung, die ein Gefrierpunkt stört. In heißem Wasser sind Wasserstoffbindungen gedehnt, kovalent nicht angespannt, Energiereserve ist niedrigkühlend und ein Gefrierraum ist schneller. Es gibt eine charakteristische Zeit. Tau. Es ist notwendig, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, wenn der Kühlvorgang langsam geht, die Wirkung des MPEMB verschwindet. Wenn der Kühlvorgang relativ schnell ist (bis zu zehn Minuten), wird der Effekt ausgedrückt. Es sollte wahrscheinlich eine kritische Temperatur sein, beginnend, mit der der Effekt erscheint, aber dies spiegelt sich jedoch nicht in dem Artikel wider.

Ein Bild aus dem ursprünglichen Artikel, der betrachtet, auf den der Leser mit all der Klarheit sehen sollte, dass Energie in kovalenten Bindungen liegt, die dann in Form zusätzlicher Wärme freigesetzt werden kann, um kaltes Wasser zu verhindern.

Geschichte der Frage

Aristoteles stellte zunächst fest, dass heißes Wasser schneller einfriert als kalt, aber Chemiker weigerten sich immer, dieses Paradox zu erklären. Bis heute.

Wasser ist eine der ordentlichen Substanzen der Erde, aber gleichzeitig eines der geheimnisvollsten. Wenn beispielsweise in den meisten Flüssigkeiten seine Dichte während des Kühlens wächst. Im Gegensatz zum Rest erreicht seine Dichte jedoch ein Maximum bei einer Temperatur von 4c und beginnt sich dann bis zur Kristallisationstemperatur zu verringern.

In der festen Phase hat Wasser eine etwas kleinere Dichte, weshalb Eis auf der Oberfläche des Wassers schwebt. Dies ist einer der Gründe für das Vorhandensein des Lebens auf der Erde - wenn das Eis von Wasser düster war, dann würde er während des Einfrierens den Boden der Seen und den Ozeanen fallen lassen, was es an vielen Arten chemischer Prozesse unmöglich macht, die das Leben machen möglich.

Es gibt also einen seltsamen Membaby-Effekt, der nach tansanianischen Studenten benannt ist, der herausgefunden hat, dass das heiße Gemisch für Eisreinigung schneller ist, als die Kälte im Gefrierschrank der Schulküche irgendwo in den frühen 1960er Jahren. (In der Tat wurde dieser Effekt von vielen Forschern in der Geschichte bemerkt, beginnend mit Aristotelem, Francis Bacon und Rene of Descartes).

Mpemba-Effekt Es ist, dass heißes Wasser schneller kalt ist. Dieser Effekt wurde in einer Vielzahl von Fällen mit verschiedenen Erklärungen gemessen, die unten beschrieben wurden. Eine der Ideen ist, dass heiße Gefäße den besten thermischen Kontakt mit dem Gefrierschrank haben und Wärme effizienter entfernen. Der andere ist, dass warmes Wasser schneller verdampft, und da dieser Prozess eine Endothermie ist (kommt mit der Absorption von Wärme) - dann beschleunigt es das Gefrierpunkt.

Keiner dieser Erklärungen sieht plausibel aus, also gab es noch keine echte Erklärung.

Eine neue Erklärung des Effekts (jetzt ist es sicherlich korrekt)

Heute, Chang von der Nangang Technology University of Singapur und mehrerer seiner Kollegen, sofern. Diese Jungs argumentieren, dass der Effekt von MPEMs das Ergebnis der einzigartigen Eigenschaften verschiedener Kommunikationstypen ist, wobei Wassermoleküle zusammenhält.

Was ist also in diesen Verbindungen gleich? Jedes Wassermolekül besteht aus einem relativ großen Sauerstoffatom, das mit zwei niedrigen Wasserstoffatomen mit einer herkömmlichen kovalenten Bindung verbunden ist. Wenn Sie jedoch ein paar Wassermoleküle platzieren, beginnen auch die Wasserstoffbindungen, eine wichtige Rolle zu spielen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Wasserstoffatome eines Moleküls in der Nähe des Sauerstoffs eines anderen Moleküls befinden und mit ihm interagieren. Wasserstoffbrückenbindungen sind viel schwächer als kovalent (ca. pro. ~ 10-mal), aber stärker als van der Wales-Kräfte, die ein Heckon zum Anhalten an vertikalen Wänden verwendet.

Chemiker haben sich seit langem auf die Bedeutung dieser Krawatten bewusst. Zum Beispiel ist der Siedepunkt des Wassers viel höher als der anderer Flüssigkeiten mit ähnlichen Molekülen, da die Wasserstoffbrückenbindungen die Moleküle zusammenhält.

In den letzten Jahren interessieren sich jedoch zunehmend Chemiker an anderen Rollen, die Wasserstoffbindungen spielen können. Beispielsweise bilden Wassermoleküle in dünnen Kapillaren mit langen Ketten, die von Wasserstoffbindungen gehalten werden. Dies ist sehr wichtig für Pflanzen, die das Verdampfen von Wasser durch die Blättermembranen haben, die die Kette von Wassermolekülen effektiv von Wurzeln nach oben ziehen.

Mit Co-Autoren argumentieren sie nun, dass Wasserstoffbindungen auch den Effekt des Mpembe erklären. Ihre wichtige Idee ist, dass Wasserstoffbindungen zu einem dichteren Kontakt von Wassermolekülen führen, und wenn dies auftritt, führt die natürliche Abstoßung zwischen Molekülen zur Kompression von kovalenten Bindungen und der Ansammlung von Energie in ihnen.

Wenn jedoch die Flüssigkeit erhitzt wird, steigt der Abstand zwischen Molekülen an, und Wasserstoffbrücken sind gestreckt. Es ermöglicht es Ihnen auch, die Länge der kovalenten Bindungen zu erhöhen und somit die in ihnen angesammelte Energie zurückzuziehen. Ein wichtiges Element der Theorie ist die Tatsache, dass ein Prozess, in dem kovalente Bindungen Energie ergeben, die sich in ihnen angesammelt äquivalent ankühlen.

Tatsächlich verbessert dieser Effekt den üblichen Kühlprozess. Somit sollte heißes Wasser schneller gekühlt werden als kalt, die Autoren argumentieren. Und genau das beobachten wir in der Wirkung des Betrugs.

Warum ist eine neue Erklärung besser als bisher?

Diese Männer berechnete den Betrag der zusätzlichen Kühlung und zeigte, dass es genau dem beobachteten Unterschied in den Experimenten entspricht Beim Messen des Unterschieds in heißen und kalten Wasserkühlraten. Voila! Dies ist ein interessanter Blick auf die komplexen und geheimnisvollen Eigenschaften von Wasser, die immer noch Chemiker nachts nicht schlafen lassen. Trotz der Tatsache, dass die Idee von Zi und Co-Autoren überzeugt ist, kann dies ein weiterer Fehler der Theoretiker sein, den andere Physiker widerlegen müssen. Dies liegt daran, dass Theorien eine vorhersagende Festigkeit (zumindest - im Originalartikel) fehlen.

Zi und Co-Autoren müssen ihre Theorie für die Vorhersage neuer Eigenschaften von Wasser nutzen, die nicht aus ordentlichen Gründen abgeleitet werden. Wenn beispielsweise kovalente Bindungen verkürzt werden, sollte dies zu einigen neuen gemessenen Eigenschaften von Wasser führen, was sich sonst nicht manifestieren müssen. Die Öffnung und Messung solcher Eigenschaften wären die letzte Kirsche auf dem Kuchen, was die Theorie in seiner aktuellen Form fehlt.

Trotz der Tatsache, dass die Jungs möglicherweise die Wirkung von Mpemb erklärt haben, brauchen sie ein bisschen Podnaping, um andere zu überzeugen.

Sei so wie es kann, haben sie eine interessante Theorie.

P. 2016 veröffentlichte eine der Co-Autoren - Chang Sun (Chang Q Sun) zusammen mit Yi Sun (Yi Sun) eine vollständigere Erklärung der vorgeschlagenen Theorie mit der Berücksichtigung von Oberflächeneffekten, Konvektion, Diffusion, Strahlung und anderen Faktoren- und scheinen gute Vereinbarung mit Experiment (Springer).

Literatur

Literatur

Ref: arxiv.org/abs/1310.6514: O: H-O-Bindung anomaler Entspannung, die Mpemba-Paradoxon auflöst

Original: https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/why-hot-water-freezes-Faster-than-cold-physicists-spiegel-the-mpemba-effect-d8a2f611e853.

Warum "wieder erklärt" - und weil es schon war:

  1. https://doi.org/10.1103/physrevx.9.021060.
  2. Nichtgleichgewichtsmarkov-Prozesse: Kann einige ungewöhnliche Flugbahnen stark schneller als das Gleichgewicht folgen, daher fällt ein schnelles kühlendes kochendes Wasser auf eine solche "beschleunigte" Flugbahn und überholt kaltes Wasser (die sich an mehr Gleichgewichtsbedingungen abkühlen).
  3. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.6b00735.
  4. Cluster (auch aufgrund von Wasserstoffbindungen), die die Kristallisation beeinträchtigen. In kochendem Wasser gibt es keine solchen Cluster, und während des Einfrierens haben sie nicht Zeit, um sich zu bilden, und in Wasser, für eine lange Zeit der ehemaligen Erkältung außerhalb des Gefrierschranks, und sie geben es nicht, es normal einfrieren.
  5. https://aapt.scitation.org/doi/10/1119/1.18059.
  6. Das Superkühlung unter dem Gefrierpunkt, der in ursprünglich heißem Wasser schwächer ist, da das Durcheinander größer ist, und es reicht nicht aus, sich im Gefrierschrank im Gefrierprozess zu organisieren. (Aber hier ist es eindeutig ein Problem - in Experimenten ist die gesamte Kühlkrümmung von heißem Wasser steiler kalt und nicht nur der Gefrierprozess, und nicht nur der Gefrierprozess, und diese "Unordnung" auf Wärmeleitfähigkeit und Kühlung, wenn sie durch Verlangsamung der Abkühlung beeinflusst werden sollte, und Beschleunigung).

https://www.sciercicestirect.com/science/article/pii/s0140700716302869.

Wasser verdampft von der Oberfläche und nimmt Wärme an. Warmwasser ist schneller (nur klar ist nicht klar, warum, warum nach dem Ausrichten der Temperaturen das heißes Wasser, das heiß war, weiter dampfen, obwohl er bereits kälter ist als dieses ursprünglich kalte Wasser, das ursprünglich kalt war).

https://www.scicecedirect.com/science/article/pii/s0017931014008072.

Video.

Die gesamte Weinkonvektion, die den Wärmeaustausch verbessert (Konvektionsströme drehen sich über Trägheit und nach der Temperatur der Glase und danach längere Zeit).

American Journal of Physics 77, 27 (2009); https://doi.org/10/1119/1.2996187.

Insgesamt die Auflösung von Verunreinigungen (Gase?). In kochendem Wasserverunreinigungen weniger, frieren schneller.

Fazit

Das Phänomen von heißem Wasser, das mit einer größeren Geschwindigkeit eingefroren ist als kalt, bekannt in der Wissenschaft als Effekt von Betrug. Über dieses paradoxe Phänomen wurden solche großen Köpfe als Aristoteles, Francis Bacon und René Descartes, aber für das Jahrtausend, aber niemand konnte eine angemessene Erklärung für dieses Phänomen anbieten.

Erst 1963 bemerkte ein Schüler aus der Republik Tanganyik, Erasto Mpembe, diesen Effekt auf das Beispiel von Eiscreme bemerkt, aber keiner der Erwachsenen gab ihm eine Erklärung. Trotzdem dachten Physiker und Chemiker ernsthaft an so einfach, aber so unverständliches Phänomen.

Seitdem haben verschiedene Versionen ausgedrückt, von denen einer wie folgt klang: Ein Teil des Warmwassers wird zuerst nur eingedampft, und dann, wenn er weniger als seine Menge bleibt, freut sich Wasser schneller. Diese Version wurde aufgrund seiner Einfachheit der beliebtesten, aber Wissenschaftler befriedigten nicht vollständig. Heutzutage erklärte ein Team von Forschern der University of Technological University of Nanyang in Singapur (Nanyang Technological University), das von Chemist SI Zhanom (XI Zhang) geleitet wurde, dass sie es geschafft haben, ein Jahrhundert alte Rätsel zuzulassen, warum warmes Wasser schneller einfriert als kalt. Als chinesische Spezialisten, die herausfanden, liegt das Geheimnis in der Menge an Energie, die in Wasserstoffbindungen zwischen Wassermolekülen gelagert ist.

Wie bekannt ist, bestehen Wassermoleküle aus einem Sauerstoffatom und zwei mit kovalenten Bindungen gehaltenen Wasserstoffatomen, die wie ein Austausch von Elektronen auf dem Teilchenpegel aussieht. Eine weitere berühmte Tatsache ist, dass Wasserstoffatome von Sauerstoffatomen aus benachbarten Molekülen angezogen werden - gleichzeitig sind Wasserstoffbrückenbindungen gebildet.

Mpemba-Effekt ist interessant, daher studiert es weiterhin. Studien werden sofort in mehreren Richtungen durchgeführt. Wissenschaftler werden auf jeden Fall die Ursache des unerklärlichen Paradoxons herausfinden und den Menschen erlauben, die Möglichkeiten der Verwendung zu erweitern.

Gleichzeitig werden die Wassermoleküle im Allgemeinen voneinander abstoßet. Wissenschaftler aus Singapur bemerkte: das wärmere Wasser, desto größer ist der Abstand zwischen den Fluidmolekülen aufgrund der Erhöhung der Abwehrkräfte. Infolgedessen werden Wasserstoffbindungen gestreckt und somit größere Energie reserviert. Diese Energie wird freigesetzt, wenn das Wasser abgekühlt ist - die Moleküle kommen näher aneinander. Und die Rückkehr der Energie, wie Sie wissen, und bedeutet Kühlung.

Als Chemiker schreiben in ihrem Artikel, der auf der Website von Präfrinten von Arxiv.org in heißem Wasser, in heißem Wasser gefunden werden kann, Wasserstoffbindungen stärker als in der Kälte. Somit stellt sich heraus, dass in Wasserstoffbrückenbindungen heißes Wasser mehr Energie gespeichert ist, was bedeutet, dass sie während der Abkühlung auf Minusentemperaturen mehr freigesetzt wird. Aus diesem Grund ist der Frozen schneller.

Bislang haben Wissenschaftler dieses Rätsel nur theoretisch gelöst. Wenn sie überzeugende Beweise für ihre Version präsentieren, ist die Frage, warum heißes Wasser schneller eingefroren als kalt ist, es ist möglich, geschlossen zu werden. Auch zum Thema: Wissenschaftler von 100 Jahren konnten nicht verstehen, warum die Teekannen amerikanischer Physiker gelöst haben, dass das Paradoxe der Katze Schrödinger-Physik gelöst wurde, das ein langfristiges Rätsel des Verhaltens der Elektronenphysik gelöst hat, dass das Magnetfeld die Wärmeübertragung des Materials in Diamant ändert, sah den Quanteneffekt Zenon Warum ist heißes Wasser schneller einfriert als kalt? Das ist wahr, obwohl es unglaublich klingt, denn im Gefriervorgang muss das warme Wasser die Temperatur des kalten Wassers passieren. Inzwischen wird dieser Effectshire verwendet. Zum Beispiel, Rollen und Folien im Winter heiß gießen heiß, nicht kaltes Wasser. Spezialisten beraten die Autofahrer, den Winter im Waschtank kalt zu füllen, und nicht heißes Wasser. Das Paradoxon ist auf der Welt als "MPEMB-Effekt" bekannt. Dieses Phänomen erwähnte Aristoteles, Francis Bacon und René Descartes, aber erst 1963 wurden Professoren für Physik an ihn bezahlt und versuchten zu erkunden. Alles begann mit der Tatsache, dass der tansanianische Schüler Easto Mpembba, dass gesüßte Milch, der er, der er zur Herstellung von Eiscreme, bemerkte, schneller einfriert, wenn er vorhärtet wurde und die Annahme vorlegt, dass heißes Wasser schneller einfriert als kalt. Er appellierte an der Klarstellung an den Physiklehrer, aber er lachte nur über den Schüler und sagte Folgendes: "Dies ist keine Weltphysik, sondern ein Arzt von Mpems." Glücklicherweise war Dennis Osborne einmal in der Schule, Professor für Physik der University of Dar es Salama. Und Mpemba appellierte ihm mit der gleichen Frage. Der Professor wurde weniger skeptisch eingerichtet, sagte, er konnte nicht beurteilen, was er noch nie gesehen hatte, und bei der Rückkehr nach Hause bat die Mitarbeiter, um relevante Experimente durchzuführen. Sieht aus, als hätten sie die Worte des Jungen bestätigt. In jedem Fall sprach Osborne 1969 über das Arbeiten mit Mpembo im Magazin "Eng. Physik. Bildung.

" Im selben Jahr veröffentlichte George Kell vom Canadian National Research Council einen Artikel mit einer Beschreibung des Phänomens in "eng.

  • Amerikanisch.
  • Tagebuch
  • Von.
  • Physik.

"

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um dieses Paradox zu erklären:

Warmwasser verdampft schneller und verringert somit das Volumen, und ein kleineres Wasservolumen mit der gleichen Temperatur friert schneller ein. In hermetischen Behältern sollte kaltes Wasser schneller einfrieren.

Das Vorhandensein von Schneefutter. Der Warmwasserbehälter ist unter sich selbst schwarzen, es ist daher thermischer Kontakt mit einer Kühlfläche. Kaltes Wasser leuchtet nicht darunter. In Abwesenheit eines Schneefutters muss der Kaltwasserbehälter schneller einfrieren.

Kaltes Wasser beginnt von oben einzufrieren, wodurch die Prozesse der Wärmeemission und Konvektion verschlechtert, und daher Wärmeverlust, während heißes Wasser von unten einfrieren beginnt. Mit einem zusätzlichen mechanischen Rühren Wasser in Behältern sollte kaltes Wasser schneller einfrieren.

Das Vorhandensein von Kristallisationszentren in abgekühlten Wasser - Substanzen, die in ihm gelöst sind. Mit einer kleinen Anzahl solcher Zentren in kaltem Wasser ist die Umwandlung von Wasser in das Eis schwierig und möglicherweise sein Unterkühlung, wenn er in einem flüssigen Zustand mit einer Minus-Temperatur ist.

In letzter Zeit wurde eine weitere Erklärung veröffentlicht. Dr. Jonathan Katz (Jonathan Katz) von Washington University untersuchte dieses Phänomen und kam zu dem Schluss, dass eine wichtige Rolle darin durch gelöste Substanzen in Wasser gespielt wird, die beim Erhitzen hinterlegt werden. Unter den gelösten Substanzen impliziert Dr. Katz auch Calcium- und Magnesiumbicarbonate, die in starrem Wasser enthalten sind. Wenn das Wasser erhitzt wird, werden diese Substanzen abgeschieden, Wasser wird weich. Wasser, das noch nie erhitzt hat, enthält diese Verunreinigungen, es ist "hart". Wenn es einfriert und die Bildung von Eiskristallen, erhöht sich die Konzentration von Verunreinigungen in Wasser 50-mal. Daher wird der Wassergefrierpunkt reduziert.

Diese Erklärung scheint nicht überzeugend zu sein, weil Sie müssen nicht vergessen, dass der Effekt in Experimenten mit Eiscreme und nicht mit starrem Wasser gefunden wurde. Höchstwahrscheinlich die Ursache des Phänomens von thermophysikalisch und nicht chemisch.

Während die eindeutige Erläuterung des Paradoxons des MPEMB nicht empfangen wird. Ich muss sagen, dass einige Wissenschaftler diesen Paradoxon nicht betrachten, der auf Aufmerksamkeit wert ist. Es ist jedoch sehr interessant, dass ein einfacher Schüler die körperliche Wirkung anerkannt hat und aufgrund seiner Neugierigkeit und Ausdauer der Beliebtheit erhielt.

Im Februar 2014 hinzugefügt

Die Notiz wurde 2011 geschrieben. Seitdem sind neue Studien zum Effekt von Mpembi und neuen Versuchen, es zu erklären, es zu erklären. So kündigte die Royal Chemical Society of Großbritannien 2012 einen internationalen Wettbewerb für die Lösung von Scientific Secrets "MPEMBI EFFECT" mit einem Preisprofonchen von 1000 Pfund an. Die Frist wurde am 30. Juli 2012 installiert. Nikola Beregovik vom Labor der Universität Zagreb wurde der Gewinner. Er veröffentlichte seine Arbeit, in der er vorherige Versuche analysierte, dieses Phänomen zu erklären, und schlussfolgerten, dass sie nicht überzeugend waren. Das von ihnen vorgeschlagene Modell basiert auf den grundlegenden Eigenschaften von Wasser. Diejenigen, die wünschen, können einen Job auf dem Link finden, http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Erforschung dieses wurde nicht abgeschlossen. Im Jahr 2013 hat die Physik von Singapur theoretisch theoretisch die Ursache des Empube-Effekts bewiesen. Die Arbeit ist von Reference http://arxiv.org/abs/1310.6514 zu finden.

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Warum ist der Himmel blau? Kann es einfrieren? .

Die Antwort ist einfach - ja, vielleicht

. Darüber hinaus wird kochendes Wasser schneller einfrieren als kalt. Welcher schneller: Kochen oder kaltes H2O?

Wissenschaftler haben viele Experimente und bewiesen, dass das erste kristallische kochende Wasser kristallisiert.

Wenn im Gefrierfach gleichzeitig zwei Kapazitäten mit demselben Volumen und Form mit kochendem Wasser und einfachem Wasser eingesetzt werden, dann

Der erste wird in eisgerechtes kochendes Wasser

Wenn Sie, wenn Sie der Logik folgen, muss es jedoch zuerst abkühlen und dann kristallisieren. Aber das ist nicht so.

Es ist erwähnenswert, dass ein solcher Effekt von den Menschen lange Zeit beobachtet wurde.

  1. foto14818-3. Das Aristoteles, auf das in seinen Aufzeichnungen darauf hingewiesen wurde, interessierte sich für das Phänomen von R. Dekart. Ein sorgfältiges Studieren dieses Problems zu dieser Zeit waren jedoch nur wenige Leute, es war nicht besonders an Wissenschaftlern interessiert.
  2. Ein neugieriger Tanzanskaya-Schüler gab ein solides Studium zum Thema, der im Alltag fand, dass die Aufwärmflüssigkeit, ob Milch oder Wasser, schneller kristallisiert.
  3. Im Jahr 1969 wurde ein Experiment von Professor D.sboron durchgeführt, der die Genehmigung des jungen Mannes bewies. Von diesem Moment an erhielt das Phänomen den Namen seines "Opener" und wurde als Effekt des MPEMB bekannt.

Warum?

Es war noch nicht vollständig erklärt und das Phänomen noch nicht zu verstehen, aber Streitigkeiten zwischen Wissenschaftlern unter diesem Thema sind ausreichend. Einige Hypothesen finden jedoch noch statt: .

Beim Kochen gibt es Verdampfen und eine Abnahme des Wasservolumens, was bedeutet, dass der Kristallisationsprozess aktiviert ist, d. H. beschleunigt.

Die in Wasser gelösten Gase werden verdampft, daher ist die Wasserdichte in einem Siedezustand höher als die der Wassertemperatur. Es ist bekannt, dass der hohe Dichteanteil zur Kühlrate trägt.

Das Einfrieren von heißem Wasser beginnt unten, und die obere Oberflächenschicht bleibt frei. Dadurch können die Prozesse der Konvektion und Strahlung von Wärme nicht angehalten und nicht verlangsamt werden. Im Normalzustand ist die obere Oberfläche im üblichen Zustand aufbewahrt, der die Wärmeausbeute verlangsamt.

Es gibt andere Versionen, die das paradoxe Phänomen erklären. Einer von ihnen wurde von Wissenschaftlern aus Washington von D. Katts vorangetrieben. Seiner Meinung nach wird im Siedevorgang Wasser aus dem "harten" in ein "weiches". Teil von Substanzen, wie Magnesium und Calciumbicarbonat, werden beruhigt und stören die Kristallisation nicht. deshalb

Der Gefrierprozess von kochendem Wasser geht zeitweise schneller als üblich

Wie leistet dieses Paradoxon im wirklichen Leben?

Die Existenz eines paradoxen Phänomens spart Zeit, um Spielseiten und Sportarten in der Wintersaison vorzubereiten.

Eingesetztes unverständliches Phänomen und industrielle Produktion

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