Pikabu

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.

Vattenhaltiga skalet av hydrosfärden är ca 71% av jordens yta. I det bundna tillståndet är vatten både i litosfärens dödskorg, och det uppskattas att reserverna av sådant vatten (för en sekund !!) är ungefär lika med massan av fritt vatten i hydrosfäret. Det visade sig att 1 km³ granit under smältning kan tilldelas 26 miljoner ton vatten. Kvinnornas mer "reserver" V., fånge i djupet av jorden - i manteln. De håller att det finns upp till 13 Miljarder Km³ vatten, det vill säga mer än i hydrosfärmen. Men bara 1 km³ av ett sådant vatten utförs på vulkanernas yta årligen. Industrin har spelat och spelar den avgörande rollen som jordens geologiska historia, i bildandet av dess termiska regim, klimat och väder. Det är Långt från allt är känt om detta intressanta, långa kända, men på många sätt mystiska, så rikliga och så bristfälliga ären, om ett enkelt vatten.

. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
. Tack vare honom reduceras frysningstiden för vissa produkter och material, vilket innehåller vatten.
Video på ämnet

Kallt väder är karakteristiskt för det mesta av vårt land. Förutom skidåkning vid denna tidpunkt kan vissa experiment med vatten utföras. Till exempel, kasta varmt vatten i luften, vilket gör snö. Detta spektakulära trick är baserat på ett intressant faktum som är känt sedan Aristoteles tid.

Det beskrivs enkelt - varmt vatten fryser snabbare än kallt. Den här egenskapen fick namnet på effekten av MPEMB. Tanzanian Schoolboy upptäckte detta fenomen 1963. Så varför fryser varmt vatten snabbare än kallt?

Experiment med glass

Erasto Mpembea och andra barn i sin skola gjorde ofta glass med en skolfrysningskammare. Processen var som följer: de kokade mjölk och blandade den med socker. Därefter placerades denna blandning i frysen. Och en gång mpemba skyndade och satte det resulterande ämnet att svalna i det uppvärmda tillståndet.

Video på ämnet

Det visade sig att hans glass visade sig snabbare än en klasskamrat. Men det fanns få människor trodde en skolpojke, och 1969 publicerade Mpemba tillsammans med professor fysiker Artikel. vid detta tillfälle. Denna effekt observeras inte alltid, så om du försöker upprepa det hemma, långt ifrån det faktum att det kommer att hända. Förmodligen finns det Några anledningar .

Förklaringsversioner av denna effekt

Detekteringen av effekten av MPEMBA tillåter inte med absolut noggrannhet att förklara detta fenomen. För att förstå denna process har ännu inte lyckats, men vetenskapliga tvister utförs mycket. Och det finns flera versioner av att förklara effekten av Mpemba.

Den vanligaste avancerade hypotesen - varmt vatten avdunstar på grund av massförlust. Som ett resultat fryser vätskan, förlorar mindre värme. Det fanns emellertid fall när effekten av MPEMBI observerades i slutna behållare, där indunstning inte var.

Ett annat antagande är att vatten utvecklar konvektionsströmmar och temperaturgradienter som den är kylning. Ett snabbt kylglas med varmt vatten kommer att ha stora temperaturskillnader och snabbare för att avlägsna värme från ytan. Medan ett jämnt kylt glas vatten har en mindre temperaturskillnad. Också erhållit mindre konvektion som accelererar processen.

Video på ämnet

Det finns också andra teorier. Till exempel, enligt en av dem, effekten av upplösta gaser i vatten på frysningsprocessen. År 2013, en grupp forskare från Singapore föreslagna Din version av förklaringen av effekten av MPEMBA. Enligt dem ligger lösningen i de unika egenskaperna hos kemiska slipsar i vatten.

Såsom är känt innehåller standardvattenmolekylen en syreatom och två väteatomer. De är anslutna med kovalenta bindningar. Men när en förening av flera molekyler uppträder, bildar väteatomer också förbindelser med syreatomer i andra molekyler. Dessa vätebindningar ger vatten några av dess egenskaper, såsom en relativt hög kokpunkt och en reducerad densitet under frysning.

Forskare tror att under kokande vattenmolekyler sprids, sträcker sig vätebindningar. Men på grund av begränsad volym komprimeras kovalenta bindningar i enskilda molekyler, ackumulerande energi. Om vatten fryser i detta tillstånd släpper länkarna energin i form av en "olåst vår", kyler mycket snabbare.

Video på ämnet

Men inte alla experter är överens med en sådan tolkning av effekten av MPEMB. Någon anklagar experter i det faktum att deras teori skulle kunna förutsäga en ny egenskap av vatten. Det är dock inte i den vanliga förståelsen. Chemist Richard Dawn från Stanford University anser alls att den snabba frysningen av varmt vatten huvudsakligen beror på avdunstning.

Mest sannolikt, exakt på grund av detta, uppstår effekten av mpembe. Kanske i framtiden kommer forskarna att kunna bevisa det eller få några ändringar av förklaringen.

Mpemba effekt eller varför varmt vatten fryser snabbare än kallt?

Mpemba effekt (Paradox MPEMBI) - En paradox som säger att varmt vatten vid vissa förhållanden fryser snabbare än kallt, även om det måste genomgå temperaturen på det kalla vattnet i frysningsprocessen. Denna paradox är ett experimentellt faktum som motsäger de vanliga idéerna, enligt vilka, med samma förhållanden, den mer uppvärmda kroppen för kylning till en viss temperatur kräver mer tid än den mindre uppvärmda kroppen för kylning till samma temperatur.

Detta fenomen märktes vid en tid Aristoteles, Francis Bacon och Rene Descart, men endast 1963 fann Tanzanian Schoolboy Erassto Mpembea att den heta blandningen av glass fryser snabbare än kall.

Som en student i Magambaba High School i Tanzania, gjorde Erasto Mpembea praktiskt arbete på kokväska. Han behövde göra hemlagad glass - koka mjölk, lösa upp socker i den, kyla den till rumstemperatur och lägg den i kylskåpet för frysning. Tydligen var Mpembba inte särskilt en flitig student och bereds med uppfyllandet av den första delen av uppgiften. Fruktan att han inte skulle ha tid för slutet av lektionen, satte han i kylskåpet fortfarande varm mjölk. Till sin överraskning frös det ännu tidigare än mjölkens mjölk tillagas enligt en given teknik.

Därefter experimenterade Mpemba inte bara med mjölk, utan också med vanligt vatten. I vilket fall som helst, redan som student i Mkvava High School, frågade han frågan om professor Dennis Osborne från universitetskollegiet i Dar Es Salama (för att läsa eleverna en föreläsning om fysik i universitetsklassen: "Om du tar två identiska Behållare med lika stora volymer, så i en av dem har vatten en temperatur av 35 ° C och i den andra - 100 ° C och sätter dem i frysen, fryser sedan i det andra vattnet snabbare. Varför? " Osborne blev intresserad av denna fråga och snart 1969, tillsammans med Mpemba publicerade resultaten av sina experiment i tidningen "fysikutbildning". Sedan dess kallas den funna som hittades Effekten av Mpemba .

Hittills vet ingen hur man förklarar denna konstiga effekt. Forskare har ingen enskild version, även om det finns många. Det handlar om skillnaden i egenskaperna hos varmt och kallt vatten, men det är ännu inte klart vilka egenskaper som spelar en roll i det här fallet: skillnaden i superkylning, avdunstning, isbildning, konvektion eller effekterna av urladdade gaser på vatten på olika temperaturer.

Paradoxicaliteten hos effekten av MPEMBA är att den tid då kroppen svalnar upp till omgivningstemperaturen bör stå i proportion till skillnaden i temperaturen hos denna kropp och miljön. Denna lag fastställdes fortfarande av Newton och sedan dess bekräftade många gånger i praktiken. I detta fall kyler vatten med en temperatur av 100 ° C till en temperatur av 0 ° C snabbare än samma mängd vatten med en temperatur av 35 ° C.

Ändå innebär det inte en paradox, eftersom effekten av MPEMBA kan hittas en förklaring och inom ramen för den berömda fysiken. Här är några förklaringar av effekten av Mpembu:

avdunstning

Varmt vatten snabbare avdunstar från behållaren, vilket minskar volymen, och den mindre volymen av vatten med samma temperatur fryser snabbare. Uppvärmd till 100 med vatten förlorar 16% av sin massa under kylning till 0 C.

Effekt av förångning - dubbel effekt. För det första reduceras vattenmassan, vilket är nödvändigt för kylning. För det andra reduceras temperaturen på grund av att värmen av indunstning av övergången från vattenfasen till ångfasen reduceras.

Temperaturskillnad

På grund av det faktum att temperaturskillnaden mellan varmt vatten och kall luft är mer - därför värmeväxling i det här fallet är det mer intensivt och varmt vatten kyls snabbare.

Superkylning

När vattnet kyls under 0 c fryser det inte alltid. Under vissa förhållanden kan det genomgå hypotermi, fortsätter att förbli flytande vid temperaturer under frysningspunktens temperatur. I vissa fall kan vatten vara flytande även vid en temperatur på -20 ° C.

Anledningen till detta är att för att börja bilda de första iskristallerna behöver kristallbildningscentra. Om de inte är i flytande vatten, fortsätter superkylningen tills temperaturen minskar så mycket att kristallerna börjar bilda spontant. När de börjar bilda i en superkyld vätska börjar de växa snabbare och bilda en Lorth Shuhuh, som fryser kommer att bilda is.

Varmt vatten är mest mottagligt för superkylning, eftersom dess uppvärmning eliminerar upplösta gaser och bubblor, som i sin tur kan fungera som centra för bildandet av iskristaller.

Varför orsakar superkylningen varmt vatten att hålla snabbare? I fallet med kallt vatten, som inte är överkokt av följande. I det här fallet kommer det tunna skiktet att bildas på ytan av kärlet. Detta lager av is kommer att fungera som en isolator mellan vatten och kall luft och förhindrar ytterligare avdunstning. Hastigheten av iskristaller i detta fall kommer att vara mindre. När det gäller varmt vatten, som genomgår superkylning, har superkyld vatten inte ett skyddande ytskikt av is. Därför förlorar det värme mycket snabbare genom öppen topp.

När processen med hypotermi slutar och vatten fryser, är mycket mer värme förlorad och därför bildas mer is.

Många forskare av denna effekt överväger att underkylning till huvudfaktorn i fallet med MPEMB-effekten.

Konvektion

Kallt vatten börjar frysa ovanifrån, vilket försämrar processerna för värmemission och konvektion, och därmed värmeförlust, medan varmt vatten börjar frysa underifrån.

Denna effekt av vattendensitetsanomali förklaras. Vatten har en maximal densitet vid 4 C. Om kylvatten till 4 s och sätt det vid en lägre temperatur, kommer ytskiktet av vatten att frysas snabbare. Eftersom detta vatten är mindre tätt än vatten vid en temperatur av 4 s, kommer den att förbli på ytan, som bildar ett tunt kallskikt. Under dessa förhållanden kommer det tunna skiktet att bildas på ytan av vattnet under en kort tid, men detta isskikt kommer att vara en isolator som skyddar de nedre skikten av vatten, vilket kommer att förbli vid en temperatur av 4 ° C. Därför kommer den ytterligare kylprocessen att vara långsammare.

När det gäller varmt vatten är situationen helt annorlunda. Ytskiktet av vatten kommer att kylas snabbare på grund av avdunstning och större temperaturskillnad. Dessutom är kallvattenskikten mer täta än varmvattenskikt, därför faller det kalla vattenskiktet, lyft ett lager av varmt vatten till ytan. Sådan vattencirkulation ger en snabb temperaturfall.

Men varför når den här processen inte jämviktspunkten? För att förklara effekten av MPEMBA från denna synvinkel, skulle det vara nödvändigt att göra det kalla och varmvattenskikt separeras och själva konvektionsprocessen fortsätter efter det att den genomsnittliga vattentemperaturen sjunker under 4 ° C.

Det finns emellertid inga experimentella data som skulle bekräfta denna hypotes att kalla och varmvattenskikt är uppdelade under konvektion.

Upplösta gaser

Vatten innehåller alltid gaser upplöst i IT-syre och koldioxid. Dessa gaser har förmågan att minska vattenfrysningspunkten. När vattnet är uppvärmt frigörs dessa gaser från vatten, eftersom deras löslighet i vatten vid höga temperaturer nedan. Därför, när varmt vatten kyls, finns det alltid färre upplösta gaser i den än i icke uppvärmt kallt vatten. Därför är frysningspunkten för uppvärmt vatten högre och det fryser snabbare. Denna faktor betraktas ibland som det viktigaste när man förklarar effekten av mpemb, även om det inte finns några experimentella data som bekräftar detta faktum.

Värmeledningsförmåga

Denna mekanism kan spela en viktig roll när vattnet placeras i kylkammarens frys i små behållare. Under dessa förhållanden noteras att varmvattenbehållaren skiftas av en frysis från en frys, vilket förbättrar termisk kontakt med frysväggen och värmeledningsförmågan. Som ett resultat avlägsnas värmen från behållaren med varmt vatten snabbare än från kallt. I sin tur skjuter behållaren med kallt vatten inte under snön.

Alla dessa (liksom andra) förhållanden studerades i många experiment, men ett entydigt svar på frågan - vilken av dem ger hundra procent reproduktion av MPEMBE-effekten - och mottogs inte.

Till exempel studerade den tyska fysiker David Auerbach till exempel effekten av vattenhypotermi på denna effekt. Han fann att varmt vatten och nått en superkyld stat, fryser vid en högre temperatur än förkylningen, vilket betyder snabbare den senare. Men kallt vatten når en superkyld stat snabbare än varmt och kompenserar därigenom för den tidigare lagren.

Dessutom motsatte resultaten av Auerbakh de erhållna uppgifterna tidigare att varmt vatten kan uppnå större överkylning på grund av ett mindre antal kristalliseringscentra. När vattnet upphettas från det, avlägsnas gaserna upplösta i den, och under dess kokning utfälles vissa salter i den.

Du kan säga hittills bara en sak är möjlig - reproduktionen av denna effekt beror väsentligt på de villkor där experimentet utförs. Det är just för att det inte alltid reproduceras.

O. V. Mosin

Litterär Källor :

"Varmt vatten fryser snabbare än kallt vatten. Varför gör det det?", Jearl Walker i amatörforskaren, vetenskaplig amerikansk, vol. 237, Nej. 3, sid 246-257; September 1977.

"Frysningen av varmt och kallt vatten", g .S. Kell i American Journal of Physics, Vol. 37, Nej. 5, sid 564-565; Maj 1969.

"Supercooling och Mpemba-effekten", David Auerbach, i American Journal of Physics, Vol. 63, Nej. 10, sid 882-885; Oktober, 1995.

"Mpemba-effekten: de frysningstider av varmt och kallt vatten", Charles A. Knight, i American Journal of Physics, Vol. 64, Nej. 5, P 524; Maj, 1996.

"Det sista ordet", ny forskare, 2: a decept 1995.

Hej, HABR! Jag presenterar din uppmärksamhet översättningen av artikeln "Varför varmt vatten fryser snabbare än kallt fysiker löser Momba-effekten".

Från översättaren: Allt sitt liv led en fråga, och här förklarades du igen.

Varför kokande vatten fryser det snabbaste av kallt vatten, berättar videon:

Sammanfattning: På grund av närvaron av vätebindningar i vattenmolekyler ändras en förändring av konfigurationen av kovalenta bindningar av O-H, med leveranserna av ytterligare energi i dem, släpptes under kylning och arbetar som en extra uppvärmning som stör frysning. I varmt vatten sträcker sig vätebindningar, kovalent inte spända, energireserven är lågkylning och frysning är snabbare. Det finns viss karakteristisk tid. Tau. nödvändigt för att bilda vätebindningar om kylprocessen kommer att gå långsamt, kommer effekten av mpemb att försvinna. Om kylningsprocessen är relativt snabb (upp till tiotals minuter) uttrycks effekten. Det bör förmodligen vara en kritisk temperatur, som börjar med vilken effekten framträder, men detta återspeglas inte i artikeln.

En bild från den ursprungliga artikeln, tittar på vilken läsaren bör se med all klarhet att energi är i kovalenta bindningar, som sedan kan släppas i form av ytterligare värme, förhindra kallt vatten.

Frågans historia

Aristoteles först noterade att varmt vatten fryser snabbare än kallt, men kemister vägrade alltid att förklara denna paradox. Fram till denna dag.

Vatten är en av de vanligaste ämnena på jorden, men samtidigt en av de mest mystiska. Till exempel, som i de flesta vätskor växer dess densitet under kylning. I motsats till resten når dess densitet emellertid maximalt vid en temperatur av 4C och börjar därefter minska upp till kristalliseringstemperaturen.

I fast fas har vatten en något mindre densitet, varför isen flyter på ytan av vattnet. Detta är en av anledningarna till förekomsten av livet på jorden - om isen var tätare vatten, då under frysning skulle han släppa botten av sjöarna och haven, vilket skulle göra det omöjligt många typer av kemiska processer som gör livet möjlig.

Så det finns en konstig membaby effekt, som heter Tanzanian Student, som fann att den heta blandningen för glass fryser snabbare än förkylningen i frysen i skolmat någonstans i början av 1960-talet. (Faktum är att denna effekt noterades av många forskare i historien, som började med Aristoteles, Francis Bacon och Rene av Descartes).

Mpemba effekt Det är att varmt vatten fryser snabbare kallt. Denna effekt mättes i en mängd olika fall med olika förklaringar som beskrivs nedan. Ett av idéerna är att heta kärl har den bästa termiska kontakten med frysen och ta bort värmen mer effektivt. Den andra är att varmt vatten avdunstar snabbare, och eftersom denna process är en endoterm (kommer med absorption av värme) - då accelererar det frysning.

Ingen av dessa förklaringar ser troligt ut, så det fanns fortfarande ingen riktig förklaring.

En ny förklaring av effekten (nu är det säkert korrekt)

Idag, Chang från Nangang Technology University of Singapore och flera av sina kollegor tillhandahålls sådant. Dessa killar hävdar att effekten av memmor är resultatet av de unika egenskaperna hos olika typer av kommunikation, med vattenmolekyler tillsammans.

Så vad är detsamma i dessa anslutningar? Varje vattenmolekyl består av en relativt stor syreatom ansluten till två låga väteatomer med en konventionell kovalent bindning. Men om du lägger några vattenmolekyler, börjar vätebindningarna också spela en viktig roll. Detta beror på det faktum att väteatomer av en molekyl är belägna nära syre av en annan molekyl och interagera med den. Vätebindningar är mycket svagare än kovalent (ca. per. ~ 10 gånger), men starkare än van der Wales krafter som använder ett heckon för att hålla sig till vertikala väggar.

Kemister har länge varit medvetna om vikten av dessa band. Till exempel är kokpunkten för vatten mycket högre än för andra vätskor med liknande molekyler, på grund av det faktum att vätebindningar håller molekylerna ihop.

Men de senaste åren är kemister alltmer intresserade av andra roller som kan spela vätebindningar. Till exempel bildar vattenmolekyler i tunna kapillärer långa kedjor som hålls av vätebindningar. Detta är mycket viktigt för växter som har avdunstning av vatten genom bladmembranen driver effektivt kedjan av vattenmolekyler från rötter upp.

Nu, med medförfattare, hävdar de att vätebindningar också förklarar effekten av mpembe. Deras nyckeltank är att vätebindningar leder till en mer tät kontakt med vattenmolekyler, och när detta inträffar leder den naturliga avstängningen mellan molekyler till kompressionen av kovalenta bindningar och ackumulering av energi i dem.

Men när vätskan upphettas ökar avståndet mellan molekyler, och vätebindningar sträcker sig. Det låter dig också öka längden på kovalenta bindningar och därigenom dra tillbaka energi som ackumuleras i dem. Ett viktigt element i teorin är det faktum att en process där kovalenta obligationer ger energi ackumuleras i dem-ekvivalenta med kylning!

I själva verket förbättrar denna effekt den vanliga kylprocessen. Således bör varmt vatten kylas snabbare än kallt, författarna argumenterar. Och det här är precis vad vi observerar i form av bluff.

Varför är en ny förklaring bättre än tidigare?

De här killarna beräknat mängden ytterligare kylning och visade att det exakt motsvarar den observerade skillnaden i experimenten På mätning av skillnaden i varma och kalla vattenkylningshastigheter. Voila! Detta är ett intressant utseende på de komplexa och mystiska egenskaperna hos vatten som fortfarande gör kemister sover inte på natten. Trots det faktum att tanken om ZI och medförfattare är övertygande kan det vara ett annat misstag av teoretiker, vilka andra fysiker måste motbevisa. Detta beror på att teorier saknar prediktiv styrka (åtminstone - i den ursprungliga artikeln).

ZI och medförfattare behöver dra nytta av sin teori för förutsägelsen av nya egenskaper hos vatten, som inte härrör från vanlig resonemang. Om exempelvis kovalenta obligationer är förkortade, bör detta leda till några nya uppmätta egenskaper hos vatten, vilket inte skulle behöva manifestera sig annars. Öppningen och mätningen av sådana egenskaper skulle vara den sista körsbären på kakan, som saknar teorin i sin nuvarande form.

Så trots det faktum att killarna kan ha förklarat effekten av mpemb, behöver de lite podnaping för att övertyga andra.

Var det som det kan, de har en intressant teori.

P.S. År 2016 publicerade en av medförfattarna - Chang Sun (Chang Q. Sun) tillsammans med Yi Sun (Yi Sun) ett mer fullständigt uttalande av den föreslagna teorin, med beaktande av ytseffekter, konvektion, diffusion, strålning och andra Faktorer - och verkar bra överenskommelse med experiment (Springer).

Litteratur

Litteratur

Ref: arxiv.org/abs/1310.6514: O: H-O Bind anomalös avslappning som löser Mpemba paradox

Original: https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/why-hot-water-freezes-faster-than-cold-physicists-solv-the-mpemba-ffect-d8a2f611e853

Varför "förklarade igen" - och för att det redan var:

  1. https://doi.org/10.1103/physrevx.9.021060
  2. Icke-jämviktsmarkovprocesser: Kan följa några ovanliga banor starkt snabbare än jämvikt, därför faller snabbt kylkokande vatten på en sådan "accelererad" bana och överkallar kallt vatten (vilket svalnar i mer jämviktsbetingelser).
  3. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.6b00735
  4. Kluster (också på grund av vätebindningar) som stör kristallisationen. I kokande vatten finns inga sådana kluster, och under dess frysning har de inte tid att bilda, och i vatten, under en lång tid av den tidigare kalla utanför frysen, och de ger inte det att frysa det normalt.
  5. https://aapt.scitation.org/doi/10/1119/1.18059
  6. Superkylningen under fryspunkten, som i ursprungligen varmt vatten är svagare, eftersom röra är större, och det räcker inte att organisera i frysen i frysningsprocessen. (Men här är det klart ett problem - i experiment är hela kylkurvan för varmt vatten brantare kyla, och inte bara frysningsprocessen, och denna "störning" på värmeledningsförmåga och kylning om den ska påverkas av att sänka kylningen, och acceleration).

https://www.sciencedirect.com/Science/article/pii/s0140700716302869.

Vatten avdunstar från ytan och tar värme. Varmt vatten är snabbare (det är inte klart varför, efter att ha anpassat temperaturerna, fortsätter vattnet som var varmt att avdunsta mer aktivt, även om det redan är kallare än det vattnet som ursprungligen var kallt).

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

Video.

All Vinkonvektion, som förbättrar värmeväxlingen (konvektionsflöden spinner över tröghet och efter temperaturen på glasögonen nivån och under lång tid efter det).

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

Sammantaget upplösningen av föroreningar (gaser?). I kokande vattenföroreningar mindre, frysning snabbare.

Slutsats

Fenomenet varmt vatten fryst med större hastighet än kall, känd inom vetenskap som bluffens effekt. Över detta paradoxala fenomen, så stora sinnen som Aristoteles, Francis Bacon och René Descartes, reflekterades ovan, men för årtusendet kunde ingen erbjuda en rimlig förklaring till detta fenomen.

Endast 1963, en skolpojke från Republiken Tanganyik, Erasto Mpembe, märkte denna effekt på exemplet av glass, men ingen av vuxna gav honom en förklaring. Ändå tänkte fysiker och kemister allvarligt om så enkelt, men så oförståeligt fenomen.

Sedan dess har olika versioner uttryckt, varav en lät som följer: Några av varmtvattnet är först bara indunstat, och sedan fryser vatten, när det är mindre än dess kvantitet, fryser vatten snabbare. Den här versionen, på grund av sin enkelhet, blev de mest populära, men forskarna uppfyllde inte fullt ut. Numera, ett team av forskare från University of Technological University of Nanyang i Singapore (Nanyang Technological University), som leddes av kemistiska Si Zhanom (Xi Zhang), som de lyckades tillåta en sekel gammal gåta om varför varmt vatten fryser snabbare än kallt. När kinesiska specialister upptäckte, ligger hemligheten i mängden energi som lagras i vätebindningar mellan vattenmolekyler.

Såsom är känt består vattenmolekyler av en syreatom och två väteatomer hålls tillsammans med kovalenta bindningar, som ser ut som en utbyte av elektroner på partikelnivån. Ett annat känt faktum är att väteatomer lockas till syreatomer från angränsande molekyler - samtidigt bildas vätebindningar.

Mpemba-effekten är intressant, så det fortsätter att studera. Studier utförs omedelbart i flera riktningar. Forskare kommer definitivt att ta reda på orsaken till den oförklarliga paradoxen och tillåta människor att expandera möjligheterna att använda den.

Samtidigt repelleras vattenmolekylerna i allmänhet från varandra. Forskare från Singapore märkte: det varmare vattnet, ju större avståndet mellan fluidmolekylerna på grund av ökningen av de avstötande krafterna. Som ett resultat sträcker sig vätebindningar och förbehåller därför större energi. Denna energi släpps när vattnet kyls - molekylerna kommer närmare varandra. Och återkomsten av energi, som du vet, och betyder kylning.

Som kemister skriver i sin artikel, som kan hittas på hemsidan av preprints av Arxiv.org, i varmt vatten, spänner vätebindningar starkare än i kylan. Det visar sig sålunda att i vätebindningar av varmt vatten lagras mer energi, vilket innebär att det släpps mer under kylning till minus temperaturer. Av den anledningen är frusen snabbare.

Hittills har forskare löst detta mysterium bara teoretiskt. När de presenterar övertygande bevis på sin version, är frågan om varför varmt vatten fryst snabbare än kallt, det kommer att vara möjligt att stängas. Också på ämnet: Forskare av 100 år kunde inte förstå varför tekanna American Physicist löst paradoxen av katt Schrödinger-fysik löst en långvarig gåta av elektronfysikens beteende visade att magnetfältet ändrar värmeöverföringen av materialet i diamant såg kvantseffekten av zenon Varför fryser varmt vatten snabbare än kallt? Detta är sant, även om det låter otroligt, eftersom det var varmt vatten i processen för kylvattnet. Under tiden används denna effektshire. Till exempel hällde rullar och glidbanor i vinter varmt, inte kallt vatten. Specialister rekommenderar att bilister fyller på vintern i bricka tanken, och inte varmt vatten. Paradox är känt i världen som "MPEMB-effekten". Detta fenomen nämnde Aristoteles, Francis Bacon och René Descartes, men endast 1963 betalades professorer av fysik till honom och försökte utforska. Allt började med det faktum att Tanzanian Schoolboy Erasto Mpembba noterade att sötad mjölk, som han brukade förbereda glass, fryser snabbare om den förvärmdes och lade fram antagandet att varmt vatten fryser snabbare än kallt. Han appellerade för förtydligande till fysikläraren, men han skrattade bara på studenten och sade följande: "Det här är inte en världsfysik, utan en läkare av memm." Lyckligtvis var Dennis Osborne en gång i skolan, professor i fysik från University of Dar Es Salama. Och Mpemba appellerade till honom med samma fråga. Professorn inrättades mindre skeptisk, sade att han inte kunde döma det han aldrig sett, och vid återvändande hem frågade anställda att genomföra relevanta experiment. Det verkar som om de bekräftade pojkens ord. I vilket fall som helst, 1969, talade Osborne om att arbeta med Mpembo i tidningen "Eng. Fysik. Utbildning.

" Samma år publicerade George Kell från det kanadensiska nationella forskningsrådet en artikel med en beskrivning av fenomenet i "Eng.

  • Amerikanskt.
  • Tidning
  • Av.
  • Fysik.

"

Det finns flera alternativ för att förklara denna paradox:

Varmt vatten avdunstar snabbare, vilket reducerar volymen och en mindre volym vatten med samma temperatur fryser snabbare. I hermetiska behållare bör kallt vatten frysa snabbare.

Förekomsten av snöfoder. Varmvattenbehållaren shoaling under sig, det är därför termisk kontakt med en kylyta. Kallt vatten glider inte under det. I avsaknad av snöfodring måste den kalla vattenbehållaren frysa snabbare.

Kallt vatten börjar frysa ovanifrån, vilket försämrar processerna för värmemission och konvektion, och därmed värmeförlust, medan varmt vatten börjar frysa underifrån. Med ytterligare mekanisk omröring av vatten i behållare bör kallt vatten frysa snabbare.

Förekomsten av kristalliseringscentraler i kylda vatten - substanser upplösta i den. Med ett litet antal sådana centra i kallt vatten är transformationen av vatten i isen svår och möjligen dess superkylning när den förblir i ett flytande tillstånd, med en minus temperatur.

Nyligen publicerades en annan förklaring. Dr Jonathan Katz (Jonathan Katz) från Washington University undersökte detta fenomen och kom fram till att en viktig roll i den spelas av upplösta ämnen i vatten, som deponeras vid uppvärmning. Under de upplösta ämnena innebär Dr. Katz också kalcium- och magnesiumbikarbonater, som finns i styvt vatten. När vattnet är uppvärmt deponeras dessa ämnen, vatten blir mjukt. Vatten som aldrig har upphettat, innehåller dessa föroreningar, det är "tufft". När det fryser och bildandet av iskristaller ökar koncentrationen av föroreningar i vatten 50 gånger. På grund av detta reduceras vattenfrysningspunkten.

Denna förklaring verkar inte övertygande, för Inget behov av att glömma att effekten hittades i experiment med glass och inte med styvt vatten. Mest sannolikt orsaken till fenomenet av termofysisk, och inte kemisk.

Medan den otvetydiga förklaringen av paradoxen av MPEMB inte mottas. Jag måste säga att vissa forskare inte anser denna paradox värd uppmärksamhet. Det är dock väldigt intressant att en enkel skolpojke har uppnått erkännande av den fysiska effekten och uppnådde popularitet på grund av sin nyfikenhet och uthållighet.

Tillagt i februari 2014

Anteckningen skrevs under 2011. Sedan dess har nya studier av effekten av MPEMBI och nya försök att förklara det. Så, 2012, tillkännagav det kungliga kemiska samhället i Storbritannien en internationell konkurrens om lösningen av vetenskapliga hemligheter "Mpembi-effekt" med en prisfond på 1000 pund. Deadline installerades den 30 juli 2012. Nikola Beregovik från Laboratoriet i University of Zagreb blev vinnaren. Han publicerade sitt arbete där han analyserade tidigare försök att förklara detta fenomen och drog slutsatsen att de inte övertygades. Den modell som föreslås av dem är baserad på de grundläggande egenskaperna hos vatten. De som önskar kan hitta ett jobb på länken http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Forskning om detta var inte färdig. År 2013 visade fysiken från Singapore teoretiskt orsaken till Empube-effekten. Arbetet kan hittas genom referens http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Liknande på ämnet av artiklar på webbplatsen:

451 grader Fahrenheit, pappersbrandtemperatur?

Medicinsk infraröd termometer - myter och verklighet Varför är den stjärniga himlen svart? (Photometric Paradox)

Mysterium av rött blad

  Foto14818-3.Varför gör Zipper och Thunder Thunder?

Varför himlen är blå? Kan det frysa? .

Svaret är enkelt - ja, kanske

. Dessutom kommer kokande vatten att frysas snabbare än kallt. Vad snabbare: Kokande eller kallt H2O?

Forskare har många experiment och bevisat att det första kristalliserar kokande vatten.

Om i frysen samtidigt sätter två kapaciteter av samma volym och form med kokande vatten och enkelt vatten, då

Den första kommer att bli is exakt kokande vatten

Även om du följer logik, måste den först svalna och kristallisera. Men det är det inte.

Det är värt att notera att en sådan effekt observerades av människor under lång tid.

  1. foto14818-3. Aristoteles pekade på detta i hans register, var intresserad av fenomenet R. DeKart. Men en noggrant studera denna fråga vid den tiden gjorde några människor, det var inte särskilt intressant av forskare.
  2. En nyfiken Tanzanskaya gav en solid studie av ämnet, som fann i vardagen att uppvärmningsvätskan, vare sig mjölk eller vatten, kristalliserar snabbare.
  3. År 1969 genomfördes ett experiment av professor D.Sboron, som visade sig den unga människans godkännande. Från det ögonblicket fick fenomenet namnet på sin "öppnare" och blev känt som mpembs effekt.

Varför?

Det var ännu inte fullständigt förklarat och att förstå fenomenet än, men tvister bland forskare under detta ämne är tillräckliga. Men vissa hypoteser äger fortfarande: .

Vid kokning är det förångning och en minskning av vattenvolymen, vilket innebär att kristalliseringsprocessen är aktiverad, dvs. accelererar.

Gaserna upplösta i vatten indunstas, därför är densiteten av vatten i ett kokande tillstånd högre än vattentemperaturen. Det är känt att den höga procenten av densiteten bidrar till kylhastigheten.

Frysningen av varmt vatten börjar gå nedan, och det övre ytskiktet är fortsatt fri. Detta möjliggör förfaranden för konvektion och strålning av värme att inte stoppa och inte sakta ner. I det normala tillståndet bevaras den övre ytan vid det vanliga tillståndet, vilket saktar värmebytet.

Det finns andra versioner som förklarar det paradoxiska fenomenet. En av dem lämnades av forskare från Washington av D. Katts. Enligt hans åsikt, i kokprocessen, vände vatten från "tuffa" till en "mjuk". En del av ämnen, såsom magnesium och kalciumbikarbonat, är steied och stör inte kristallisation. därför

Frysningsprocessen för kokande vatten går ibland snabbare än vanligt

Hur applicerade den här paradoxen i det verkliga livet?

Förekomsten av ett paradoxalt fenomen sparar tid för att förbereda spelplatser och sport under vintersäsongen.

Används oförståeligt fenomen och industriell produktion

Добавить комментарий