Milline vesi külmub kiiremini: kuum või külm? Mida see sõltub?

Asjaolu, et vesi külmub kiiremini, kuumalt või külmalt, mõjutab palju tegureid, kuid küsimus tundub natuke imelik. Füüsikast on teada, et kuumvesi vajab jahutamist külma vee temperatuuri ja jälle. Külma vett, seda etappi saab vahele jätta ja seepärast võidab see aeg. Kuid põhja laiuskraadide elanikud teavad vastust küsimusele, milline vesi külmub külmalt külmalt või kuumalt väljas. Tegelikult on teaduslikult, et igal juhul tuleb külm vesi kiiremini külmutada.

Samasugune arvamus leidis ka füüsikaõpetaja, mille õpilane Erasto Mpemba palus 1963. aastal selgitada, miks tulevase jäätise külm segu külmub pikemaks ajaks kui sarnane, kuid kuum.

"See ei ole maailma füüsika, vaid mingi füüsika Mpemba"

Sel ajal õpetaja ainult naersid selle üle, kuid füüsika professor Denis Osborn, kes kord külastas sama kooli, kus Erasto õppis, kinnitasid eksperimentaalselt sellise mõju olemasolu, kuigi sel ajal ei olnud selgeks. Aastal 1969 avaldas populaarne teaduslik ajakiri nende kahe inimese ühisartikli, kes kirjeldas seda eripärast mõju. Sellest ajast peale on küsimus, milline vesi kiiremini külmub - kuum või külm, oma nime - mõju või paradoks, Mpemba.

Küsimus tekkis kaua aega tagasi

Loomulikult oli see nähtus varem olemas ja seda mainiti ka teiste teadlaste töös. Mitte ainult õpilane oli selles küsimuses huvitatud, vaid ka Francis Bacon, Rene Descartes ja isegi Aristoteles seda mõtlesid. Ainult lähenemisviisid selle paradoksi lahendamisele hakkasid vaatama alles kahekümnenda sajandi lõpus.

Tingimused paradoksi tekkimiseks

Nii nagu jäätise puhul, ei katsetamise ajal mitte ainult tavaline vesi. Peab olema kindlad tingimused, et arutada, milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum. Mis mõjutab selle protsessi käiku?

Nüüd, 21. sajandil, on välja pakutud mitmeid võimalusi, mis võivad seletada Danish paradoksi. Asjaolu, et vesi külmub kiiremini, kuum või külm, võib sõltuda asjaolust, et kuumaveel on kõrgem aurustumiskiirus kui külm. Seega väheneb selle maht ja mahu vähenemine ja külmumisaeg muutub vähem kui siis, kui te võtate sarnase esialgse külmavee koguse.

Juba pikka aega külmkuivatati sulatatud

Eksperimendis kasutatud külmutuskambri sügavkülmikus võib mõjutada asjaolu, et vesi hangub kiiremini ja miks see juhtub. Kui te võtate kaks mahtu ühesuguse mahuga, kuid ühes neist on kuum vesi ja teises - külm üks, kuumvesi sisaldav mahuti sulatab lumi all, parandades seeläbi soojuse taset külmiku seina külge. Külma veega konteiner ei saa seda teha. Kui külmikus ei ole lumi, siis peaks külm vesi kiiremini külmuma.

Ülemine - alumine

Samuti on seletatav, et nähtus, mida vesi seiskub kiiremini - kuum või külm, selgitatakse järgmiselt. Teatud seaduste järgi hakkab külm vesi ülemistest kihtidest külmuma, kuumalt aga vastupidine - see hakkab alt ülespoole külmuma. Selgub, et külm vesi, millel on juba moodustunud jääga külm kiht peal, halvendab konvektsiooni ja termilist kiirgust, selgitades, mis vett külmub kiiremini külm või kuum. Amatöör eksperimentide fotod on lisatud ja siin on see selgelt nähtav.

Kuumus väljub, liikudes ülespoole ja seal on väga jahutatud kiht. Soojuskiirguse jaoks ei ole vaba rada, nii et jahutusprotsess muutub raskeks. Sellistel takistustel oma teedel ei ole kuuma vett. Mis külmub kiiremini - külm või kuum, mis sõltub tõenäolistest tulemustest, võite vastust laiendada, öeldes, et igas vees on teatud ained lahustatud.

Vee lisandid tegurina, mis mõjutab tulemust

Kui te ei kata ja kasutavad sama koostisega vett, kui teatavate ainete kontsentratsioonid on identsed, siis külm vesi peaks külmuma kiiremini. Kuid kui on olemas olukord, kus lahustunud keemilised elemendid on saadaval ainult kuumas vees ja neil pole külma vett, siis on võimalik külmutada enne kuuma vett. Seda seletatakse asjaoluga, et vees lahustunud ained moodustavad kristalliseerumisakke ja väikese arvu nende keskuste puhul on vee muutumine tahkes olekus keeruline. Vesi on isegi võimalik alakoorida selles mõttes, et minus temperatuuril on see vedelas olekus.

Kuid kõik need versioonid ilmselt ei rahuldanud teadlasi täielikult ja nad jätkasid selle probleemiga tegelemist. Aastal 2013 ütles Singapur teadlaste meeskond, et nad suutsid lahendada vana vanasõna. Hiina teadlaste rühm väidab, et selle mõju saladus on selle energiakogus, mis talletatakse vesiniku molekulide vahel oma sidemetes, mida nimetatakse vesinikuühenditeks.

Hiina teadlaste lahendus

Seejärel järgneb teave, et mõista, mida on vaja keemiateadmiste omandamiseks, et mõista, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm. Nagu on teada, koosneb veemolekul kahest hapniku aatomist H (vesinik) ja ühest aatomist O (hapnik).

Kuid ka ühe molekuli vesinikuaatomid on huvitatud naabermolekulidest, nende hapnikuosast. Need on need ühendused, mida nimetatakse vesiniksidemeteks.

Tuleb meeles pidada, et samal ajal toimivad vesimolekulid üksteisele vastumeelselt. Teadlased märkisid, et kui tema molekulide vahel on kuumutatud vett, suureneb kaugus ja seda lihtsustavad lihtsalt tõrjuv jõud. Selgub, et vesiniksidemeid, mis asuvad külma oleku molekulide vahel üksteisest kaugel, võib öelda, et need on venitatud ja neil on suurem energiavarustus. See on see energiavaru, mis vabaneb, kui vesimolekulid hakkavad teineteisele lähenema, st jahtub. Tuleb välja, et kuumavees suurema energiavarustuse pakkumine ja selle vabanemine madalamal temperatuuril jahutatuna toimub kiiremini kui külmas vees, kus on vähem energiat. Nii milline vesi külmub kiiremini - külm või kuum? Tänaval ja laboris peab tekkima Mpemba paradoks ja kuum vesi peab jääma kiiremini.

Kuid küsimus on ikka veel avatud

See on ainult teoreetiline kinnitus selle kohta - kõik see on kirjutatud ilusad valemid ja tundub olevat usutav. Kuid kui katsete andmed, milline vesi külmub kiiremini - kuum või külm, lisatakse praktilises mõttes ja nende tulemused esitatakse, siis saab Membba paradoksi küsimust pidada suletuks.