Το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο. Γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο; Προϋποθέσεις για να συμβεί ένα παράδοξο

Έμπορος Διαδικτύου, συντάκτης του ιστότοπου "Σε μια προσβάσιμη γλώσσα"
Ημερομηνία δημοσίευσης: 21/11/2017

« Ποιο νερό παγώνει πιο γρήγορα κρύο ή ζεστό;"- δοκιμάστε να κάνετε μια ερώτηση στους φίλους σας, πιθανότατα οι περισσότεροι θα απαντήσουν ότι το κρύο νερό παγώνει πιο γρήγορα - και θα κάνουν ένα λάθος.

Αν μάλιστα βάλετε ταυτόχρονα δύο δοχεία ίδιου σχήματος και όγκου στην κατάψυξη, εκ των οποίων το ένα θα περιέχει κρύο νερό και το άλλο ζεστό, τότε το ζεστό νερό θα παγώσει πιο γρήγορα.

Μια τέτοια δήλωση μπορεί να φαίνεται παράλογη και παράλογη. Λογικά, το ζεστό νερό πρέπει πρώτα να κρυώσει σε χαμηλή θερμοκρασία και το κρύο νερό θα πρέπει ήδη να μετατραπεί σε πάγο αυτή τη στιγμή.

Γιατί λοιπόν το ζεστό νερό ξεπερνά το κρύο στο δρόμο του προς την κατάψυξη; Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.

Ιστορία των παρατηρήσεων και της έρευνας

Οι άνθρωποι έχουν παρατηρήσει την παράδοξη επίδραση από την αρχαιότητα, αλλά κανείς δεν έδινε μεγάλη σημασία σε αυτό. Ασυνέπειες λοιπόν στον ρυθμό παγώματος κρύου και ζεστού νερού σημειώθηκαν στις σημειώσεις τους από την Arestotel, καθώς και από τους Rene Descartes και Francis Bacon. Ένα ασυνήθιστο φαινόμενο εκδηλώνεται συχνά στην καθημερινή ζωή.

Για πολύ καιρό, το φαινόμενο δεν μελετήθηκε με κανέναν τρόπο και δεν προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στους επιστήμονες.

Η μελέτη του ασυνήθιστου αποτελέσματος ξεκίνησε το 1963, όταν ένας περίεργος μαθητής από την Τανζανία, ο Erasto Mpemba, παρατήρησε ότι το ζεστό γάλα για παγωτό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο γάλα. Ελπίζοντας να πάρει μια εξήγηση για τους λόγους για το ασυνήθιστο αποτέλεσμα, ο νεαρός άνδρας ρώτησε τη δασκάλα φυσικής του στο σχολείο. Ωστόσο, ο δάσκαλος μόνο γέλασε μαζί του.

Αργότερα, ο Mpemba επανέλαβε το πείραμα, αλλά στο πείραμά του δεν χρησιμοποιούσε πλέον γάλα, αλλά νερό και το παράδοξο αποτέλεσμα επαναλήφθηκε ξανά.

Έξι χρόνια αργότερα, το 1969, ο Mpemba έκανε αυτή την ερώτηση στον καθηγητή φυσικής Dennis Osborne, ο οποίος ήρθε στο σχολείο του. Ο καθηγητής ενδιαφέρθηκε για την παρατήρηση του νεαρού άνδρα, ως αποτέλεσμα, διεξήχθη ένα πείραμα που επιβεβαίωσε την παρουσία του αποτελέσματος, αλλά οι λόγοι για αυτό το φαινόμενο δεν διαπιστώθηκαν.

Έκτοτε, το φαινόμενο ονομάζεται Εφέ Mpemba.

Σε όλη την ιστορία των επιστημονικών παρατηρήσεων, έχουν διατυπωθεί πολλές υποθέσεις σχετικά με τα αίτια του φαινομένου.

Έτσι, το 2012, η ​​Βρετανική Βασιλική Εταιρεία Χημείας θα ανακοίνωνε έναν διαγωνισμό υποθέσεων για να εξηγήσει το φαινόμενο Mpemba. Στο διαγωνισμό συμμετείχαν επιστήμονες από όλο τον κόσμο, συνολικά εγγράφηκαν 22.000 επιστημονικές εργασίες. Παρά τον τόσο εντυπωσιακό αριθμό άρθρων, κανένα από αυτά δεν ξεκαθάρισε το παράδοξο Mpemba.

Η πιο συνηθισμένη ήταν η έκδοση σύμφωνα με την οποία, το ζεστό νερό παγώνει γρηγορότερα, αφού απλά εξατμίζεται πιο γρήγορα, ο όγκος του γίνεται μικρότερος και όσο μειώνεται ο όγκος, αυξάνεται ο ρυθμός ψύξης του. Η πιο συνηθισμένη εκδοχή τελικά διαψεύστηκε, αφού διεξήχθη ένα πείραμα στο οποίο αποκλείστηκε η εξάτμιση, αλλά το αποτέλεσμα ωστόσο επιβεβαιώθηκε.

Άλλοι επιστήμονες πίστευαν ότι ο λόγος για το φαινόμενο Mpemba είναι η εξάτμιση των αερίων που είναι διαλυμένα στο νερό. Κατά τη γνώμη τους, κατά τη διαδικασία θέρμανσης εξατμίζονται αέρια διαλυμένα στο νερό, λόγω των οποίων αποκτά μεγαλύτερη πυκνότητα από το κρύο νερό. Όπως είναι γνωστό, η αύξηση της πυκνότητας οδηγεί σε αλλαγή των φυσικών ιδιοτήτων του νερού (αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας) και ως εκ τούτου αύξηση του ρυθμού ψύξης.

Επιπλέον, έχουν διατυπωθεί μια σειρά από υποθέσεις που περιγράφουν τον ρυθμό κυκλοφορίας του νερού ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Σε πολλές μελέτες, έγινε προσπάθεια να διαπιστωθεί η σχέση μεταξύ του υλικού των δοχείων στα οποία βρισκόταν το υγρό. Πολλές θεωρίες φαίνονταν πολύ εύλογες, αλλά δεν μπορούσαν να επιβεβαιωθούν επιστημονικά λόγω έλλειψης αρχικών δεδομένων, αντιφάσεων σε άλλα πειράματα ή λόγω του γεγονότος ότι οι προσδιορισμένοι παράγοντες απλώς δεν ήταν συγκρίσιμοι με τον ρυθμό ψύξης του νερού. Ορισμένοι επιστήμονες στις εργασίες τους αμφισβήτησαν την ύπαρξη του αποτελέσματος.

Το 2013, ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη ισχυρίστηκαν ότι έλυσαν το μυστήριο του φαινομένου Mpemba. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, ο λόγος για το φαινόμενο έγκειται στο γεγονός ότι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων του κρύου και του ζεστού νερού διαφέρει σημαντικά.

Οι μέθοδοι προσομοίωσης σε υπολογιστή έχουν δείξει τα ακόλουθα αποτελέσματα: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του νερού, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των μορίων λόγω του γεγονότος ότι οι απωστικές δυνάμεις αυξάνονται. Κατά συνέπεια, οι δεσμοί υδρογόνου των μορίων τεντώνονται, αποθηκεύοντας περισσότερη ενέργεια. Όταν κρυώσουν, τα μόρια αρχίζουν να πλησιάζουν το ένα το άλλο, απελευθερώνοντας ενέργεια από τους δεσμούς υδρογόνου. Σε αυτή την περίπτωση, η απελευθέρωση ενέργειας συνοδεύεται από μείωση της θερμοκρασίας.

Τον Οκτώβριο του 2017, Ισπανοί φυσικοί, κατά τη διάρκεια μιας άλλης μελέτης, ανακάλυψαν ότι είναι η απομάκρυνση της ύλης από την ισορροπία (ισχυρή θέρμανση πριν από ισχυρή ψύξη) που παίζει μεγάλο ρόλο στο σχηματισμό του φαινομένου. Προσδιόρισαν τις συνθήκες υπό τις οποίες η πιθανότητα του αποτελέσματος είναι μέγιστη. Επιπλέον, επιστήμονες από την Ισπανία επιβεβαίωσαν την ύπαρξη του αντίστροφου φαινομένου Mpemba. Βρήκαν ότι όταν θερμανθεί, ένα πιο κρύο δείγμα μπορεί να φτάσει σε υψηλή θερμοκρασία πιο γρήγορα από ένα ζεστό.

Παρά τις εξαντλητικές πληροφορίες και τα πολυάριθμα πειράματα, οι επιστήμονες σκοπεύουν να συνεχίσουν να μελετούν το αποτέλεσμα.

Εφέ Mpemba στην πραγματική ζωή

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί το χειμώνα το παγοδρόμιο γεμίζει με ζεστό νερό και όχι κρύο; Όπως ήδη καταλάβατε, το κάνουν γιατί ένα παγοδρόμιο γεμάτο με ζεστό νερό θα παγώσει πιο γρήγορα από ότι αν ήταν γεμάτο με κρύο νερό. Για τον ίδιο λόγο, οι τσουλήθρες στις χειμερινές παγωμένες πόλεις χύνονται με ζεστό νερό.

Έτσι, η γνώση για την ύπαρξη του φαινομένου επιτρέπει στους ανθρώπους να εξοικονομούν χρόνο κατά την προετοιμασία χώρων για χειμερινά σπορ.

Επιπλέον, το φαινόμενο Mpemba χρησιμοποιείται μερικές φορές στη βιομηχανία - για τη μείωση του χρόνου κατάψυξης προϊόντων, ουσιών και υλικών που περιέχουν νερό.

Σε αυτό το άρθρο, θα δούμε γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο.

Το θερμαινόμενο νερό παγώνει πολύ πιο γρήγορα από το κρύο! Αυτή η εκπληκτική ιδιότητα του νερού, η ακριβής εξήγηση για την οποία οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να βρουν, είναι γνωστή από την αρχαιότητα. Για παράδειγμα, ακόμη και στον Αριστοτέλη υπάρχει μια περιγραφή του χειμερινού ψαρέματος: οι ψαράδες έβαζαν καλάμια ψαρέματος σε τρύπες στον πάγο και για να παγώσουν πιο γρήγορα, έριχναν ζεστό νερό στον πάγο. Το όνομα αυτού του φαινομένου πήρε το όνομά του από τον Erasto Mpemba στη δεκαετία του '60 του XX αιώνα. Ο Mnemba παρατήρησε το περίεργο αποτέλεσμα ενώ έφτιαχνε παγωτό και στράφηκε στον καθηγητή φυσικής του, τον Δρ Ντένις Όσμπορν, για μια εξήγηση. Ο Mpemba και ο Δρ Osborne πειραματίστηκαν με νερό σε διαφορετικές θερμοκρασίες και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το σχεδόν βραστό νερό αρχίζει να παγώνει πολύ πιο γρήγορα από το νερό σε θερμοκρασία δωματίου. Άλλοι επιστήμονες έχουν κάνει τα δικά τους πειράματα και κάθε φορά έχουν πάρει παρόμοια αποτελέσματα.

Εξήγηση ενός φυσικού φαινομένου

Δεν υπάρχει γενικά αποδεκτή εξήγηση για το γιατί συμβαίνει αυτό. Πολλοί ερευνητές προτείνουν ότι όλα έχουν να κάνουν με την υπερψύξη ενός υγρού, η οποία συμβαίνει όταν η θερμοκρασία του πέσει κάτω από το μηδέν. Με άλλα λόγια, εάν το νερό παγώσει σε θερμοκρασία κάτω από 0°C, τότε το υπερψυγμένο νερό μπορεί να έχει θερμοκρασία, για παράδειγμα, -2°C και να παραμείνει υγρό χωρίς να μετατραπεί σε πάγο. Όταν προσπαθούμε να παγώσουμε κρύο νερό, υπάρχει πιθανότητα να γίνει υπερψυκτικό στην αρχή και να σκληρύνει μόνο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Σε θερμαινόμενο νερό γίνονται και άλλες διεργασίες. Η ταχύτερη μετατροπή του σε πάγο σχετίζεται με τη μεταφορά.

Μεταγωγή- Αυτό είναι ένα φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο τα θερμά κατώτερα στρώματα του υγρού ανεβαίνουν και τα ανώτερα, ψυχρά, πέφτουν.

Η σύντομη απάντηση είναι γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα

Αποδεικνύεται ότι το ίδιο το υγρό φαίνεται να αναμιγνύεται και να κρυώνει. Λόγω του γεγονότος ότι η διαδικασία μεταφοράς είναι ενεργή σε θερμαινόμενο νερό, οι κρύσταλλοι πάγου από την επιφάνεια θα βυθιστούν πιο γρήγορα και θα κρυώσουν το ζεστό νερό στο κάτω μέρος.

Το φαινόμενο της κατάψυξης του ζεστού νερού με ταχύτερο ρυθμό από το κρύο είναι γνωστό στην επιστήμη ως φαινόμενο Mpemba. Τόσο μεγάλα μυαλά όπως ο Αριστοτέλης, ο Φράνσις Μπέικον και ο Ρενέ Ντεκάρτ συλλογίστηκαν αυτό το παράδοξο φαινόμενο, αλλά για χιλιετίες κανείς δεν ήταν ακόμη σε θέση να προσφέρει μια λογική εξήγηση για αυτό το φαινόμενο.

Μόνο το 1963, ένας μαθητής από τη Δημοκρατία της Τανγκανίκα, ο Erasto Mpemba, παρατήρησε αυτή την επίδραση στο παράδειγμα του παγωτού, αλλά κανένας από τους ενήλικες δεν του έδωσε εξήγηση. Ωστόσο, οι φυσικοί και οι χημικοί σκέφτηκαν σοβαρά ένα τόσο απλό, αλλά τόσο ακατανόητο φαινόμενο.

Έκτοτε, έχουν εκφραστεί διαφορετικές εκδοχές, μία από τις οποίες ήταν η εξής: μέρος του ζεστού νερού απλά εξατμίζεται στην αρχή και στη συνέχεια, όταν απομένει μικρότερη ποσότητα, το νερό στερεοποιείται πιο γρήγορα. Αυτή η έκδοση, λόγω της απλότητάς της, έγινε η πιο δημοφιλής, αλλά οι επιστήμονες δεν ήταν απόλυτα ικανοποιημένοι.

Τώρα μια ομάδα ερευνητών από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη, με επικεφαλής τον χημικό Xi Zhang, λέει ότι έχουν λύσει το πανάρχαιο μυστήριο του γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο. Όπως ανακάλυψαν Κινέζοι ειδικοί, το μυστικό βρίσκεται στην ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού.

Όπως γνωρίζετε, τα μόρια του νερού αποτελούνται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου που συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς, οι οποίοι σε επίπεδο σωματιδίων μοιάζουν με ανταλλαγή ηλεκτρονίων. Ένα άλλο γνωστό γεγονός είναι ότι τα άτομα υδρογόνου έλκονται από άτομα οξυγόνου από γειτονικά μόρια - αυτό σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου.

Ταυτόχρονα, τα μόρια του νερού στο σύνολό τους απωθούν το ένα το άλλο. Επιστήμονες από τη Σιγκαπούρη παρατήρησαν ότι όσο πιο ζεστό είναι το νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των μορίων του υγρού λόγω της αύξησης των απωστικών δυνάμεων. Ως αποτέλεσμα, οι δεσμοί υδρογόνου τεντώνονται και επομένως αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια. Αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται όταν το νερό κρυώνει - τα μόρια πλησιάζουν το ένα το άλλο. Και η επιστροφή ενέργειας, όπως γνωρίζετε, σημαίνει ψύξη.

Όπως γράφουν οι χημικοί στο άρθρο τους, το οποίο βρίσκεται στον ιστότοπο προεκτύπωσης arXiv.org, οι δεσμοί υδρογόνου τεντώνονται πιο έντονα στο ζεστό νερό παρά στο κρύο. Έτσι, αποδεικνύεται ότι περισσότερη ενέργεια αποθηκεύεται στους δεσμούς υδρογόνου του ζεστού νερού, πράγμα που σημαίνει ότι περισσότερη από αυτή απελευθερώνεται όταν ψύχεται σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν. Για το λόγο αυτό, η κατάψυξη είναι πιο γρήγορη.

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες έχουν λύσει αυτό το αίνιγμα μόνο θεωρητικά. Όταν παρουσιάζουν πειστικά στοιχεία της εκδοχής τους, τότε το ερώτημα γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο μπορεί να θεωρηθεί κλειστό.

Το νερό είναι ένα από τα πιο εκπληκτικά υγρά στον κόσμο, το οποίο έχει ασυνήθιστες ιδιότητες. Για παράδειγμα, ο πάγος - μια στερεή κατάσταση υγρού, έχει ειδικό βάρος μικρότερο από το ίδιο το νερό, γεγονός που κατέστησε δυνατή την εμφάνιση και την ανάπτυξη της ζωής στη Γη με πολλούς τρόπους. Επιπλέον, στον σχεδόν επιστημονικό, και μάλιστα στον επιστημονικό κόσμο, γίνονται συζητήσεις για το ποιο νερό παγώνει πιο γρήγορα - ζεστό ή κρύο. Όποιος αποδείξει την ταχύτερη κατάψυξη ενός ζεστού υγρού υπό συγκεκριμένες συνθήκες και τεκμηριώσει επιστημονικά την απόφασή του θα λάβει βραβείο 1.000 λιρών από τη Βρετανική Βασιλική Εταιρεία Χημικών.

Ιστορικό

Το γεγονός ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, το ζεστό νερό προηγείται του κρύου νερού από άποψη ποσοστού κατάψυξης, παρατηρήθηκε ήδη από τον Μεσαίωνα. Ο Francis Bacon και ο René Descartes έχουν καταβάλει μεγάλη προσπάθεια για να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Ωστόσο, από την άποψη της κλασικής θερμικής μηχανικής, αυτό το παράδοξο δεν μπορεί να εξηγηθεί και προσπάθησαν να το αποσιωπήσουν. Η ώθηση για τη συνέχιση της διαμάχης ήταν μια κάπως περίεργη ιστορία που συνέβη στον Τανζανό μαθητή Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) το 1963. Κάποτε, κατά τη διάρκεια ενός μαθήματος παρασκευής γλυκών σε μια σχολή μαγειρικής, ένα αγόρι, αποσπασμένο από άλλα πράγματα, δεν πρόλαβε να κρυώσει εγκαίρως το μείγμα του παγωτού και να βάλει ένα διάλυμα ζάχαρης σε ζεστό γάλα στην κατάψυξη. Προς έκπληξή του, το προϊόν ψύχθηκε κάπως πιο γρήγορα από τους συναδέλφους του που τηρούσαν το καθεστώς θερμοκρασίας για την παρασκευή παγωτού.

Προσπαθώντας να κατανοήσει την ουσία του φαινομένου, το αγόρι στράφηκε σε έναν καθηγητή φυσικής, ο οποίος, χωρίς να μπει σε λεπτομέρειες, γελοιοποίησε τα μαγειρικά του πειράματα. Ωστόσο, ο Erasto διακρίθηκε από αξιοζήλευτη επιμονή και συνέχισε τα πειράματά του όχι πλέον στο γάλα, αλλά στο νερό. Φρόντισε σε ορισμένες περιπτώσεις το ζεστό νερό να παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο.

Μπαίνοντας στο Πανεπιστήμιο του Dar es Salaam, ο Erasto Mpembe παρακολούθησε μια διάλεξη του καθηγητή Dennis G. Osborne. Μετά την αποφοίτησή του, ο μαθητής μπέρδεψε τον επιστήμονα με το πρόβλημα του ρυθμού παγώματος του νερού ανάλογα με τη θερμοκρασία του. Δ.Γ. Ο Όσμπορν ειρωνεύτηκε την ίδια τη διατύπωση της ερώτησης, δηλώνοντας με απορία ότι κάθε ηττημένος ξέρει ότι το κρύο νερό θα παγώσει πιο γρήγορα. Ωστόσο, η φυσική επιμονή του νεαρού έγινε αισθητή. Έβαλε ένα στοίχημα με τον καθηγητή, προσφερόμενος να πραγματοποιήσει μια πειραματική δοκιμή εδώ, στο εργαστήριο. Το Erasto τοποθέτησε δύο δοχεία με νερό στην κατάψυξη, το ένα στους 95°F (35°C) και το άλλο στους 212°F (100°C). Ποια ήταν η έκπληξη του καθηγητή και των γύρω «θαυμαστών» όταν το νερό στο δεύτερο δοχείο πάγωσε πιο γρήγορα. Έκτοτε, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «παράδοξο Mpemba».

Ωστόσο, μέχρι σήμερα δεν υπάρχει συνεκτική θεωρητική υπόθεση που να εξηγεί το «παράδοξο Mpemba». Δεν είναι σαφές ποιοι εξωτερικοί παράγοντες, η χημική σύσταση του νερού, η παρουσία διαλυμένων αερίων και ορυκτών σε αυτό, επηρεάζουν τον ρυθμό κατάψυξης των υγρών σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Το παράδοξο του «φαινόμενου Mpemba» είναι ότι έρχεται σε αντίθεση με έναν από τους νόμους που ανακάλυψε ο I. Newton, ο οποίος δηλώνει ότι ο χρόνος ψύξης του νερού είναι ευθέως ανάλογος με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του υγρού και του περιβάλλοντος. Και αν όλα τα άλλα υγρά υπόκεινται πλήρως σε αυτόν τον νόμο, τότε το νερό σε ορισμένες περιπτώσεις αποτελεί εξαίρεση.

Γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα;Τ

Υπάρχουν πολλές εκδοχές για το γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο. Τα κυριότερα είναι:

• Το ζεστό νερό εξατμίζεται πιο γρήγορα, ενώ ο όγκος του μειώνεται και ένας μικρότερος όγκος υγρού ψύχεται γρηγορότερα - όταν το νερό ψύχεται από + 100 ° C στους 0 ° C, οι απώλειες όγκου σε ατμοσφαιρική πίεση φτάνουν το 15%.
• η ένταση της ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του υγρού και του περιβάλλοντος είναι όσο υψηλότερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, επομένως η απώλεια θερμότητας του βραστό νερό περνά πιο γρήγορα.
• όταν το ζεστό νερό κρυώνει, σχηματίζεται μια κρούστα πάγου στην επιφάνειά του, η οποία εμποδίζει το υγρό να παγώσει εντελώς και να εξατμιστεί.
• σε υψηλή θερμοκρασία νερού, λαμβάνει χώρα ανάμειξη με συναγωγή, μειώνοντας τον χρόνο κατάψυξης.
• αέρια διαλυμένα στο νερό χαμηλώνουν το σημείο πήξης, παίρνοντας ενέργεια για σχηματισμό κρυστάλλων - δεν υπάρχουν διαλυμένα αέρια στο ζεστό νερό.

Όλες αυτές οι συνθήκες έχουν υποβληθεί σε επαναλαμβανόμενη πειραματική επαλήθευση. Συγκεκριμένα, ο Γερμανός επιστήμονας David Auerbach ανακάλυψε ότι η θερμοκρασία κρυστάλλωσης του ζεστού νερού είναι ελαφρώς υψηλότερη από αυτή του κρύου νερού, γεγονός που καθιστά δυνατή την ταχύτερη κατάψυξη του πρώτου. Ωστόσο, αργότερα τα πειράματά του επικρίθηκαν και πολλοί επιστήμονες είναι πεπεισμένοι ότι το «Φαινόμενο Mpemba» για το οποίο το νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο, μπορεί να αναπαραχθεί μόνο υπό ορισμένες συνθήκες, τις οποίες κανείς δεν έχει αναζητήσει και δεν έχει συγκεκριμενοποιήσει μέχρι στιγμής.

Πολλοί ερευνητές έχουν υποβάλει και προτείνουν τις δικές τους εκδοχές για το γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο. Θα φαινόταν παράδοξο - τελικά, για να παγώσει, το ζεστό νερό πρέπει πρώτα να κρυώσει. Ωστόσο, το γεγονός παραμένει και οι επιστήμονες το εξηγούν με διαφορετικούς τρόπους.

Προς το παρόν, υπάρχουν διάφορες εκδοχές που εξηγούν αυτό το γεγονός:

1. Δεδομένου ότι η εξάτμιση στο ζεστό νερό είναι ταχύτερη, ο όγκος του μειώνεται. Μικρότερη ποσότητα νερού ίδιας θερμοκρασίας παγώνει πιο γρήγορα.
2. Ο θάλαμος κατάψυξης του ψυγείου έχει επένδυση χιονιού. Ένα δοχείο που περιέχει ζεστό νερό λιώνει το χιόνι από κάτω. Αυτό βελτιώνει τη θερμική επαφή με τον καταψύκτη.
3. Η κατάψυξη του κρύου νερού, σε αντίθεση με το ζεστό, ξεκινά από πάνω. Σε αυτή την περίπτωση, η μεταφορά και η θερμική ακτινοβολία και, κατά συνέπεια, η απώλεια θερμότητας επιδεινώνεται.
4. Στο κρύο νερό υπάρχουν κέντρα κρυστάλλωσης - ουσίες διαλυμένες σε αυτό. Με τη μικρή τους περιεκτικότητα σε νερό, το γλάσο είναι δύσκολο, αν και ταυτόχρονα είναι δυνατό να υπερψυχθεί - όταν έχει υγρή κατάσταση σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν.

Αν και για να είμαστε δίκαιοι, μπορούμε να πούμε ότι αυτό το αποτέλεσμα δεν παρατηρείται πάντα. Το κρύο νερό συχνά παγώνει πιο γρήγορα από το ζεστό νερό.

Σε ποια θερμοκρασία παγώνει το νερό

Γιατί παγώνει καθόλου το νερό; Περιέχει μια ορισμένη ποσότητα ορυκτών ή οργανικών σωματιδίων. Αυτά, για παράδειγμα, μπορεί να είναι πολύ λεπτά σωματίδια άμμου, σκόνης ή αργίλου. Καθώς η θερμοκρασία του αέρα πέφτει, αυτά τα σωματίδια γίνονται κέντρα γύρω από τα οποία σχηματίζονται παγοκρύσταλλοι.

Ο ρόλος των πυρήνων κρυστάλλωσης μπορεί επίσης να εκτελεστεί από φυσαλίδες αέρα και ρωγμές σε ένα δοχείο που περιέχει νερό. Ο ρυθμός της διαδικασίας μετατροπής του νερού σε πάγο επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό τέτοιων κέντρων - εάν υπάρχουν πολλά από αυτά, το υγρό παγώνει πιο γρήγορα. Υπό κανονικές συνθήκες, με κανονική ατμοσφαιρική πίεση, το νερό περνά σε στερεή κατάσταση από υγρό σε θερμοκρασία 0 βαθμών.

Η ουσία του εφέ Mpemba

Το φαινόμενο Mpemba κατανοείται ως ένα παράδοξο, η ουσία του οποίου είναι ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο. Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε από τον Αριστοτέλη και τον Ντεκάρτ. Ωστόσο, μόλις το 1963 ο Erasto Mpemba, ένας μαθητής από την Τανζανία, διαπίστωσε ότι το ζεστό παγωτό παγώνει σε συντομότερο χρόνο από το κρύο παγωτό. Έκανε ένα τέτοιο συμπέρασμα ενώ εκτελούσε το έργο της μαγειρικής.

Έπρεπε να διαλύσει τη ζάχαρη σε βρασμένο γάλα και αφού το κρυώσει, να το βάλει στο ψυγείο να παγώσει. Προφανώς, ο Mpemba δεν διέφερε σε ιδιαίτερη επιμέλεια και άρχισε να εκτελεί το πρώτο μέρος της εργασίας αργά. Επομένως, δεν περίμενε να κρυώσει το γάλα, και το έβαλε στο ψυγείο ζεστό. Ήταν πολύ έκπληκτος όταν πάγωσε ακόμη πιο γρήγορα από αυτό των συμμαθητών του, που έκαναν τη δουλειά σύμφωνα με τη δεδομένη τεχνολογία.

Αυτό το γεγονός ενδιέφερε πολύ τον νεαρό και ξεκίνησε πειράματα με σκέτο νερό. Το 1969, το περιοδικό Physics Education δημοσίευσε τα αποτελέσματα της έρευνας του Mpemba και του καθηγητή Dennis Osborn του Πανεπιστημίου του Dar es Salaam. Στο αποτέλεσμα που περιέγραψαν δόθηκε το όνομα Mpemba. Ωστόσο, ακόμη και σήμερα δεν υπάρχει ξεκάθαρη εξήγηση για το φαινόμενο. Όλοι οι επιστήμονες συμφωνούν ότι ο κύριος ρόλος σε αυτό ανήκει στις διαφορές στις ιδιότητες του κρύου και του ζεστού νερού, αλλά τι ακριβώς είναι άγνωστο.

Έκδοση Σιγκαπούρης

Φυσικοί από ένα από τα πανεπιστήμια της Σιγκαπούρης ενδιαφέρθηκαν επίσης για το ερώτημα, ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο; Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Xi Zhang εξήγησε αυτό το παράδοξο ακριβώς από τις ιδιότητες του νερού. Όλοι γνωρίζουν ακόμα τη σύνθεση του νερού από το σχολείο - ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου. Το οξυγόνο σε κάποιο βαθμό αντλεί ηλεκτρόνια από το υδρογόνο, επομένως το μόριο είναι ένα συγκεκριμένο είδος «μαγνήτη».

Ως αποτέλεσμα, ορισμένα μόρια στο νερό έλκονται ελαφρώς μεταξύ τους και ενώνονται με έναν δεσμό υδρογόνου. Η δύναμή του είναι πολλές φορές μικρότερη από τον ομοιοπολικό δεσμό. Οι ερευνητές της Σιγκαπούρης πιστεύουν ότι η εξήγηση του παραδόξου Mpemba βρίσκεται ακριβώς στους δεσμούς υδρογόνου. Εάν τα μόρια του νερού τοποθετηθούν πολύ κοντά μεταξύ τους, τότε μια τόσο ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων μπορεί να παραμορφώσει τον ομοιοπολικό δεσμό στη μέση του ίδιου του μορίου.

Αλλά όταν το νερό θερμαίνεται, τα δεσμευμένα μόρια απομακρύνονται ελαφρώς το ένα από το άλλο. Ως αποτέλεσμα, η χαλάρωση των ομοιοπολικών δεσμών συμβαίνει στη μέση των μορίων με την επιστροφή της περίσσειας ενέργειας και τη μετάβαση στο χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το ζεστό νερό αρχίζει να ψύχεται γρήγορα. Τουλάχιστον, αυτό δείχνουν οι θεωρητικοί υπολογισμοί που έγιναν από επιστήμονες της Σιγκαπούρης.

Instant Water Freeze - 5 Απίστευτα κόλπα: Βίντεο