Kuris vanduo užtenka greičiau: karštas ar šaltas? Nuo ko tai priklauso?

Tai, kad vanduo užšąla greičiau, karštai ar šaltai, įtakoja daugelį veiksnių, tačiau pats klausimas atrodo šiek tiek keistas. Tai numanoma ir iš fizikos žinoma, kad karštu vandeniu vis tiek reikia laiko atvėsti iki šalto vandens temperatūros palyginti su ledu. Šaltojo vandens, šis etapas gali būti praleistas, ir, atitinkamai, jis laimi laiku. Bet bet kuris šiaurinių platumos gyventojas žino atsakymą į klausimą, kuris šaltas vanduo užšąla šalta ar šalta. Tiesą sakant, moksliškai paaiškėja, kad bet kuriuo atveju šaltas vanduo tiesiog turi užšaldyti greičiau.

Tokia pati mintis kilo ir fizikos mokytojui, kurį 1963 m. Studentas Erasto Mpemba paprašė paaiškinti, kodėl šaltas ateities ledų mišinys užšąla ilgiau nei panašus, bet karštas.

"Tai nėra pasaulio fizika, bet tam tikra fizika" Mpemba "

Tuo metu mokytoja tik juokėsi, tačiau Denisas Osbornas, fizikos profesorius, kuris kartą aplankė tą pačią mokyklą, kur studijavo Erasto, eksperimentiniu būdu patvirtino tokio poveikio egzistavimą, nors tuo metu jo nebuvo paaiškinimų. 1969 m. Populiariame moksliniame žurnale išleido bendrą šių dviejų žmonių aprašymą, kuris apibūdino šį savotišką efektą. Be to, nuo to laiko klausimas, kuris vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas, turi savo pavadinimą - efektą arba paradoksą, Mpemba.

Klausimas kilo jau seniai

Žinoma, šis reiškinys anksčiau egzistavo ir buvo minimas kitų mokslininkų darbuose. Ne tik studentas buvo suinteresuotas šiuo klausimu, bet ir apie tai pasakė ir Francisas Baconas, Rene Dekartas ir net Aristotelis. Tik šio sprendimo paradokso sprendimo priėjimai prasidėjo tik XX amžiaus pabaigoje.

Paradokso atsiradimo sąlygos

Kaip ir ledų atveju, per eksperimentą ne tik įprastai užkimšta. Turi būti tam tikrų sąlygų pradėti ginčytis, kuris vanduo užšąla greičiau - šaltas ar karštas. Kas įtakoja šio proceso eigą?

Dabar, XXI amžiuje, buvo iškelta keletas variantų, kurie galėtų paaiškinti Danijos paradoksą. Tas faktas, kad vanduo užšąla greičiau, karštai arba šaltai, gali priklausyti nuo to, kad karštas vanduo turi didesnį garavimo greitį nei šaltas. Taigi jo tūris mažėja, o jo kiekis sumažėja, o užšalimo laikas tampa mažesnis nei tuo atveju, jei vartojate panašų pradinį šalto vandens kiekį.

Ilgą laiką šaldiklis buvo atšildytas

Tas faktas, kad vanduo užšąla greičiau ir kodėl taip nutinka, gali paveikti sniego pamušalą, kuris gali būti atliekamas eksperimento metu naudojamo šaldytuvo šaldytuve. Jei vartojate du konteinerius, kurių tūris yra vienodas, bet viename iš jų bus karšto vandens, o kitame - šaltas, konteineris su karštu vandeniu ištirps sniego apačioje, taip pagerinsite šilumos lygmens kontaktą su šaldytuvo siena. Talpykla su šaltu vandeniu negali tai padaryti. Jei šaldytuve nėra sienų, šaltas vanduo turėtų greičiau užšalti.

Viršuje - apačioje

Be to, reiškinys, kurio vanduo užšąla greičiau - karštas ar šaltas, paaiškinamas taip. Laikantis tam tikrų įstatymų, šaltasis vanduo pradeda užšalti nuo viršutinių sluoksnių, kai karštas - priešinga - jis pradeda užšalti iš apačios į viršų. Pasirodo, kad šaltas vanduo, kurio šaltame sluoksnyje viršuje yra jau suformuotas ledas, pablogina konvekcinį ir šilumos spinduliavimą, taip paaiškindamas, kuris vanduo užšąla greičiau - šaltas arba karštas. Paveikslėliai iš mėgėjų eksperimentų pritvirtinami, o čia tai aiškiai matoma.

Šiluma išeina, eina į viršų, ir ten jis patenka labai šaltame sluoksnyje. Šilumos spinduliavimui nėra laisvo kelio, todėl vėsinimo procesas tampa sudėtingas. Tokios kliūtys savo keliu visiškai neturi karšto vandens. Kuris užšąla greičiau - šaltas arba karštas, nuo kurio priklauso tikėtinas rezultatas, galite išplėsti atsakymą sakydamas, kad bet kuriame vandenyje tam tikros medžiagos yra ištirpsta.

Priemaišos vandenyje kaip faktorius, turintis įtakos rezultatams

Jei nekvalifikuojate ir nenaudojate tos pačios sudėties vandens, kai tam tikrų medžiagų koncentracijos yra vienodos, šaltas vanduo turėtų greičiau užšaldyti. Bet jei yra tokia situacija, kai ištirpusius cheminius elementus galima įsigyti tik karštu vandeniu, o šaltame vandenyje jų nėra, tada į karštą vandenį galima užšaldyti. Tai paaiškinama tuo, kad ištirpusios medžiagos vandenyje sukuria kristalizacijos centrus, o su nedideliu šių centrų skaičiumi sunku paversti vandenį kietoje būsenoje. Vandenį galima išvalyti net ir tokiu būdu, kad esant minusai temperatūrai ji bus skysta.

Tačiau visos šios versijos, matyt, visiškai neatitiko mokslininkų, ir jie toliau dirbo šiuo klausimu. 2013 m. Singapūro mokslininkų komanda sakė, kad sugebėjo išspręsti amžiną paslaptį. Kinijos mokslininkų grupė teigia, kad šio poveikio paslaptis yra energijos kiekis, kuris saugomas tarp vandens molekulių jo jungtimis, vadinamas vandeniliu.

Kinijos mokslininkų sprendimas

Toliau pateikiama informacija, suprantanti, kokių dalykų būtina žinoti chemijoje, kad suprastų, kuris vanduo užšyksta greičiau - karštas ar šaltas. Kaip žinoma, vandens molekulę sudaro du atomai H (vandenilis) ir vienas atomas O (deguonis), laikomi kartu kovalentinėmis jungtimis.

Bet ir vienos molekulės vandenilio atomus traukia kaimyninės molekulės, jų deguonies komponentas. Būtent šie ryšiai vadinami vandenilio ryšiais.

Reikėtų nepamiršti, kad tuo pačiu metu vandens molekulės vienas kitą veikia prieštaringai. Mokslininkai pastebėjo, kad, kai tarp jo molekulių yra šildomas vanduo, atstumas didėja, o tai yra palengvinti tiesiog pasipriešinančios jėgos. Pasirodo, kad vandenilio jungtys, užfiksuojančios vieną atstumą tarp molekulių šalto būklės, gali būti laikomos ištemptu, ir jie turi didesnį energijos šaltinį. Tai yra tas energijos rezervas, kuris paleidžiamas, kai vandens molekulės pradeda artėti viena prie kitos, tai yra aušinimas. Pasirodo, kad didesnis energijos tiekimas karštame vandenyje ir jo didesnis atpalaidavimas, kai jis atšaldomas iki nulio temperatūros, vyksta greičiau nei šaltu vandeniu, kuriame yra mažiau energijos. Taigi, koks vanduo užšąla greičiau - šaltas ar karštas? Gatvėje ir laboratorijoje turi įvykti paradoksas Mpemba, o karštas vanduo turi pasisukti greičiau.

Tačiau klausimas vis dar atviras

Yra tik teorinis šio raktinio patvirtinimo patvirtinimas - visa tai parašyta gražiomis formulėmis ir atrodo tikėtina. Bet kai eksperimentų, kurių vanduo greičiau užšąla - karštas ar šaltas, duomenys bus išdėstyti praktiniu požiūriu, ir jų rezultatai bus pateikti, tada klausimas apie Membba paradoksą gali būti laikomas uždarytu.