Pse uji i ftohtë ngrin më ngadalë se uji i nxehtë? Efekti Mpemba ose pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë

Uji- një substancë mjaft e thjeshtë nga pikëpamja kimike, megjithatë, ajo ka një numër të vetive të pazakonta që nuk pushojnë së mahnituri shkencëtarët. Më poshtë janë disa fakte që pak njerëz i dinë.

1. Cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë?

Le të marrim dy enë me ujë: në njërën hedhim ujë të nxehtë dhe në tjetrën ujë të ftohtë dhe i vendosim në frigorifer. Uji i nxehtë do të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse sipas logjikës së gjërave, fillimisht uji i ftohtë duhet të ishte kthyer në akull: në fund të fundit, uji i nxehtë duhet fillimisht të ftohet në temperaturën e ftohtë dhe më pas të kthehet në akull, ndërsa uji i ftohtë jo. duhet të ftohet. Pse po ndodh kjo?

Në vitin 1963, një student nga Tanzania i quajtur Erasto B. Mpemba, ndërsa ngrinte një përzierje akulloreje, vuri re se përzierja e nxehtë ngurtësohej më shpejt në ngrirje sesa ajo e ftohtë. Kur i riu ndau zbulimin e tij me mësuesin e tij të fizikës, ai vetëm qeshi me të. Për fat të mirë, studenti ishte këmbëngulës dhe e bindi mësuesin të kryente një eksperiment, i cili konfirmoi zbulimin e tij: në kushte të caktuara ujë të nxehtë Me të vërtetë ngrin më shpejt se i ftohtë.

Tani ky fenomen i ngrirjes së ujit të nxehtë më shpejt se uji i ftohtë quhet " Efekti Mpemba" Vërtetë, shumë kohë para tij kjo pronë unike e ujit u vu re nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes.

Shkencëtarët ende nuk e kuptojnë plotësisht natyrën e këtij fenomeni, duke e shpjeguar atë ose me ndryshimin në superftohje, avullimin, formimin e akullit, konvekcionin ose me efektin e gazrave të lëngshëm në ujin e nxehtë dhe të ftohtë.

2. Mund të ngrijë në çast

Të gjithë e dinë këtë ujë gjithmonë kthehet në akull kur ftohet në 0°C... me disa përjashtime! Një rast i tillë, për shembull, është superftohja, e cila është një veti e shumë ujë të pastër mbeten të lëngshme edhe kur janë ftohur deri në pikën e ngrirjes. Ky fenomen është bërë i mundur për faktin se mjedisi nuk përmban qendra apo bërthama kristalizimi që mund të nxisin formimin e kristaleve të akullit. Dhe kështu uji mbetet në formë të lëngshme edhe kur ftohet nën zero gradë Celsius.

Procesi i kristalizimit mund të shkaktohet, për shembull, nga flluska gazi, papastërti (ndotës) ose një sipërfaqe e pabarabartë e enës. Pa to, uji do të mbetet në gjendje të lëngshme. Kur fillon procesi i kristalizimit, mund të shikoni ujin e super-ftohur të shndërrohet menjëherë në akull.

Vini re se uji "i mbinxehur" gjithashtu mbetet i lëngshëm edhe kur nxehet mbi pikën e tij të vlimit.

3. 19 gjendje ujore

Pa hezitim, emërtoni sa gjendje të ndryshme ka uji? Nëse jeni përgjigjur tre: të ngurtë, të lëngët, të gaztë, atëherë keni gabuar. Shkencëtarët dallojnë të paktën 5 gjendje të ndryshme të ujit në formë të lëngshme dhe 14 gjendje në formë të ngrirë.

E mbani mend bisedën për ujin super të ftohtë? Pra, pavarësisht se çfarë bëni, në -38 °C edhe uji më i pastër super i ftohtë do të kthehet papritur në akull. Çfarë do të ndodhë me uljen e mëtejshme të temperaturës? Në -120 °C diçka e çuditshme fillon t'i ndodhë ujit: ai bëhet super viskoz ose viskoz, si melasa, dhe në temperatura nën -135 °C shndërrohet në ujë "qelqtë" ose "qelqtë" - një substancë e ngurtë që nuk ka strukturë kristalore. .

4. Uji i befason fizikantët

Në nivelin molekular, uji është edhe më befasues. Në vitin 1995, një eksperiment i shpërndarjes së neutroneve i kryer nga shkencëtarët dha një rezultat të papritur: fizikanët zbuluan se neutronet që synonin molekulat e ujit "shikojnë" 25% më pak protone hidrogjeni sesa pritej.

Doli se me një shpejtësi prej një attosekondi (10 -18 sekonda) ndodh një efekt kuantik i pazakontë dhe në vend të kësaj formula kimike e ujit H2O, bëhet H1.5O!

5. Kujtesa e ujit

Alternativa e mjekësisë zyrtare homeopati thotë se një tretësirë ​​e holluar produkt medicinal mund të ketë një efekt shërues në trup, edhe nëse faktori i hollimit është aq i lartë sa nuk ka mbetur asgjë në tretësirë ​​përveç molekulave të ujit. Përkrahësit e homeopatisë e shpjegojnë këtë paradoks me një koncept të quajtur " kujtesa e ujit“, sipas të cilit uji në nivel molekular ka një “memorie” të substancës që dikur ishte tretur në të dhe ruan vetitë e tretësirës së përqendrimit origjinal pasi nuk ka mbetur asnjë molekulë e përbërësit në të.

Një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh i udhëhequr nga profesoresha Madeleine Ennis nga Universiteti Queen's i Belfast-it, i cili kishte kritikuar parimet e homeopatisë, kreu një eksperiment në vitin 2002 për të hedhur poshtë konceptin njëherë e përgjithmonë. Rezultati ishte i kundërt. Pas së cilës, shkencëtarët deklaruan se ata ishin në gjendje të vërtetonin realitetin e efektit " kujtesa e ujit" Sidoqoftë, eksperimentet e kryera nën mbikëqyrjen e ekspertëve të pavarur nuk sollën rezultate. Mosmarrëveshjet për ekzistencën e fenomenit " kujtesa e ujit"vazhdoni.

Uji ka shumë veti të tjera të pazakonta për të cilat nuk folëm në këtë artikull. Për shembull, dendësia e ujit ndryshon në varësi të temperaturës (dendësia e akullit është më e vogël se dendësia e ujit); uji ka një tension mjaft të lartë sipërfaqësor; në gjendje të lëngët uji është një rrjet kompleks dhe dinamik në ndryshim të grupimeve të ujit dhe është sjellja e grupimeve që ndikon në strukturën e ujit etj.

Rreth këtyre dhe shumë veçorive të tjera të papritura ujë mund të lexohet në artikull " Vetitë anormale të ujit”, me autor Martin Chaplin, profesor në Universitetin e Londrës.

Në këtë artikull do të shqyrtojmë pyetjen pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë.

Uji i ngrohur ngrin shumë më shpejt se uji i ftohtë! Kjo veti e mahnitshme e ujit, për të cilën shkencëtarët ende nuk mund të gjejnë një shpjegim të saktë, është e njohur që nga kohërat e lashta. Për shembull, edhe te Aristoteli ka një përshkrim të peshkimit dimëror: peshkatarët fusnin shufra peshkimi në vrimat e akullit dhe në mënyrë që të ngrinin më shpejt, derdhën ujë të ngrohtë mbi akull. Ky fenomen u emërua pas Erasto Mpemba në vitet '60 të shekullit të 20-të. Mnemba vuri re një efekt të çuditshëm gjatë përgatitjes së akullores dhe iu drejtua mësuesit të tij të fizikës, Dr. Denis Osborne, për një shpjegim. Mpemba dhe Dr. Osborne eksperimentuan me ujë në temperatura të ndryshme dhe arritën në përfundimin se uji pothuajse i vluar fillon të ngrijë shumë më shpejt se uji në temperaturën e dhomës. Shkencëtarë të tjerë kryen eksperimentet e tyre dhe çdo herë morën rezultate të ngjashme.

Shpjegimi i një dukurie fizike

Nuk ka asnjë shpjegim të pranuar përgjithësisht përse ndodh kjo. Shumë studiues sugjerojnë se e gjithë pika është në superftohjen e lëngut, që ndodh kur temperatura e tij bie nën pikën e ngrirjes. Me fjalë të tjera, nëse uji ngrin në një temperaturë nën 0°C, atëherë uji i superftohur mund të ketë një temperaturë, për shembull, -2°C dhe të mbetet ende i lëngshëm pa u shndërruar në akull. Kur përpiqemi të ngrijmë ujin e ftohtë, ka mundësi që fillimisht të ftohet dhe të ngurtësohet vetëm pas njëfarë kohe. Procese të tjera ndodhin në ujë të nxehtë. Shndërrimi i tij më i shpejtë në akull shoqërohet me konvekcion.

Konvekcioni- ky është një fenomen fizik në të cilin shtresat e ngrohta të poshtme të një lëngu ngrihen, dhe ato të sipërme, të ftohta, bien.

Pershendetje te dashur te dashuruar fakte interesante. Sot do të flasim me ju për. Por unë mendoj se pyetja e shtruar në titull mund të duket thjesht absurde - por duhet gjithmonë t'i besohet plotësisht famëkeqit " sens të përbashkët", në vend të një eksperimenti testimi të përcaktuar rreptësisht. Le të përpiqemi të kuptojmë pse uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë?

Sfondi historik

Se në çështjen e ngrirjes së ujit të ftohtë dhe të nxehtë, "jo gjithçka është e pastër" u përmend në veprat e Aristotelit, pastaj shënime të ngjashme bënë edhe F. Bacon, R. Descartes dhe J. Black. NË histori moderne Këtij efekti iu dha emri "Paradoksi i Mpemba" - sipas nxënësit të shkollës Tanganyika Erasto Mpemba, i cili i bëri të njëjtën pyetje një profesori vizitor të fizikës.

Pyetja e djalit nuk lindi nga askund, por nga vëzhgimet thjesht personale të procesit të ftohjes së përzierjeve të akullores në kuzhinë. Natyrisht, shokët e klasës që ishin të pranishëm atje, së bashku me mësuesin e shkollës, e bënë Mpemba për të qeshur - megjithatë, pas një testi eksperimental personalisht nga profesor D. Osborne, dëshira për të tallur Eraston u “avullua”. Për më tepër, Mpemba, së bashku me një profesor, botoi një përshkrim të hollësishëm të këtij efekti në Edukimin fizik në vitin 1969 - dhe që atëherë emri i lartpërmendur është fiksuar në literaturën shkencore.

Cili është thelbi i fenomenit?

Konfigurimi i eksperimentit është mjaft i thjeshtë: të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta, testohen enë identike me mure të hollë, që përmbajnë sasi rreptësisht të barabarta uji, që ndryshojnë vetëm në temperaturë. Enët ngarkohen në frigorifer, pas së cilës regjistrohet koha derisa të formohet akulli në secilën prej tyre. Paradoksi është se në një enë me një lëng fillimisht më të nxehtë kjo ndodh më shpejt.

Si e shpjegon fizika moderne këtë?

Paradoksi nuk ka një shpjegim universal, pasi disa procese paralele ndodhin së bashku, kontributi i të cilave mund të ndryshojë në varësi të kushteve specifike fillestare - por me një rezultat uniform:

• aftësia e një lëngu për të superftohur - fillimisht uji i ftohtë është më i prirur ndaj superftohjes, d.m.th. mbetet i lëngshëm kur temperatura e tij është tashmë nën pikën e ngrirjes
• ftohje e përshpejtuar - avulli nga uji i nxehtë shndërrohet në mikrokristale akulli, të cilat, kur bien mbrapa, përshpejtojnë procesin, duke punuar si një "këmbyes i jashtëm i nxehtësisë" shtesë.
• Efekti izolues - ndryshe nga uji i nxehtë, uji i ftohtë ngrin nga lart, gjë që çon në një ulje të transferimit të nxehtësisë nga konvekcioni dhe rrezatimi

Ka një sërë shpjegimesh të tjera (hera e fundit që Shoqëria Mbretërore Britanike e Kimisë mbajti një konkurs për hipotezën më të mirë ishte kohët e fundit, në 2012) - por ende nuk ka një teori të qartë për të gjitha rastet e kombinimeve të kushteve të hyrjes...

Efekti Mpemba(Mpemba's Paradox) - një paradoks që thotë se uji i nxehtë në disa kushte ngrin më shpejt se uji i ftohtë, megjithëse duhet të kalojë temperaturën e ujit të ftohtë gjatë procesit të ngrirjes. Ky paradoks është një fakt eksperimental që bie ndesh me idetë e zakonshme, sipas të cilave, në të njëjtat kushte, një trupi më të nxehtë i duhet më shumë kohë për t'u ftohur në një temperaturë të caktuar sesa një trup më pak i nxehtë për t'u ftohur në të njëjtën temperaturë.

Ky fenomen u vu re në një kohë nga Aristoteli, Francis Bacon dhe Rene Descartes, por ishte vetëm në vitin 1963 që nxënësi i shkollës tanzaniane Erasto Mpemba zbuloi se një përzierje e nxehtë akullore ngrin më shpejt se një e ftohtë.

Si nxënës në shkollën e mesme Magambi në Tanzani, Erasto Mpemba e bëri këtë punë praktike në gatim. Ai duhej të bënte akullore të bërë në shtëpi - të ziente qumështin, të shpërndante sheqerin në të, ta ftohte në temperaturën e dhomës dhe më pas ta vendoste në frigorifer për të ngrirë. Me sa duket, Mpemba nuk ishte një student veçanërisht i zellshëm dhe vonoi të përfundonte pjesën e parë të detyrës. Nga frika se nuk do t'ia dilte deri në fund të orës së mësimit, ai vendosi qumështin ende të nxehtë në frigorifer. Për habinë e tij, ai ngriu edhe më herët se qumështi i shokëve të tij, i përgatitur sipas teknologjisë së dhënë.

Pas kësaj, Mpemba eksperimentoi jo vetëm me qumësht, por edhe me ujë të zakonshëm. Në çdo rast, tashmë si student në shkollën e mesme Mkwava, ai pyeti profesorin Dennis Osborne nga Kolegji Universitar në Dar Es Salaam (i ftuar nga drejtori i shkollës për të dhënë një leksion mbi fizikën për studentët) veçanërisht për ujin: "Nëse merrni dy enë identike me vëllime të barabarta uji në mënyrë që në njërën prej tyre uji të ketë temperaturë 35°C, dhe në tjetrën - 100°C dhe vendosini në ngrirje, pastaj në të dytën uji do të ngrijë më shpejt. Pse? Osborne u interesua për këtë çështje dhe së shpejti, në vitin 1969, ai dhe Mpemba publikuan rezultatet e eksperimenteve të tyre në revistën "Edukimi fizik". Që atëherë, efekti që ata zbuluan është quajtur Efekti Mpemba.

Deri më tani, askush nuk e di saktësisht se si ta shpjegojë këtë efekt të çuditshëm. Shkencëtarët nuk kanë një version të vetëm, megjithëse ka shumë. Gjithçka ka të bëjë me ndryshimin në vetitë e ujit të nxehtë dhe të ftohtë, por ende nuk është e qartë se cilat veti luajnë një rol në këtë rast: ndryshimi në superftohje, avullimi, formimi i akullit, konveksioni ose efekti i gazeve të lëngshëm në ujë në temperatura të ndryshme.

Paradoksi i efektit Mpemba është se koha gjatë së cilës trupi ftohet deri në temperaturë mjedisi, duhet të jetë në përpjesëtim me ndryshimin e temperaturës ndërmjet këtij trupi dhe mjedisit. Ky ligj u krijua nga Njutoni dhe që atëherë është konfirmuar shumë herë në praktikë. Në këtë efekt, uji me temperaturë 100°C ftohet në temperaturën 0°C më shpejt se e njëjta sasi uji me temperaturë 35°C.

Sidoqoftë, kjo nuk nënkupton ende një paradoks, pasi efekti Mpemba mund të shpjegohet brenda kornizës së fizikës së njohur. Këtu janë disa shpjegime për efektin Mpemba:

Avullimi

Uji i nxehtë avullon më shpejt nga ena, duke zvogëluar kështu vëllimin e tij dhe një vëllim më i vogël uji në të njëjtën temperaturë ngrin më shpejt. Uji i ngrohur në 100 C humbet 16% të masës së tij kur ftohet në 0 C.

Efekti i avullimit është një efekt i dyfishtë. Së pari, masa e ujit që kërkohet për ftohje zvogëlohet. Dhe së dyti, temperatura zvogëlohet për shkak të faktit se nxehtësia e avullimit të kalimit nga faza e ujit në fazën e avullit zvogëlohet.

Diferenca e temperaturës

Për shkak të ndryshimit të temperaturës ndërmjet ujë të nxehtë dhe ka më shumë ajër të ftohtë - prandaj, shkëmbimi i nxehtësisë në këtë rast është më intensiv dhe uji i nxehtë ftohet më shpejt.

Hipotermia

Kur uji ftohet nën 0 C, ai nuk ngrin gjithmonë. Në disa kushte, ai mund t'i nënshtrohet superftohjes, duke vazhduar të mbetet i lëngshëm në temperatura nën ngrirje. Në disa raste, uji mund të mbetet i lëngshëm edhe në një temperaturë prej -20 C.

Arsyeja e këtij efekti është se në mënyrë që kristalet e para të akullit të fillojnë të formohen, nevojiten qendra të formimit të kristaleve. Nëse ato nuk janë të pranishme në ujë të lëngshëm, atëherë superftohja do të vazhdojë derisa temperatura të bjerë mjaftueshëm që kristalet të formohen spontanisht. Kur të fillojnë të formohen në lëngun e tejftohur, ato do të fillojnë të rriten më shpejt, duke formuar akull të lagur, i cili do të ngrijë për të formuar akull.

Uji i nxehtë është më i ndjeshëm ndaj hipotermisë, sepse ngrohja e tij largon gazrat dhe flluska të tretura, të cilat nga ana tjetër mund të shërbejnë si qendra për formimin e kristaleve të akullit.

Pse hipotermia bën që uji i nxehtë të ngrijë më shpejt? Në rastin e ujit të ftohtë që nuk është tepër i ftohur, ndodh si më poshtë. Në këtë rast, një shtresë e hollë akulli do të formohet në sipërfaqen e anijes. Kjo shtresë akulli do të veprojë si një izolues midis ujit dhe ajrit të ftohtë dhe do të parandalojë avullimin e mëtejshëm. Shkalla e formimit të kristaleve të akullit në këtë rast do të jetë më e ulët. Në rastin e ujit të nxehtë që i nënshtrohet superftohjes, uji i superftohur nuk ka një shtresë sipërfaqësore mbrojtëse akulli. Prandaj, ai humbet nxehtësinë shumë më shpejt përmes majës së hapur.

Kur procesi i superftohjes përfundon dhe uji ngrin, humbet shumë më shumë nxehtësi dhe për këtë arsye formohet më shumë akull.

Shumë studiues të këtij efekti e konsiderojnë hipoterminë si faktorin kryesor në rastin e efektit Mpemba.

Konvekcioni

Uji i ftohtë fillon të ngrijë nga lart, duke përkeqësuar kështu proceset e rrezatimit të nxehtësisë dhe konvekcionit, dhe rrjedhimisht humbjen e nxehtësisë, ndërsa uji i nxehtë fillon të ngrijë nga poshtë.

Ky efekt shpjegohet nga një anomali në densitetin e ujit. Uji ka një densitet maksimal në 4 C. Nëse e ftohni ujin në 4 C dhe e vendosni në një temperaturë më të ulët, shtresa sipërfaqësore e ujit do të ngrijë më shpejt. Për shkak se ky ujë është më pak i dendur se uji në një temperaturë prej 4 C, ai do të mbetet në sipërfaqe, duke formuar një shtresë të hollë të ftohtë. Në këto kushte, në sipërfaqen e ujit brenda një kohe të shkurtër do të formohet një shtresë e hollë akulli, por kjo shtresë akulli do të shërbejë si izolues, duke mbrojtur shtresat e poshtme të ujit, të cilat do të qëndrojnë në temperaturën 4 C. Prandaj, procesi i mëtejshëm i ftohjes do të jetë më i ngadalshëm.

Në rastin e ujit të nxehtë, situata është krejtësisht e ndryshme. Shtresa sipërfaqësore e ujit do të ftohet më shpejt për shkak të avullimit dhe dallim më të madh temperaturat Përveç kësaj, shtresat e ujit të ftohtë janë më të dendura se shtresat e ujit të nxehtë, kështu që shtresa e ujit të ftohtë do të zhytet poshtë, duke e ngritur shtresën e ujit të ngrohtë në sipërfaqe. Ky qarkullim i ujit siguron një rënie të shpejtë të temperaturës.

Por pse ky proces nuk arrin një pikë ekuilibri? Për të shpjeguar efektin Mpemba nga ky këndvështrim i konvekcionit, do të ishte e nevojshme të supozohet se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit janë të ndara dhe vetë procesi i konvekcionit vazhdon pasi temperatura mesatare e ujit të bjerë nën 4 C.

Megjithatë, nuk ka asnjë provë eksperimentale për të mbështetur këtë hipotezë se shtresat e ftohta dhe të nxehta të ujit ndahen nga procesi i konvekcionit.

Gazrat e tretur në ujë

Uji gjithmonë përmban gazra të tretur në të - oksigjen dhe dioksid karboni. Këto gazra kanë aftësinë të zvogëlojnë pikën e ngrirjes së ujit. Kur uji nxehet, këto gazra lirohen nga uji sepse tretshmëria e tyre në ujë është temperaturë të lartë më poshtë. Prandaj, kur uji i nxehtë ftohet, ai gjithmonë përmban më pak gazra të tretur sesa në ujin e ftohtë të pa ngrohur. Prandaj, pika e ngrirjes së ujit të nxehtë është më e lartë dhe ngrin më shpejt. Ky faktor ndonjëherë konsiderohet si kryesori në shpjegimin e efektit Mpemba, megjithëse nuk ka të dhëna eksperimentale që konfirmojnë këtë fakt.

Përçueshmëri termike

Ky mekanizëm mund të luajë një rol të rëndësishëm kur uji vendoset në ngrirësin e dhomës së frigoriferit në kontejnerë të vegjël. Në këto kushte, është vërejtur se një enë me ujë të nxehtë shkrin akullin në frigoriferin poshtë, duke përmirësuar kështu kontaktin termik me murin e ngrirësit dhe përçueshmërinë termike. Si rezultat, nxehtësia largohet nga një enë me ujë të nxehtë më shpejt sesa nga një e ftohtë. Nga ana tjetër, një enë me ujë të ftohtë nuk e shkrin borën poshtë.

Të gjitha këto (si dhe të tjera) kushte u studiuan në shumë eksperimente, por një përgjigje e qartë për pyetjen - cilat prej tyre ofrojnë një riprodhim qind për qind të efektit Mpemba - nuk u mor kurrë.

Për shembull, në vitin 1995, fizikani gjerman David Auerbach studioi efektin e ujit superftohës në këtë efekt. Ai zbuloi se uji i nxehtë, duke arritur një gjendje super të ftohur, ngrin në një temperaturë më të lartë se uji i ftohtë, dhe për rrjedhojë më shpejt se ky i fundit. Por uji i ftohtë arrin një gjendje të superftohjes më shpejt se uji i nxehtë, duke kompensuar kështu vonesën e mëparshme.

Për më tepër, rezultatet e Auerbach kundërshtuan të dhënat e mëparshme se uji i nxehtë ishte në gjendje të arrinte superftohje më të madhe për shkak të më pak qendrave të kristalizimit. Kur uji nxehet, prej tij hiqen gazrat e tretura në të dhe kur zihet, precipitojnë disa kripëra të tretura në të.

Tani për tani, vetëm një gjë mund të thuhet - riprodhimi i këtij efekti varet ndjeshëm nga kushtet në të cilat kryhet eksperimenti. Pikërisht sepse nuk riprodhohet gjithmonë.

O. V. Mosin

letrareburimet:

"Uji i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë. Pse e bën këtë?", Jearl Walker në The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, Nr. 3, fq 246-257; Shtator, 1977.

"Ngrirja e ujit të nxehtë dhe të ftohtë", G.S. Kell në American Journal of Physics, Vol. 37, Nr. 5, fq 564-565; maj, 1969.

"Supercooling and the Mpemba effect", David Auerbach, në American Journal of Physics, Vol. 63, Nr. 10, fq 882-885; tetor 1995.

"Efekti Mpemba: Kohët e ngrirjes së ujit të nxehtë dhe të ftohtë", Charles A. Knight, në American Journal of Physics, Vol. 64, Nr. 5, f. 524; maj, 1996.

Ka shumë faktorë që ndikojnë në ngrirjen e shpejtë të ujit, i nxehtë apo i ftohtë, por pyetja në vetvete duket paksa e çuditshme. Implikimi, dhe kjo dihet nga fizika, është se uji i nxehtë ka ende nevojë për kohë për t'u ftohur në temperaturën e ujit të ftohtë që krahasohet në mënyrë që të kthehet në akull. Uji i ftohtë mund ta kalojë këtë fazë dhe, në përputhje me rrethanat, fiton kohë.

Por përgjigjen në pyetjen se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë - jashtë në të ftohtë, çdo banor i gjerësive gjeografike veriore e di. Në fakt, shkencërisht, rezulton se në çdo rast, uji i ftohtë thjesht është i detyruar të ngrijë më shpejt.

Mësuesi i fizikës, i cili u afrua nga nxënësi i shkollës Erasto Mpemba në 1963, mendoi të njëjtën gjë me një kërkesë për të shpjeguar pse përzierja e ftohtë e akullores së ardhshme kërkon më shumë kohë për të ngrirë sesa një e ngjashme, por e nxehtë.

"Kjo nuk është fizikë universale, por një lloj fizikë Mpemba"

Në atë kohë, mësuesi vetëm qeshi me këtë, por Denis Osborne, një profesor i fizikës, i cili në një kohë vizitoi të njëjtën shkollë ku studionte Erasto, konfirmoi eksperimentalisht praninë e një efekti të tillë, megjithëse atëherë nuk kishte asnjë shpjegim për të. Në vitin 1969, një artikull i përbashkët i këtyre dy njerëzve u botua në një revistë të njohur shkencore, të cilët përshkruanin këtë efekt të veçantë.

Që atëherë, nga rruga, pyetja se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë - ka emrin e vet - efekti Mpemba, ose paradoksi.

Pyetja ka qenë rreth e rrotull për një kohë të gjatë

Natyrisht, një fenomen i tillë ka ndodhur më parë, dhe është përmendur në punimet e shkencëtarëve të tjerë. Jo vetëm nxënësi i shkollës ishte i interesuar për këtë çështje, por Rene Descartes dhe madje edhe Aristoteli gjithashtu menduan për të në një kohë.

Por ata filluan të kërkojnë qasje për zgjidhjen e këtij paradoksi vetëm në fund të shekullit të njëzetë.

Kushtet për të ndodhur një paradoks

Ashtu si me akulloren, nuk është vetëm uji i thjeshtë që ngrin gjatë eksperimentit. Duhet të jenë të pranishme disa kushte për të filluar debatin se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë. Çfarë ndikon në rrjedhën e këtij procesi?

Tani, në shekullin e 21-të, janë paraqitur disa opsione që mund të shpjegojnë këtë paradoks. Cili ujë ngrin më shpejt, i nxehtë apo i ftohtë, mund të varet nga fakti se ka një shkallë avullimi më të lartë se uji i ftohtë. Kështu, vëllimi i tij zvogëlohet dhe me zvogëlimin e vëllimit, koha e ngrirjes bëhet më e shkurtër sesa nëse marrim të njëjtin vëllim fillestar të ujit të ftohtë.

Ka kaluar pak kohë që nuk keni shkrirë ngrirësin.

Cili ujë ngrin më shpejt dhe pse ndodh kjo mund të ndikohet nga shtresa e borës që mund të jetë e pranishme në ngrirësin e frigoriferit të përdorur për eksperimentin. Nëse merrni dy kontejnerë të njëjtë në vëllim, por njëra prej tyre përmban ujë të nxehtë dhe tjetra të ftohtë, ena me ujë të nxehtë do të shkrijë borën poshtë, duke përmirësuar kështu kontaktin e nivelit termik me murin e frigoriferit. Një enë me ujë të ftohtë nuk mund ta bëjë këtë. Nëse nuk ka një shtresë të tillë me borë në ndarjen e frigoriferit, uji i ftohtë duhet të ngrijë më shpejt.

Sipër - poshtë

Gjithashtu, fenomeni i të cilit uji ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë - shpjegohet si më poshtë. Duke ndjekur disa ligje, uji i ftohtë fillon të ngrijë nga shtresat e sipërme, kur uji i nxehtë bën të kundërtën - fillon të ngrijë nga poshtë lart. Rezulton se uji i ftohtë, duke pasur një shtresë të ftohtë sipër me akull të formuar tashmë në vende, përkeqëson kështu proceset e konvekcionit dhe rrezatimit termik, duke shpjeguar kështu se cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë. Fotot nga eksperimentet amatore janë bashkangjitur, dhe kjo është qartë e dukshme këtu.

Nxehtësia shuhet, nxiton lart dhe aty takohet një shtresë shumë e ftohtë. Nuk ka rrugë të lirë për rrezatimin e nxehtësisë, kështu që procesi i ftohjes bëhet i vështirë. Uji i nxehtë nuk ka absolutisht asnjë pengesë të tillë në rrugën e tij. Cili ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë, nga i cili varet rezultati i mundshëm, mund ta zgjeroni përgjigjen duke thënë se çdo ujë ka substanca të caktuara të tretura në të.

Papastërtitë në ujë si një faktor që ndikon në rezultat

Nëse nuk mashtroni dhe përdorni ujë me të njëjtën përbërje, ku përqendrimet e substancave të caktuara janë identike, atëherë uji i ftohtë duhet të ngrijë më shpejt. Por nëse një situatë ndodh kur shpërbëhet elementet kimike disponohen vetëm në ujë të nxehtë, dhe uji i ftohtë nuk i ka, atëherë ekziston mundësia që uji i nxehtë të ngrijë më herët. Kjo shpjegohet me faktin se substancat e tretura në ujë krijojnë qendra kristalizimi dhe me një numër të vogël të këtyre qendrave, shndërrimi i ujit në gjendje të ngurtë është i vështirë. Madje është e mundur që uji të jetë i superftohur, në kuptimin që në temperatura nën zero të jetë në gjendje të lëngshme.

Por të gjitha këto versione, me sa duket, nuk u përshtaten plotësisht shkencëtarëve dhe ata vazhduan të punojnë për këtë çështje. Në vitin 2013, një ekip studiuesish në Singapor thanë se kishin zgjidhur një mister shekullor.

Një grup shkencëtarësh kinezë pohojnë se sekreti i këtij efekti qëndron në sasinë e energjisë që ruhet midis molekulave të ujit në lidhjet e tij, të quajtura lidhje hidrogjenore.

Përgjigja e shkencëtarëve kinezë

Ajo që vijon është informacion, për të kuptuar të cilat ju duhet të keni disa njohuri nga kimia në mënyrë që të kuptoni se cili ujë ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë. Siç dihet, ai përbëhet nga dy atome H (hidrogjen) dhe një atom O (oksigjen), të mbajtur së bashku nga lidhje kovalente.

Por edhe atomet e hidrogjenit të një molekule tërhiqen nga molekulat fqinje, nga përbërësi i tyre i oksigjenit. Këto lidhje quhen lidhje hidrogjenore.

Vlen të kujtohet se në të njëjtën kohë, molekulat e ujit kanë një efekt refuzues ndaj njëri-tjetrit. Shkencëtarët vunë re se kur uji nxehet, distanca midis molekulave të tij rritet, dhe kjo lehtësohet nga forcat refuzuese. Rezulton se duke zënë të njëjtën distancë midis molekulave në një gjendje të ftohtë, mund të thuhet se ato shtrihen dhe kanë një furnizim më të madh të energjisë. Është kjo rezervë energjie që lirohet kur molekulat e ujit fillojnë të lëvizin më afër njëra-tjetrës, domethënë ndodh ftohja. Rezulton se një rezervë më e madhe e energjisë në ujin e nxehtë dhe çlirimi më i madh i tij kur ftohet në temperatura nën zero, ndodh më shpejt se në ujin e ftohtë, i cili ka një rezervë më të vogël të kësaj energjie. Pra, cili ujë ngrin më shpejt - i ftohtë apo i nxehtë? Në rrugë dhe në laborator, paradoksi i Mpemba duhet të ndodhë dhe uji i nxehtë duhet të kthehet në akull më shpejt.

Por pyetja është ende e hapur

Ka vetëm konfirmim teorik të kësaj zgjidhjeje - e gjithë kjo është shkruar në formula të bukura dhe duket e besueshme. Por kur të dhënat eksperimentale mbi të cilat uji ngrin më shpejt - i nxehtë apo i ftohtë - vihen në përdorim praktik dhe paraqiten rezultatet e tyre, atëherë çështja e paradoksit të Mpemba mund të konsiderohet e mbyllur.