Mpemba hatás(Mpemba Paradox) egy paradoxon, amely kimondja, hogy a meleg víz bizonyos körülmények között gyorsabban fagy meg, mint a hideg víz, bár a fagyás során át kell haladnia a hideg víz hőmérsékletét. Ez a paradoxon egy kísérleti tény, amely ellentmond a szokásos elképzeléseknek, miszerint azonos körülmények között egy forróbb testnek több időre van szüksége ahhoz, hogy egy bizonyos hőmérsékletre lehűljön, mint egy hidegebb testnek, hogy ugyanazon a hőmérsékletre lehűljön.

Erre a jelenségre annak idején Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes is felfigyelt, de csak 1963-ban tapasztalta a tanzániai iskolás, Erasto Mpemba, hogy a forró fagylaltkeverék gyorsabban megfagy, mint a hideg.

Erasto Mpemba a Tanzániai Magambin High School diákja volt, és gyakorlati főzési munkát végzett. Házi fagylaltot kellett készítenie - felforralni a tejet, feloldani benne a cukrot, lehűteni szobahőmérsékletre, majd hűtőbe tenni megdermedni. Úgy tűnik, Mpemba nem volt különösebben szorgalmas tanuló, és halogatta a feladat első részét. Attól tartva, hogy nem ér el időben az óra végére, a még forró tejet a hűtőbe tette. Meglepetésére még korábban fagyott meg, mint a társai adott technológiával elkészített teje.

Ezt követően Mpemba nemcsak tejjel, hanem közönséges vízzel is kísérletezett. Mindenesetre, már az Mkwawa High School diákjaként megkérdezte Dennis Osborne professzort a Dar es Salaam-i Egyetemi Főiskoláról (az iskola igazgatója hívta meg, hogy tartson előadást a fizikáról a diákoknak) a vízről: "Ha veszed két azonos tartály egyenlő térfogatú vízzel úgy, hogy az egyikben a víz hőmérséklete 35 ° C, a másikban - 100 ° C legyen, és tedd a fagyasztóba, majd a másodikban a víz gyorsabban megfagy. Miért? Osborne felkeltette érdeklődését ez a kérdés, és hamarosan 1969-ben Mpembával együtt publikálták kísérleteik eredményeit a "Physics Education" folyóiratban. Azóta az általuk felfedezett hatást ún Mpemba hatás.

Eddig senki sem tudja pontosan, hogyan magyarázza ezt a furcsa hatást. A tudósoknak nincs egyetlen verziója, bár sok van. Minden a hideg és meleg víz tulajdonságainak különbségéről szól, de még nem világos, hogy ebben az esetben melyik tulajdonságok játszanak szerepet: a túlhűtés, a párolgás, a jégképződés, a konvekció vagy a cseppfolyósított gázok vízre gyakorolt ​​hatása különböző hőmérsékletek.

Az Mpemba-effektus paradoxona, hogy annak az időnek, amely alatt a test lehűl a környezeti hőmérsékletre, arányosnak kell lennie a test és a környezet közötti hőmérséklet-különbséggel. Ezt a törvényt Newton állapította meg, és azóta a gyakorlatban is sokszor megerősítették. Ugyanilyen hatás mellett a 100 °C-os víz gyorsabban hűl 0 °C-ra, mint az azonos mennyiségű 35 °C-os víz.

Ez azonban még nem jelent paradoxont, mivel az Mpemba-effektus az ismert fizikán belül is magyarázható. Íme néhány magyarázat az Mpemba-effektusra:

Párolgás

A forró víz gyorsabban elpárolog a tartályból, ezáltal csökken a térfogata, és egy kisebb térfogatú, azonos hőmérsékletű víz gyorsabban fagy meg. A 100 C-ra melegített víz 0 C-ra hűtve tömegének 16%-át veszíti el.

A párolgási hatás kettős hatás. Először is csökken a hűtéshez szükséges víz tömege. Másodszor, a hőmérséklet csökken annak a ténynek köszönhetően, hogy a vízfázisból a gőzfázisba való átmenet párolgási hője csökken.

hőmérséklet különbség

Tekintettel arra, hogy a meleg víz és a hideg levegő közötti hőmérsékletkülönbség nagyobb - így a hőcsere ebben az esetben intenzívebb és a meleg víz gyorsabban lehűl.

hypothermia

Ha a vizet 0 C alá hűtjük, nem mindig fagy meg. Bizonyos körülmények között túlhűlhet, miközben fagypont alatti hőmérsékleten továbbra is folyékony marad. Egyes esetekben a víz még -20 C-on is folyékony maradhat.

Ennek a hatásnak az az oka, hogy ahhoz, hogy az első jégkristályok kialakulhassanak, kristályképződési központokra van szükség. Ha nem folyékony vízben vannak, akkor a túlhűtés addig folytatódik, amíg a hőmérséklet annyira le nem esik, hogy spontán kristályok keletkeznek. Amikor elkezdenek képződni a túlhűtött folyadékban, gyorsabban növekedni kezdenek, és jégzagyot képeznek, amely megfagyva jéggé alakul.

A forró víz a leginkább érzékeny a hipotermia kialakulására, mivel a melegítés eltávolítja az oldott gázokat és buborékokat, amelyek viszont a jégkristályok képződésének központjaként szolgálhatnak.

Miért fagy le gyorsabban a forró víz a hipotermia miatt? Hideg víz esetében, amely nem túlhűtött, a következő történik. Ebben az esetben az edény felületén vékony jégréteg képződik. Ez a jégréteg szigetelőként fog működni a víz és a hideg levegő között, és megakadályozza a további párolgást. A jégkristályok képződésének sebessége ebben az esetben kisebb lesz. Túlhűtésen áteső forró víz esetén a túlhűtött víznek nincs védő felületi jégrétege. Ezért a nyitott tetején keresztül sokkal gyorsabban veszít hőt.

Amikor a túlhűtési folyamat véget ér és a víz megfagy, sokkal több hőt veszítenek, és így több jég képződik.

Ennek a hatásnak a kutatói közül sokan a hipotermiát tartják a fő tényezőnek az Mpemba-hatás esetében.

Konvekció

A hideg víz felülről kezd megfagyni, ami rontja a hősugárzás és a konvekció folyamatait, és ezáltal a hőveszteséget, míg a meleg víz alulról fagyni kezd.

Ezt a hatást a víz sűrűségének anomáliája magyarázza. A víz maximális sűrűsége 4 C. Ha a vizet 4 C-ra hűtjük és alacsonyabb hőmérsékletre állítjuk, a felszíni vízréteg gyorsabban megfagy. Mivel ez a víz kevésbé sűrű, mint a 4°C-os víz, a felszínen marad, és vékony hideg réteget képez. Ilyen körülmények között rövid ideig vékony jégréteg képződik a víz felszínén, de ez a jégréteg szigetelőként védi az alsó vízrétegeket, amelyek 4 C-os hőmérsékleten maradnak. , a további hűtés lassabb lesz.

A melegvíz esetében teljesen más a helyzet. A víz felszíni rétege a párolgás és a nagyobb hőmérsékletkülönbség miatt gyorsabban lehűl. Ezenkívül a hidegvizes rétegek sűrűbbek, mint a melegvizes rétegek, így a hidegvizes réteg lesüllyed, és a melegvizes réteget a felszínre emeli. Ez a vízkeringés biztosítja a gyors hőmérséklet-csökkenést.

De miért nem éri el ez a folyamat az egyensúlyi pontot? Az Mpemba-effektusnak a konvekció ezen szemszögéből való magyarázatához szükséges lenne azt feltételezni, hogy a hideg és a meleg vízréteg elválik, és maga a konvekciós folyamat folytatódik, miután az átlagos vízhőmérséklet 4 C alá csökken.

Nincs azonban olyan kísérleti bizonyíték, amely alátámasztja ezt a hipotézist, miszerint a hideg és a meleg vízrétegeket konvekció választja el egymástól.

vízben oldott gázok

A víz mindig tartalmaz benne oldott gázokat - oxigént és szén-dioxidot. Ezek a gázok képesek csökkenteni a víz fagyáspontját. A víz felmelegítése során ezek a gázok felszabadulnak a vízből, mert vízben való oldhatóságuk magas hőmérsékleten alacsonyabb. Ezért a forró víz hűtésekor mindig kevesebb oldott gáz van benne, mint a fűtetlen hideg vízben. Ezért a felmelegített víz fagypontja magasabb, és gyorsabban fagy meg. Ezt a tényezőt néha a fő tényezőnek tekintik az Mpemba-effektus magyarázatában, bár ezt a tényt nem igazolják kísérleti adatok.

Hővezető

Ez a mechanizmus jelentős szerepet játszhat, ha vizet helyeznek a hűtőszekrény fagyasztóba kis tartályokban. Ilyen körülmények között megfigyelhető, hogy a forró vizet tartalmazó tartály megolvasztja az alatta lévő fagyasztó jegét, ezáltal javítva a fagyasztó falával való termikus érintkezést és a hővezető képességet. Ennek eredményeként a hő gyorsabban távozik a melegvíz-tartályból, mint a hidegből. A hideg vizes tartály viszont nem olvasztja meg alatta a havat.

Mindezeket (és más) körülményeket számos kísérletben tanulmányozták, de egyértelmű választ nem kaptak arra a kérdésre, hogy melyikük biztosítja az Mpemba-effektus 100%-os reprodukcióját.

Így például 1995-ben David Auerbach német fizikus a víz túlhűtésének hatását tanulmányozta erre a hatásra. Felfedezte, hogy a túlhűtött állapotot elérő forró víz magasabb hőmérsékleten fagy meg, mint a hideg víz, ezért gyorsabban, mint az utóbbi. De a hideg víz gyorsabban éri el a túlhűtött állapotot, mint a forró víz, ezáltal kompenzálja a korábbi lemaradást.

Ráadásul Auerbach eredményei ellentmondtak a korábbi adatoknak, miszerint a forró víz a kevesebb kristályosodási centrum miatt nagyobb túlhűtést képes elérni. A vizet melegítve a benne oldott gázokat eltávolítják belőle, forralva pedig a benne oldott sók egy része kicsapódik.

Egyelőre csak egy dolgot lehet kijelenteni - ennek a hatásnak a megismétlődése alapvetően attól függ, hogy milyen körülmények között végzik a kísérletet. Pontosan azért, mert nem mindig reprodukálják.

Helló, kedves érdekes tények szerelmesei. Ma arról fogunk beszélni. De úgy gondolom, hogy a címben feltett kérdés egyszerűen abszurdnak tűnhet – de mindig osztatlanul bízni kell a hírhedt „józan észben”, és nem a szigorúan meghatározott tesztelési tapasztalatokban. Próbáljuk kitalálni, hogy miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg víz?

Történeti hivatkozás

Hogy a fagyos hideg és meleg víz kérdésében „nem minden tiszta” Arisztotelész műveiben szerepelt, majd F. Bacon, R. Descartes és J. Black is hasonló megjegyzéseket tett. A közelmúltban az „Mpemba-paradoxon” elnevezést is ehhez fűzték – egy tanganyikai iskolás, Erasto Mpemba neve után, aki ugyanezt a kérdést tette fel egy vendégfizikaprofesszornak.

A fiú kérdése nem a semmiből merült fel, hanem a fagylaltkeverékek konyhában történő hűtésének folyamatával kapcsolatos tisztán személyes megfigyelésekből. Természetesen az ott jelenlévő osztálytársak az iskolai tanárral együtt kinevették Mpembát – D. Osborne professzor személyesen végzett kísérleti ellenőrzése után azonban "elpárolgott" belőlük a vágy, hogy Erastót kigúnyolják. Sőt, Mpemba a professzorral közösen 1969-ben részletes leírást közölt erről a hatásról a Fizikaoktatásban - azóta a fenti elnevezés rögzül a tudományos irodalomban.

Mi a jelenség lényege?

A kísérlet felépítése meglehetősen egyszerű: más dolgok azonossága mellett azonos vékonyfalú edényeket vizsgálnak, amelyekben szigorúan egyenlő mennyiségű víz van, csak hőmérsékletben különböznek egymástól. Az edényeket a hűtőszekrénybe töltik, majd mindegyikben rögzítik a jégképződés előtti időt. A paradoxon az, hogy egy kezdetben forróbb folyadékot tartalmazó edényben ez gyorsabban megtörténik.

Hogyan magyarázza ezt a modern fizika?

A paradoxonnak nincs univerzális magyarázata, hiszen több párhuzamos folyamat megy végbe együtt, amelyek hozzájárulása eltérhet a konkrét kezdeti feltételektől - de egységes eredménnyel:

• a folyadék túlhűtési képessége - kezdetben a hideg víz hajlamosabb a hipotermiára, pl. folyékony marad, ha hőmérséklete már a fagypont alatt van
• gyorsított hűtés - a forró víz gőze jég mikrokristályokká alakul, amelyek visszaeséskor felgyorsítják a folyamatot, további "külső hőcserélőként" működve
• szigetelő hatás - a meleg vízzel ellentétben a hideg víz felülről lefagy, ami a konvekció és a sugárzás miatti hőátadás csökkenéséhez vezet

Számos más magyarázat is létezik (a legjobb hipotézis versenyét legutóbb a Brit Királyi Kémiai Társaság tartotta a közelmúltban, 2012-ben) - de még mindig nincs egyértelmű elmélet a beviteli feltételek kombinációinak minden esetére ...

Azt, hogy melyik víz fagy meg gyorsabban, meleg vagy hideg, számos tényező befolyásolja, de maga a kérdés kissé furcsának tűnik. Nyilvánvaló, és a fizikából is ismert, hogy a forró víznek még időre van szüksége, hogy lehűljön a hasonló hideg víz hőmérsékletére ahhoz, hogy jéggé alakuljon. ez a szakasz kihagyható, és ennek megfelelően időben nyer.

De arra a kérdésre, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg - az utcán fagyban, az északi szélességi körök bármelyik lakója tudja. Valójában tudományosan kiderül, hogy mindenesetre a hideg víznek egyszerűen gyorsabban meg kell fagynia.

Így tett a fizikatanár is, akit 1963-ban Erasto Mpemba iskolás keresett meg azzal a kéréssel, hogy magyarázza el, miért fagy tovább a leendő fagylalt hideg keveréke, mint egy hasonló, de forró.

"Ez nem világfizika, hanem valamiféle Mpemba fizika"

Akkor a tanár csak nevetett ezen, de Deniss Osborne fizikaprofesszor, aki valamikor ugyanabba az iskolába járt, ahol Erasto is tanult, kísérletileg megerősítette egy ilyen hatás létezését, bár erre akkor még nem volt magyarázat. . 1969-ben egy népszerű tudományos folyóiratban megjelent a két férfi közös cikke, akik leírták ezt a különös hatást.

Azóta egyébként annak a kérdésnek, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg, saját neve van - a hatás, vagy paradoxon, Mpemba.

A kérdés már régóta fennáll

Ilyen jelenség természetesen korábban is előfordult, és más tudósok munkái is megemlítették. Nemcsak az iskolás fiút érdekelte ez a kérdés, hanem Rene Descartes, sőt Arisztotelész is gondolkodott rajta egy időben.

Íme, csak megközelítések megoldására ez a paradoxon kezdett nézni csak a végén a huszadik században.

A paradoxon előfordulásának feltételei

A fagylalthoz hasonlóan nem csak a közönséges víz fagy meg a kísérlet során. Bizonyos feltételeknek teljesülniük kell ahhoz, hogy vitába kerülhessen, melyik víz fagy le gyorsabban – hideg vagy meleg. Mi befolyásolja ezt a folyamatot?

Most, a 21. században több lehetőséget is felvetettek, amelyek megmagyarázhatják ezt a paradoxont. Hogy melyik víz fagy le gyorsabban, meleg vagy hideg, attól függhet, hogy nagyobb a párolgási sebessége, mint a hideg víznek. Így a térfogata csökken, és a térfogat csökkenésével a fagyási idő is rövidebb lesz, mintha hasonló kezdeti térfogatú hideg vizet vennénk.

A fagyasztó már régóta kiolvasztva

Hogy melyik víz fagy le gyorsabban, és miért, azt befolyásolhatja a kísérlethez használt hűtőszekrény fagyasztójában esetleg jelen lévő hóborítás. Ha két azonos térfogatú tartályt veszünk, de az egyikben meleg, a másikban hideg víz van, akkor a melegvizes tartály megolvasztja alatta a havat, ezáltal javítva a hőszint érintkezését a hűtőszekrény falával. Egy hideg vizes tartály erre nem képes. Ha a hűtőszekrényben nincs ilyen hóval borított bélés, a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia.

Felső - alsó

A következőképpen magyarázzuk azt a jelenséget is, amikor a víz gyorsabban fagy le - melegen vagy hidegen. Bizonyos törvények betartásával a hideg víz a felső rétegekből fagyni kezd, amikor a forró víz fordítva - alulról felfelé kezd megfagyni. Kiderült, hogy a hideg víz, amelynek tetején helyenként már jégréteg is van, így rontja a konvekciós és hősugárzási folyamatokat, megmagyarázva, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg. Mellékeltek egy fotót az amatőr kísérletekből, és itt jól látható.

A hő kimegy, felfelé hajlik, és ott találkozik egy nagyon hideg réteggel. A hősugárzásnak nincs szabad útja, így a hűtési folyamat megnehezül. A meleg víznek egyáltalán nincsenek ilyen akadályai az útjában. Melyik fagy le gyorsabban - hidegen vagy melegen, amelytől a várható kimenetel függ, a választ kibővítheti azzal, hogy minden vízben vannak oldva bizonyos anyagok.

A víz összetételében lévő szennyeződések, mint az eredményt befolyásoló tényező

Ha nem csal, és ugyanolyan összetételű vizet használ, ahol bizonyos anyagok koncentrációja azonos, akkor a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia. De ha olyan helyzet áll elő, amikor az oldott kémiai elemek csak a forró vízben vannak jelen, míg a hideg víz nem rendelkezik velük, akkor a forró víznek lehetősége van korábban megfagyni. Ez azzal magyarázható, hogy a vízben oldott anyagok kristályosodási centrumokat hoznak létre, és ezeknek a központoknak kevés száma esetén a víz szilárd halmazállapotúvá alakulása nehézkes. Még a víz túlhűtése is lehetséges, abban az értelemben, hogy nulla alatti hőmérsékleten folyékony halmazállapotú lesz.

De ezek a verziók láthatóan nem feleltek meg a tudósoknak a végéig, és továbbra is dolgoztak ezen a kérdésen. 2013-ban egy szingapúri kutatócsoport azt mondta, hogy megfejtették az ősrégi rejtélyt.

Kínai tudósok egy csoportja azt állítja, hogy ennek a hatásnak a titka abban rejlik, hogy mekkora energia raktározódik a vízmolekulák között a kötéseiben, az úgynevezett hidrogénkötésekben.

A válasz kínai tudósoktól

További információk következnek, amelyek megértéséhez kémiai ismeretekre van szükség, hogy kitaláljuk, melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg. Mint tudják, két H (hidrogén) atomból és egy O (oxigén) atomból áll, amelyeket kovalens kötések tartanak össze.

De az egyik molekula hidrogénatomja vonzódik a szomszédos molekulákhoz, oxigénkomponensükhöz is. Ezeket a kötéseket hidrogénkötéseknek nevezzük.

Ugyanakkor érdemes megjegyezni, hogy ugyanakkor a vízmolekulák taszítóan hatnak egymásra. A tudósok megjegyezték, hogy amikor a vizet melegítik, megnő a molekulái közötti távolság, és ezt a taszító erők segítik elő. Kiderült, hogy hideg állapotban egy távolságot elfoglalva a molekulák között azt mondhatjuk, hogy megnyúlnak, és nagyobb az energiaellátásuk. Ez az energiatartalék szabadul fel, amikor a vízmolekulák közeledni kezdenek egymáshoz, vagyis lehűlés következik be. Kiderült, hogy a meleg vízben a nagyobb energiaellátás és a nulla alatti hőmérsékletre hűtött nagyobb felszabadulás gyorsabban megy végbe, mint a hideg vízben, amelynek kisebb az energiakészlete. Tehát melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg? Az utcán és a laboratóriumban fel kell lépnie a Mpemba paradoxonnak, és a forró víznek gyorsabban jéggé kell alakulnia.

De a kérdés még nyitott

Ennek a nyomnak csak elméleti megerősítése van - mindez gyönyörű képletekkel van megírva, és hihetőnek tűnik. De amikor a kísérleti adatokat, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hidegen vagy melegen, gyakorlati értelemben fogjuk értelmezni, és bemutatjuk az eredményeiket, akkor lehetőség nyílik a Mpemba-paradoxon kérdésének lezártnak tekinthető.

A kémia volt az egyik kedvenc tantárgyam az iskolában. Egyszer egy kémiatanár nagyon furcsa és nehéz feladatot adott nekünk. Adott nekünk egy listát azokról a kérdésekről, amelyekre kémiával kapcsolatban meg kellett válaszolnunk. Több napot kaptunk erre a feladatra, és használhattuk a könyvtárakat és más elérhető információforrásokat. Az egyik ilyen kérdés a víz fagyáspontjára vonatkozott. Nem emlékszem pontosan, hogyan hangzott a kérdés, de arról volt szó, hogy ha veszel két egyforma méretű favödröt, az egyikben forró, a másikban hideg (pontosan a megadott hőmérsékletű) víz, és elhelyezed. egy bizonyos hőmérsékletű környezetben melyik fagy meg gyorsabban? Természetesen a válasz azonnal felvetette magát - egy vödör hideg víz, de nekünk túl egyszerűnek tűnt. De ez nem volt elég a teljes válaszadáshoz, kémiai szempontból kellett bizonyítanunk. Minden gondolkodásom és kutatásom ellenére nem tudtam logikus következtetést levonni. Ezen a napon még úgy döntöttem, hogy kihagyom ezt a leckét, így soha nem tudtam meg a megoldást erre a rejtvényre.

Teltek-múltak az évek, és sok háztartási mítoszt tanultam a víz forráspontjáról és fagyáspontjáról, és egy mítosz azt mondta: "a forró víz gyorsabban fagy." Sok webhelyet megnéztem, de az információk túlságosan ellentmondásosak voltak. És ezek csak vélemények voltak, a tudomány szempontjából megalapozatlanok. És úgy döntöttem, hogy saját tapasztalataimat folytatom. Mivel nem találtam favödröt, fagyasztót, főzőlapot, vizet és digitális hőmérőt használtam. Tapasztalataim eredményeiről kicsit később beszélek. Először is megosztok veled néhány érdekes érvet a vízzel kapcsolatban:

A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. A legtöbb szakértő szerint a hideg víz gyorsabban fagy meg, mint a forró víz. De egy vicces jelenség (az úgynevezett Memba-effektus), ismeretlen okokból, az ellenkezőjét bizonyítja: a forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. A számos magyarázat egyike a párolgási folyamat: ha nagyon forró vizet helyezünk hideg környezetbe, akkor a víz elkezd elpárologni (a maradék víz gyorsabban megfagy). És a kémia törvényei szerint ez egyáltalán nem mítosz, és valószínűleg ezt akarta hallani tőlünk a tanár.

A forralt víz gyorsabban fagy meg, mint a csapvíz. A korábbi magyarázat ellenére egyes szakértők azzal érvelnek, hogy a szobahőmérsékletre hűtött forralt víznek gyorsabban meg kell fagynia, mert a forralás csökkenti az oxigén mennyiségét.

A hideg víz gyorsabban felforr, mint a forró. Ha a forró víz gyorsabban lefagy, akkor a hideg víz gyorsabban felforrhat! Ez ellentétes a józan ésszel, és a tudósok azzal érvelnek, hogy ez egyszerűen nem lehetséges. A forró csapvíznek gyorsabban kell forrnia, mint a hideg víznek. De ha forró vizet használ a forraláshoz, nem takarít meg energiát. Lehet, hogy kevesebb gázt vagy áramot használ, de a vízmelegítő ugyanannyi energiát használ fel, mint amennyi a hideg víz felmelegítéséhez szükséges. (A napenergia egy kicsit más.) A víz bojlerrel történő melegítése következtében üledék képződhet, így tovább tart a víz felmelegedése.

Ha sót adunk a vízhez, gyorsabban felforr. A só növeli a forráspontot (és ezért csökkenti a fagyáspontot – ezért egyes háziasszonyok egy kis kősót adnak a fagylalthoz). De ebben az esetben egy másik kérdés érdekel minket: meddig fog forrni a víz, és hogy a forráspont ebben az esetben 100 ° C fölé emelkedhet-e. Annak ellenére, amit a szakácskönyvek írnak, a tudósok azt mondják, hogy a forrásban lévő vízhez hozzáadott só mennyisége nem elegendő ahhoz, hogy befolyásolja a forralás idejét vagy hőmérsékletét.

De itt van, amit kaptam:

Hideg víz: Három 100 ml-es üvegpohár tisztított vizet használtam: egy szobahőmérsékletű (22 °C), egy forró víz (115 °F/46 °C) és egy forralt (212 °F/100 °C). C). Mindhárom poharat a fagyasztóba tettem -18°C-ra. És mivel tudtam, hogy a víz nem válik azonnal jéggé, ezért a „fa úszó” segítségével határoztam meg a fagyás mértékét. Amikor a pohár közepére helyezett pálcika már nem érintette a talpat, azt hittem, hogy a víz megfagyott. Öt percenként megnéztem a szemüveget. És mik az eredményeim? Az első pohárban lévő víz 50 perc múlva megfagyott. A forró víz 80 perc után megfagyott. Főtt - 95 perc múlva. Következtetéseim: Figyelembe véve a fagyasztó körülményeit és a használt vizet, nem tudtam reprodukálni a Memba hatást.

Ezt a kísérletet korábban felforralt, szobahőmérsékletűre hűtött vízzel is kipróbáltam. 60 perc alatt megdermedt – még mindig tovább tartott, mint a hideg vízben.

Forralt víz: vettem egy liter szobahőmérsékletű vizet, és tűzre tettem. 6 perc alatt felforrt. Ezután ismét szobahőmérsékletűre hűtöttem és a forróhoz adtam. Ugyanazzal a tűzzel a forró víz 4 óra 30 perc alatt felforrt. Következtetés: a várakozásoknak megfelelően a forró víz sokkal gyorsabban forr.

Forralt víz (sóval): 1 liter vízhez tettem 2 nagy evőkanál konyhasót. 6 perc 33 másodperc alatt felforrt, és ahogy a hőmérő mutatta, elérte a 102°C-ot. A só kétségtelenül befolyásolja a forráspontot, de nem sokat. Következtetés: a vízben lévő só nem befolyásolja jelentősen a hőmérsékletet és a forrási időt. Bevallom őszintén, hogy a konyhámat nehéz laboratóriumnak nevezni, és talán a következtetéseim ellentétesek a valósággal. Előfordulhat, hogy a fagyasztóm egyenetlenül lefagyasztja az élelmiszereket. Lehet, hogy szabálytalan az üvegszemüvegem stb. De bármi is történik a laboratóriumban, amikor a konyhában víz fagyasztásáról vagy forralásáról van szó, a legfontosabb a józan ész.

link érdekes tényekkel a vízről és a vízről
a forum.ixbt.com fórumon javasoltak szerint ezt a hatást (a meleg víz gyorsabb lefagyasztásának hatását, mint a hideg vizet) "Arisztotelész-Mpemba effektusnak" nevezik.

Azok. a forralt víz (hűtve) gyorsabban lefagy, mint a "nyers"

A víz a világ egyik legcsodálatosabb folyadéka, amely szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik. Például a jég szilárd folyékony halmazállapotú, fajsúlya kisebb, mint maga a víz, ami sok szempontból lehetővé tette az élet kialakulását és fejlődését a Földön. Ezen túlmenően a tudományhoz közeli, sőt a tudományos világban viták folynak arról, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg. Aki bizonyos körülmények között bebizonyítja egy forró folyadék gyorsabb lefagyasztását, és döntését tudományosan alátámasztja, az 1000 font díjat kap a Brit Királyi Kémikusok Társaságától.

Háttér

Az a tény, hogy a meleg víz számos körülmény között megelőzi a hideg vizet a fagyás sebességét tekintve, már a középkorban észrevették. Francis Bacon és René Descartes rengeteg erőfeszítést tett a jelenség magyarázatára. A klasszikus hőtechnika szemszögéből azonban ez a paradoxon nem magyarázható, és szemérmesen próbálták elhallgatni. A vita folytatásának ösztönzője egy kissé furcsa történet volt, amely a tanzániai iskolás Erasto Mpembával (Erasto Mpemba) történt 1963-ban. Egyszer egy desszertkészítési órán egy főzőiskolában egy fiúnak, akit más dolgok tereltek el, nem volt ideje időben lehűteni a fagylaltkeveréket, és forró tejes cukoroldatot tenni a fagyasztóba. Meglepetésére a termék valamivel gyorsabban hűlt le, mint a gyakorló társai, akik megfigyelték a fagylaltkészítés hőmérsékleti rendszerét.

A fiú a jelenség lényegét próbálva megérteni egy fizikatanárhoz fordult, aki a részletekbe nem bocsátkozva kigúnyolta kulináris kísérleteit. Erastót azonban irigylésre méltó kitartás jellemezte, és már nem tejjel, hanem vízzel folytatta kísérleteit. Gondoskodott arról, hogy bizonyos esetekben a forró víz gyorsabban fagyjon meg, mint a hideg.

A Dar es Salaam Egyetemre lépve Erasto Mpembe részt vett Dennis G. Osborne professzor előadásán. A diploma megszerzése után a diák zavarba ejtette a tudóst a víz hőmérsékletétől függően fagyás sebességének problémájával. DG Osborne már a kérdés feltevésén is nevetségessé tette, és dühösen kijelentette, hogy minden vesztes tudja, hogy a hideg víz gyorsabban megfagy. A fiatalember természetes szívóssága azonban éreztette magát. Fogadást kötött a professzorral, és felajánlotta, hogy itt, a laboratóriumban végez egy kísérleti tesztet. Az Erasto két tartály vizet helyezett a fagyasztóba, az egyiket 35 °C-os, a másikat pedig 100 °C-os. Mi volt a meglepetése a professzornak és a környező "rajongóknak", amikor a második tartályban gyorsabban fagyott meg a víz. Azóta ezt a jelenséget "Mpemba-paradoxonnak" hívják.

A mai napig azonban nincs koherens elméleti hipotézis, amely megmagyarázná az "Mpemba-paradoxont". Nem világos, hogy milyen külső tényezők, a víz kémiai összetétele, a benne oldott gázok és ásványi anyagok jelenléte befolyásolják a folyadékok fagyásának sebességét különböző hőmérsékleteken. Az "Mpemba-effektus" paradoxona, hogy ellentmond az I. Newton által felfedezett egyik törvénynek, amely szerint a víz lehűlési ideje egyenesen arányos a folyadék és a környezet hőmérséklet-különbségével. És ha az összes többi folyadékra teljesen ez a törvény vonatkozik, akkor bizonyos esetekben a víz kivétel.

Miért fagy le gyorsabban a forró víz?t

Számos változat létezik arra vonatkozóan, hogy miért fagy le gyorsabban a forró víz, mint a hideg. A főbbek a következők:

• a forró víz gyorsabban elpárolog, miközben térfogata csökken, és kisebb térfogatú folyadék gyorsabban lehűl - ha a vizet + 100 ° С-ról 0 ° С-ra hűtik, a légköri nyomáson a térfogatveszteség eléri a 15% -ot;
• a folyadék és a környezet közötti hőcsere intenzitása minél nagyobb, annál nagyobb a hőmérséklet-különbség, így a forrásban lévő víz hővesztesége gyorsabban halad át;
• amikor a forró víz lehűl, a felületén jégkéreg képződik, amely megakadályozza a folyadék teljes megfagyását és elpárolgását;
• magas vízhőmérsékleten konvekciós keveredés következik be, csökkentve a fagyasztási időt;
• a vízben oldott gázok csökkentik a fagyáspontot, energiát vesznek fel a kristályképzéshez - a forró vízben nincsenek oldott gázok.

Mindezeket a feltételeket ismételt kísérleti ellenőrzésnek vetették alá. David Auerbach német tudós különösen azt találta, hogy a forró víz kristályosodási hőmérséklete valamivel magasabb, mint a hideg vízé, ami lehetővé teszi az előbbi gyorsabb lefagyasztását. Később azonban bírálat érte kísérleteit, és sok tudós meg van győződve arról, hogy az „Mpemba-effektus”, amelyről a víz gyorsabban fagy - melegen vagy hidegen - csak bizonyos feltételek mellett reprodukálható, amelyeket eddig senki sem keresett és konkretizált.