Katera voda se hitreje zamrzne: topla ali hladna? Od česa je odvisno?

Dejstvo, da voda zamrzne hitreje, vroče ali hladno, vplivajo številni dejavniki, toda vprašanje se zdi malo čudno. To je implicitno in iz fizike je znano, da vroča voda še vedno potrebuje čas, da se ohladi, da se temperatura hladne vode primerja s pretvorbo v led. Hladno vodo lahko preskočimo v tej fazi in s tem zmagamo pravočasno. Toda vsak prebivalec severnih zemljepisnih širin pozna odgovor na vprašanje, katera voda prehladi hladno ali vroče zunaj. Dejansko se znanstveno izkaže, da mora v vsakem primeru hladno vodo preprosto zamrzniti hitreje.

Mislil sem, in učitelj fizike, ki je postala študenta Erasto Mpemba leta 1963 s prošnjo, da pojasni, zakaj je hladno zmes prihodnost sladoled zamrznjen več kot podobna, vendar je vroče.

"To ni svetovna fizika, ampak nekakšna fizika Mpemba"

V tistem času, učitelj samo smejali o tem, vendar Deniss Osborne, profesor fizike, ki je nekoč peljal v isto šolo, kjer je študiral Erasto, eksperimentalno potrdili obstoj takega učinka, čeprav je obrazložitev, če ne bi bilo. Leta 1969 je v priljubljeni znanstveni reviji izšel skupni članek teh dveh ljudi, ki so opisali ta poseben učinek. Od takrat, mimogrede, vprašanje, kje voda zamrzne hitreje - vroče ali hladno, ima svoj lasten učinek ali paradoks, Mpemba.

Vprašanje se je zgodilo dolgo nazaj

Seveda je ta pojav obstajal že pred tem in je bil omenjen v delih drugih znanstvenikov. Tega vprašanja ni zanimal samo šolar, temveč je razmišljal tudi o svojem času Francis Bacon, Rene Descartes in celo Aristotel. Le pristopi k rešitvi tega paradoksa so začeli gledati šele konec dvajsetega stoletja.

Pogoji za pojav paradoksov

Kot v primeru sladoleda, med poskusom ne zgolj običajna voda zamrzne. Obstajati morajo določeni pogoji za začetek argumentiranja, katere vode zamrznejo hitreje - hladno ali vroče. Kaj vpliva na potek tega procesa?

Zdaj, v 21. stoletju, je bilo predlaganih več možnosti, ki lahko razložijo dan paradoks. Dejstvo, da voda zamrzne hitreje, vroče ali hladno, je lahko odvisna od tega, topla voda Obstaja večja hitrost izhlapevanja kot v mrazu. Tako se njen obseg zmanjša, z zmanjšanjem prostornine pa čas zamrzovanja postane manjši kot če vzamemo podoben začetni volumen hladne vode.

Dolgo časa je zamrzovalnik odmrznjen

Dejstvo, da voda hitreje zamrzne in zakaj se to zgodi, lahko vpliva na snežno oblogo, ki se lahko izvede v zamrzovalniku hladilnika, uporabljenega za poskus. Če vzamemo dve posodi sta enaka po velikosti, vendar se v eni od njih bo vroče vode, in v drugi - hladno vodo posodo z vročo talino pod snegom, s čimer se izboljša toplotno kontaktni sloj s steno hladilnika. Posoda s hladno vodo to ne more storiti. Če v hladilniku ni snežne obloge, mora hladna voda hitreje zamrzniti.

Zgoraj spodaj

Tudi zaradi katerega se voda hitreje zamrzne - vroča ali hladna, je razložena kot sledi. Po določenih zakonih hladna voda začenja zamrzniti iz zgornjih plasti, ko vroče deluje nasprotno - začne se zamrzniti od spodaj navzgor. Zato se zdi, da je hladna voda, ki ima zgornji sloj z mrazu že tvori led sama poslabša Torej procese konvekcijo in toplotno sevanje, s čimer je pojasnjeno, kaj voda zamrzne hitreje - toplo ali hladno. Fotografije amaterskih eksperimentov so priložene, tukaj pa je jasno vidno.

Toplota se izteka, nagiba navzgor in tam se sreča z zelo ohlajenim slojem. Ni proste poti za toplotno sevanje, zato je proces hlajenja otežen. Takšne ovire na svoji poti nimajo vroče vode. Kateri hitreje zamrzne - hladno ali vroče, na katerem je odvisen verjeten izid, lahko razširite odgovor tako, da je v vodi v vodi raztopljena določena snov.

Nečistote v vodi kot dejavnik, ki vpliva na izid

Če ne goljufate in uporabite vodo z enako sestavo, kjer so koncentracije določenih snovi enake, mora hladna voda hitreje zamrzniti. Ampak, če obstaja situacija, ko so raztopljeni kemični elementi na voljo samo v vroči vodi, in hladna voda jih nima pri tem, potem obstaja možnost, da se vroča voda zamrzne prej. To se razlaga z dejstvom, da raztopljene snovi v vodi ustvarjajo centre kristalizacije, in z majhnim številom teh centrov je preoblikovanje vode v trdnem stanju težavno. Celo možno je podcoolirati vodo, v smislu, da je pri minusni temperaturi v tekočem stanju.

Toda vse te različice, očitno, niso popolnoma zadovoljile znanstvenikov in še naprej delajo na tem vprašanju. Leta 2013 je skupina raziskovalcev v Singapurju dejala, da jim je uspelo rešiti staro staro zagonetko. Skupina kitajskih znanstvenikov trdi, da je skrivnost tega učinka količina energije, ki je shranjena med vodnimi molekulami v svojih vezeh, imenovanih vodikovih.

Rešitev kitajskih znanstvenikov

Nato sledi informacijam, da bi razumeli, za kaj je potrebno imeti znanje iz kemije, da bi razumeli, kateri vodi zamrzne hitreje - vroče ali hladno. Kot veste, molekula vode je sestavljen iz dveh atomov H (vodik) in enega atoma O (kisika), ki sta skupaj z kovalentnimi vezmi.

Toda tudi atomi vodika ene molekule privlačijo sosednje molekule, v svojo komponento kisika. Te povezave se imenujejo vodikove vezi.

Ne smemo pozabiti, da istočasno molekule vode delujejo drug proti drugemu odvratno. Znanstveniki so opozorili, da se voda med segrevanjem vode med molekulami poveča, to pa olajša samo odbojne sile. Izkazalo se je vodikove vezi, ki se nahajajo na eni razdalji med molekulami v hladnem stanju, se lahko rečejo, raztegnjene in imajo večjo dobavo energije. Ta energijski rezervat se sprošča, ko se molekule vode začnejo približevati drugam, to je hlajenje. Izkazalo se je, da večja oskrba z energijo v vroči vodi in njena večja sproščenost pri ohlajeni na minus temperature poteka hitreje kot v hladni vodi, ki ima manj energije. Torej, katera voda zamrzne hitreje - hladna ali vroča? Na ulici in v laboratoriju se mora pojaviti paradoks Mpemba, hitra voda pa se mora hitreje spremeniti v led.

Toda vprašanje je še vedno odprto

Obstaja samo teoretična potrditev tega pojma - vse to je napisano v lepih formulah in zdi se verjetno. Toda, ko bodo podatki o eksperimentih, ki jih voda hitreje zamrzne - vroče ali hladno, bodo predstavljena v praktičnem pomenu in predstavljeni bodo rezultati, potem se lahko vprašanje paradoksa Membba šteje za zaprto.