Maji baridi au ya moto. Video: ambayo maji hufungia kwa kasi - moto au baridi

Moja ya somo nililopenda sana shuleni lilikuwa kemia. Mara moja mwalimu wa kemia alitupa kazi ya ajabu sana na ngumu. Alitupa orodha ya maswali ambayo tulipaswa kujibu katika suala la kemia. Tulipewa siku kadhaa kwa kazi hii na tukaruhusiwa kutumia maktaba na vyanzo vingine vya habari vilivyopatikana. Moja ya maswali haya yalihusu kiwango cha kuganda cha maji. Sikumbuki jinsi swali lilivyosikika, lakini ilikuwa juu ya ukweli kwamba ikiwa unachukua ndoo mbili za mbao za ukubwa sawa, moja na maji ya moto, nyingine na baridi (pamoja na halijoto maalum), na uziweke katika mazingira yenye halijoto fulani, ni ipi itaganda haraka? Bila shaka, jibu mara moja lilipendekeza yenyewe - ndoo ya maji baridi, lakini tulifikiri ni rahisi sana. Lakini hii haikutosha kutoa jibu kamili; tulihitaji kudhibitisha kutoka kwa maoni ya kemikali. Licha ya mawazo na utafiti wangu wote, sikuweza kufikia mkataa wenye mantiki. Hata niliamua kuruka somo hili siku hiyo, kwa hivyo sikujifunza suluhu ya kitendawili hiki.

Miaka ilipita, na nilijifunza hadithi nyingi za kila siku juu ya kiwango cha kuchemsha na kiwango cha kuganda kwa maji, na hadithi moja ilisema: " maji ya moto kuganda kwa kasi." Niliangalia tovuti nyingi, lakini habari ilikuwa ya kupingana sana. Na haya yalikuwa maoni tu, yasiyo na msingi kutoka kwa mtazamo wa kisayansi. Na niliamua kutumia uzoefu mwenyewe. Kwa kuwa sikuweza kupata ndoo za mbao, nilitumia freezer, jiko, maji na kipimajoto cha dijiti. Nitakuambia juu ya matokeo ya uzoefu wangu baadaye kidogo. Kwanza, nitashiriki nanyi hoja za kuvutia kuhusu maji:

Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Wataalamu wengi wanasema kwamba maji baridi yatafungia kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto. Lakini jambo moja la kuchekesha (kinachojulikana athari ya Memba), kwa sababu zisizojulikana, inathibitisha kinyume chake: Maji ya moto huganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Moja ya maelezo kadhaa ni mchakato wa uvukizi: ikiwa maji ya moto sana yanawekwa kwenye mazingira ya baridi, maji yataanza kuyeyuka (kiasi kilichobaki cha maji kitafungia kwa kasi). Na kulingana na sheria za kemia, hii sio hadithi hata kidogo, na uwezekano mkubwa ndivyo mwalimu alitaka kusikia kutoka kwetu.

Maji ya kuchemsha yanafungia kwa kasi maji ya bomba. Licha ya maelezo ya awali, baadhi ya wataalam wanasema kuwa maji ya kuchemsha Inapopozwa kwa joto la kawaida, inapaswa kufungia kwa kasi kwa sababu kuchemsha hupunguza kiasi cha oksijeni.

Maji baridi huchemka haraka kuliko maji ya moto. Ikiwa maji ya moto yanafungia kwa kasi, basi labda maji baridi huchemka haraka! Hii inapingana akili ya kawaida na wanasayansi wanasema kwamba hii haiwezi kuwa. Maji ya bomba ya moto yanapaswa kuchemka haraka kuliko maji baridi. Lakini kutumia maji ya moto kuchemsha hakuokoa nishati. Unaweza kutumia gesi au mwanga kidogo, lakini hita ya maji itatumia kiasi sawa cha nishati inayohitajika kupasha maji baridi. (NA nguvu ya jua mambo ni tofauti kidogo). Kama matokeo ya kupokanzwa maji kwa hita ya maji, sediment inaweza kuonekana, kwa hivyo maji itachukua muda mrefu kuwasha.

Ikiwa unaongeza chumvi kwa maji, ita chemsha haraka. Chumvi huongeza kiwango cha kuchemsha (na ipasavyo hupunguza kiwango cha kufungia - ndiyo sababu mama wengine wa nyumbani huongeza chumvi kidogo kwenye ice cream yao). chumvi ya mwamba) Lakini tuko ndani kwa kesi hii Ninavutiwa na swali lingine: maji yatachukua muda gani kuchemsha na ikiwa kiwango cha kuchemsha katika kesi hii kinaweza kuongezeka zaidi ya 100 ° C). Licha ya kile ambacho vitabu vya upishi vinasema, wanasayansi wanasema kwamba kiasi cha chumvi tunachoongeza kwa maji ya moto haitoshi kuathiri wakati wa kuchemsha au joto.

Lakini hii ndio nilipata:

Maji baridi: Nilitumia glasi tatu za mililita 100 za maji yaliyotakaswa: glasi moja yenye joto la kawaida (72°F/22°C), moja na maji ya moto (115°F/46°C), na moja na maji yaliyochemshwa (212). °F/100°C). Niliweka glasi zote tatu kwenye jokofu kwa -18°C. Na kwa kuwa nilijua kuwa maji hayangegeuka kuwa barafu mara moja, niliamua kiwango cha kufungia kwa kutumia "kuelea kwa mbao". Wakati fimbo iliyowekwa katikati ya glasi haikugusa tena msingi, niliona maji kuwa yameganda. Niliangalia glasi kila baada ya dakika tano. Na matokeo yangu ni nini? Maji kwenye glasi ya kwanza yaliganda baada ya dakika 50. Maji ya moto yaliganda baada ya dakika 80. Kuchemsha - baada ya dakika 95. Matokeo yangu: Kwa kuzingatia hali ya friji na maji niliyotumia, sikuweza kuzalisha athari ya Memba.

Nilijaribu pia jaribio hili na maji yaliyochemshwa hapo awali ambayo yalikuwa yamepozwa kwa joto la kawaida. Iliganda ndani ya dakika 60 - bado ilichukua muda mrefu kuliko maji baridi kuganda.

Maji ya kuchemsha: Nilichukua lita moja ya maji kwenye joto la kawaida na kuiweka kwenye moto. Ilichemka kwa dakika 6. Kisha niliipoza tena kwa joto la kawaida na kuiongeza wakati ilikuwa ya moto. Kwa moto huo huo, maji ya moto yalichemshwa kwa masaa 4 na dakika 30. Hitimisho: Kama inavyotarajiwa, maji ya moto huchemka haraka sana.

Maji ya kuchemsha (pamoja na chumvi): Niliongeza vijiko 2 vikubwa vya chumvi kwa lita 1 ya maji. Ilichemka kwa dakika 6 sekunde 33, na kama kipimajoto kilivyoonyesha, kilifikia joto la 102°C. Bila shaka, chumvi huathiri kiwango cha kuchemsha, lakini sio sana. Hitimisho: chumvi katika maji haiathiri sana joto na wakati wa kuchemsha. Ninakubali kwa uaminifu kwamba jikoni yangu haiwezi kuitwa maabara, na labda hitimisho langu linapingana na ukweli. Friji yangu inaweza isigandishe chakula sawasawa. Miwani yangu ya glasi inaweza kuwa sura isiyo ya kawaida, Na kadhalika. Lakini haijalishi nini kitatokea hali ya maabara, Lini tunazungumzia Linapokuja kufungia au kuchemsha maji jikoni, jambo muhimu zaidi ni akili ya kawaida.

kiungo na ukweli wa kuvutia kuhusu waterall kuhusu maji
kama inavyopendekezwa kwenye jukwaa la forum.ixbt.com, athari hii (athari ya maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi) inaitwa "athari ya Aristotle-Mpemba"

Wale. Maji ya kuchemsha (yaliyopozwa) yanafungia kwa kasi zaidi kuliko maji "ghafi".

Kuna sababu nyingi zinazoathiri maji ambayo huganda haraka, moto au baridi, lakini swali lenyewe linaonekana kuwa la kushangaza kidogo. Maana yake, na hii inajulikana kutoka kwa fizikia, ni kwamba maji ya moto bado yanahitaji muda wa kupoa hadi joto la maji baridi yanalinganishwa ili kugeuka kuwa barafu. Maji baridi yanaweza kuruka hatua hii, na, ipasavyo, inapata wakati.

Lakini jibu la swali ambalo maji hufungia kwa kasi - baridi au moto - nje ya baridi, mkazi yeyote wa latitudo za kaskazini anajua. Kwa kweli, kisayansi, inageuka kuwa kwa hali yoyote, maji baridi yanafungwa tu kufungia kwa kasi.

Mwalimu wa fizikia, ambaye alifikiwa na mvulana wa shule Erasto Mpemba mnamo 1963, alifikiria jambo lile lile na ombi la kuelezea kwa nini mchanganyiko baridi wa ice cream ya siku zijazo huchukua muda mrefu kuganda kuliko ile inayofanana, lakini ya moto.

"Hii sio fizikia ya ulimwengu wote, lakini aina fulani ya fizikia ya Mpemba"

Wakati huo, mwalimu alicheka tu kwa hii, lakini Deniss Osborne, profesa wa fizikia, ambaye wakati mmoja alitembelea shule hiyo hiyo ambayo Erasto alisoma, alithibitisha kwa majaribio uwepo wa athari kama hiyo, ingawa hakukuwa na maelezo yake wakati huo. Mnamo 1969, katika maarufu jarida la kisayansi nakala ya pamoja ilichapishwa na watu hawa wawili ambao walielezea athari hii ya kipekee.

Tangu wakati huo, kwa njia, swali ambalo maji hufungia kwa kasi - moto au baridi - ina jina sahihi- athari, au kitendawili, cha Mpemba.

Swali limekuwepo kwa muda mrefu

Kwa kawaida, jambo kama hilo lilifanyika hapo awali, na lilitajwa katika kazi za wanasayansi wengine. Sio tu mtoto wa shule aliyependezwa na suala hili, lakini Rene Descartes na hata Aristotle pia walifikiria juu yake wakati mmoja.

Lakini walianza kutafuta njia za kutatua kitendawili hiki tu mwishoni mwa karne ya ishirini.

Masharti ya kutokea kwa kitendawili

Kama ilivyo kwa aiskrimu, sio maji ya kawaida tu ambayo huganda wakati wa jaribio. Masharti fulani lazima yawepo ili kuanza kubishana juu ya ni maji gani huganda haraka - baridi au moto. Ni nini kinachoathiri mwendo wa mchakato huu?

Sasa, katika karne ya 21, chaguzi kadhaa zimewekwa mbele ambazo zinaweza kuelezea kitendawili hiki. Ambayo maji huganda haraka, moto au baridi, inaweza kutegemea ukweli kwamba ina kiwango cha juu cha uvukizi kuliko maji baridi. Kwa hivyo, kiasi chake hupungua, na kiasi kinapungua, wakati wa kufungia unakuwa mfupi kuliko ikiwa tunachukua kiasi sawa cha awali cha maji baridi.

Muda umepita tangu utengeneze freezer.

Ni maji gani huganda kwa haraka na kwa nini hii hutokea inaweza kuathiriwa na safu ya theluji ambayo inaweza kuwa kwenye friji ya friji inayotumiwa kwa majaribio. Ikiwa unachukua vyombo viwili vinavyofanana kwa kiasi, lakini moja yao ina maji ya moto na baridi nyingine, chombo kilicho na maji ya moto kitayeyusha theluji chini, na hivyo kuboresha mawasiliano ya kiwango cha joto na ukuta wa jokofu. Chombo cha maji baridi hawezi kufanya hivyo. Ikiwa hakuna bitana kama hiyo na theluji kwenye chumba cha jokofu, maji baridi yanapaswa kufungia haraka.

Juu - chini

Pia, jambo ambalo maji huganda haraka - moto au baridi - inaelezewa kama ifuatavyo. Kufuatia sheria fulani, maji baridi huanza kufungia kutoka kwenye tabaka za juu, wakati maji ya moto yanafanya kinyume - huanza kufungia kutoka chini kwenda juu. Inabadilika kuwa maji baridi, yakiwa na safu baridi juu na barafu tayari imeundwa mahali, na hivyo huzidisha michakato ya upitishaji na. mionzi ya joto, na hivyo kuelezea ni maji gani huganda kwa kasi - baridi au moto. Picha kutoka kwa majaribio ya wasomi zimeambatishwa, na hii inaonekana wazi hapa.

Joto hutoka, hukimbilia juu, na huko hukutana na safu ya baridi sana. Hakuna njia ya bure ya mionzi ya joto, hivyo mchakato wa baridi unakuwa mgumu. Maji ya moto hayana vizuizi kama hivyo katika njia yake. Ni ipi inayoganda haraka - baridi au moto, ni nini huamua matokeo yanayowezekana? Unaweza kupanua jibu kwa kusema kwamba maji yoyote yana vitu fulani vilivyoyeyushwa ndani yake.

Uchafu katika maji kama sababu inayoathiri matokeo

Ikiwa huna kudanganya na kutumia maji na utungaji sawa, uko wapi? vitu fulani zinafanana, basi maji baridi yanapaswa kufungia haraka. Lakini ikiwa hali hutokea wakati kufutwa vipengele vya kemikali zinapatikana tu katika maji ya moto, na maji baridi hawana yao, basi kuna uwezekano wa maji ya moto kufungia mapema. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba vitu vilivyoharibiwa katika maji huunda vituo vya crystallization, na kwa idadi ndogo ya vituo hivi, mabadiliko ya maji katika hali imara ni vigumu. Inawezekana hata kwamba maji yatakuwa supercooled, kwa maana kwamba katika joto la chini ya sifuri itakuwa katika hali ya kioevu.

Lakini matoleo haya yote, inaonekana, hayakufaa kabisa wanasayansi na waliendelea kufanya kazi juu ya suala hili. Mnamo 2013, timu ya watafiti huko Singapore walisema walikuwa wametatua fumbo la zamani.

Kundi la wanasayansi wa Kichina wanadai kwamba siri ya athari hii iko katika kiasi cha nishati ambacho huhifadhiwa kati ya molekuli za maji katika vifungo vyake, vinavyoitwa vifungo vya hidrojeni.

Jibu kutoka kwa wanasayansi wa China

Ifuatayo ni habari, kuelewa ambayo unahitaji kuwa na maarifa fulani ya kemia ili kuelewa ni maji gani huganda haraka - moto au baridi. Kama inavyojulikana, ina atomi mbili za H (hidrojeni) na atomi moja ya O (oksijeni), iliyoshikiliwa pamoja na vifungo vya ushirika.

Lakini pia atomi za hidrojeni za molekuli moja huvutiwa na molekuli za jirani, kwa sehemu yao ya oksijeni. Vifungo hivi huitwa vifungo vya hidrojeni.

Inafaa kukumbuka kuwa wakati huo huo, molekuli za maji zina athari ya kuchukiza kwa kila mmoja. Wanasayansi walibainisha kuwa wakati maji yanapokanzwa, umbali kati ya molekuli zake huongezeka, na hii inawezeshwa na nguvu za kukataa. Inatokea kwamba kwa kuchukua umbali sawa kati ya molekuli katika hali ya baridi, wanaweza kusema kunyoosha, na wana ugavi mkubwa wa nishati. Ni hifadhi hii ya nishati ambayo hutolewa wakati molekuli za maji zinaanza kusonga karibu na kila mmoja, yaani, baridi hutokea. Inageuka kuwa kuna hifadhi kubwa ya nishati katika maji ya moto, na kutolewa kwake zaidi wakati kilichopozwa joto la chini ya sifuri, hutokea kwa kasi zaidi kuliko katika maji baridi, ambayo ina hifadhi ndogo ya nishati hiyo. Kwa hivyo ni maji gani huganda haraka - baridi au moto? Mtaani na kwenye maabara, kitendawili cha Mpemba kitokee, na maji ya moto yageuke kuwa barafu haraka.

Lakini swali bado liko wazi

Kuna uthibitisho wa kinadharia tu wa suluhisho hili - yote yameandikwa fomula nzuri na inaonekana kuwa sawa. Lakini wakati data ya majaribio ambayo maji huganda haraka - moto au baridi - inapowekwa katika matumizi ya vitendo, na matokeo yao yanawasilishwa, basi swali la kitendawili cha Mpemba linaweza kuchukuliwa kuwa limefungwa.

Jumuiya ya Kifalme ya Kemia ya Uingereza inatoa zawadi ya £1,000 kwa yeyote anayeweza kueleza hatua ya kisayansi kuelewa kwa nini katika baadhi ya matukio maji ya moto huganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

"Sayansi ya kisasa bado haiwezi kujibu swali hili linaloonekana kuwa rahisi. Watengenezaji aiskrimu na wahudumu wa baa hutumia athari hii katika kazi zao za kila siku, lakini hakuna anayejua kwa nini inafanya kazi. Tatizo hili limejulikana kwa milenia nyingi, huku wanafalsafa kama vile Aristotle na Descartes wakifikiria kulihusu,” akasema Profesa David Phillips, msimamizi wa Jumuiya ya Kifalme ya Kemia ya Uingereza, kama ilivyonukuliwa katika taarifa ya vyombo vya habari ya Sosaiti.

Jinsi mpishi kutoka Afrika alivyomshinda profesa wa fizikia wa Uingereza

Huu sio utani wa Aprili Fool, lakini ukweli mkali wa kimwili. Sayansi ya kisasa, ambayo hufanya kazi kwa urahisi na galaksi na mashimo meusi, na hutengeneza vichapuzi vikubwa vya kutafuta quarks na bosons, haiwezi kueleza jinsi maji ya msingi "hufanya kazi." Kitabu cha kiada cha shule kinasema wazi kwamba inachukua muda zaidi kupoza mwili wa moto zaidi kuliko kupoza mwili wa baridi. Lakini kwa maji sheria hii haizingatiwi kila wakati. Aristotle aliangazia kitendawili hiki katika karne ya 4 KK. e. Hiki ndicho nilichoandika Kigiriki cha kale katika kitabu Meteorologicala I: “Uhakika wa kwamba maji hupashwa joto huchangia kuganda kwake. Kwa hiyo, watu wengi, wanapotaka kupoza maji ya moto kwa kasi, kwanza huiweka kwenye jua ... "Katika Zama za Kati, Francis Bacon na Rene Descartes walijaribu kuelezea jambo hili. Ole, sio wanafalsafa wakuu au wanasayansi wengi ambao walitengeneza thermofizikia ya classical walifanikiwa katika hili, na kwa hivyo ukweli kama huo usiofaa "ulisahaulika" kwa muda mrefu.

Na tu mnamo 1968 "walikumbuka" shukrani kwa mtoto wa shule Erasto Mpembe kutoka Tanzania, mbali na sayansi yoyote. Akiwa anasoma katika shule ya sanaa ya upishi mwaka 1963, Mpembe mwenye umri wa miaka 13 alipewa kazi ya kutengeneza aiskrimu. Kwa mujibu wa teknolojia, ilikuwa ni lazima kuchemsha maziwa, kufuta sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii na alisitasita. Kwa kuogopa kwamba hatafika mwisho wa somo, aliweka maziwa ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema zaidi kuliko maziwa ya wandugu wake, iliyoandaliwa kulingana na sheria zote.

Mpemba aliposhiriki ugunduzi wake na mwalimu wake wa fizikia, alimcheka mbele ya darasa zima. Mpemba akakumbuka tusi lile. Miaka mitano baadaye, tayari akiwa mwanafunzi wa chuo kikuu cha Dar es Salaam, alijikuta kwenye mhadhara mwanafizikia maarufu Denis G. Osborne. Baada ya mhadhara huo, alimuuliza mwanasayansi huyo swali: “Ukichukua vyombo viwili vinavyofanana vyenye kiasi sawa cha maji, kimoja 35 °C (95 °F) na kingine 100 °C (212 °F), na kuviweka. kwenye jokofu, kisha Maji kwenye chombo cha moto yataganda haraka. Kwa nini?" Unaweza kufikiria jinsi profesa wa Uingereza alivyojibu swali la kijana kutoka Godforsaken Tanzania. Alimdhihaki mwanafunzi. Hata hivyo, Mpemba alikuwa tayari kwa jibu hilo na akampa changamoto mwanasayansi huyo kwa dau. Mzozo wao uliisha kwa jaribio la majaribio ambalo lilithibitisha Mpemba alikuwa sahihi na Osborne akashindwa. Hivyo, mpishi mwanafunzi aliandika jina lake katika historia ya sayansi, na kuanzia sasa jambo hili linaitwa "athari ya Mpemba." Haiwezekani kuitupa, kuitangaza kuwa "haipo". Jambo hilo lipo, na, kama mshairi aliandika, "haidhuru."

Je, chembe za vumbi na miyeyusho ya kulaumiwa?

Kwa miaka mingi, wengi wamejaribu kufunua fumbo la maji ya kuganda. Kundi zima la maelezo ya jambo hili limependekezwa: uvukizi, convection, ushawishi wa dutu zilizoyeyushwa - lakini hakuna hata moja ya mambo haya inaweza kuchukuliwa kuwa ya uhakika. Wanasayansi kadhaa wamejitolea maisha yao yote kwa athari ya Mpemba. Mfanyakazi wa Idara ya Usalama wa Mionzi Chuo Kikuu cha Jimbo New York - James Brownridge - ndani muda wa mapumziko amekuwa akisoma kitendawili hicho kwa zaidi ya muongo mmoja sasa. Baada ya kufanya mamia ya majaribio, mwanasayansi anadai kuwa na ushahidi wa "hatia" ya hypothermia. Brownridge anaelezea kuwa saa 0 ° C, maji huwa supercooled tu, na huanza kufungia wakati joto linapungua chini. Sehemu ya kufungia inadhibitiwa na uchafu ndani ya maji - hubadilisha kiwango cha malezi ya fuwele za barafu. Uchafu, kama vile chembe za vumbi, bakteria na chumvi iliyoyeyushwa, huwa na halijoto ya viini vya hali ya juu wakati fuwele za barafu huunda karibu na vituo vya uangazaji. Wakati vipengele kadhaa vilivyopo katika maji mara moja, hatua ya kufungia imedhamiriwa na moja ambayo ina joto la juu la nucleation.

Kwa jaribio, Brownridge alichukua sampuli mbili za maji za halijoto sawa na kuziweka kwenye friji. Aligundua kuwa moja ya vielelezo kila mara iliganda kabla ya nyingine, labda kwa sababu ya mchanganyiko tofauti wa uchafu.

Brownridge anasema maji ya moto hupoa haraka kwa sababu kuna tofauti kubwa kati ya halijoto ya maji na friza - hii husaidia kufikia kiwango chake cha kuganda kabla ya maji baridi kufikia kiwango chake cha asili cha kuganda, ambacho ni angalau 5°C chini.

Walakini, mawazo ya Brownridge yanazua maswali mengi. Kwa hivyo, wale wanaoweza kueleza athari ya Mpemba kwa njia yao wenyewe wana nafasi ya kushindana kwa pauni elfu moja kutoka Jumuiya ya Kifalme ya Kemia ya Uingereza.

Maji ni moja ya vinywaji vya kushangaza zaidi ulimwenguni, ambayo ina mali isiyo ya kawaida. Kwa mfano, barafu hali imara kioevu, ina mvuto maalum chini kuliko maji yenyewe, ambayo yalifanya mengi tukio linalowezekana na maendeleo ya maisha duniani. Kwa kuongeza, katika pseudo-kisayansi, na ulimwengu wa kisayansi Kuna majadiliano juu ya ambayo maji huganda haraka - moto au baridi. Mtu yeyote ambaye anaweza kuthibitisha kufungia kwa kasi ya kioevu cha moto chini ya hali fulani na kuhalalisha kisayansi uamuzi wao atapokea kutoka kwa Waingereza Jumuiya ya Kifalme kemia walizawadiwa £1,000.

Usuli

Ukweli kwamba chini ya hali kadhaa, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi ilionekana nyuma katika Zama za Kati. Francis Bacon na René Descartes walitumia juhudi nyingi kuelezea jambo hili. Walakini, kwa mtazamo wa uhandisi wa joto wa kawaida, kitendawili hiki hakiwezi kuelezewa, na walijaribu kunyamaza kwa aibu juu yake. Msukumo wa kuendelea kwa mdahalo huo ulikuwa hadithi ya kushangaza iliyompata mvulana wa shule Mtanzania Erasto Mpemba mnamo 1963. Siku moja, wakati wa somo la kufanya desserts katika shule ya mpishi, mvulana, akiwa na wasiwasi na mambo mengine, hakuwa na wakati wa kupoza mchanganyiko wa ice cream kwa wakati na kuweka suluhisho la moto la sukari kwenye maziwa kwenye friji. Kwa mshangao wake, bidhaa hiyo ilipoa haraka zaidi kuliko ile ya wanafunzi wenzake ambao walizingatia sheria ya hali ya joto ya kuandaa ice cream.

Kujaribu kuelewa kiini cha jambo hilo, mvulana aligeuka kwa mwalimu wa fizikia, ambaye, bila kuingia katika maelezo, alidhihaki majaribio yake ya upishi. Walakini, Erasto alitofautishwa na uvumilivu unaowezekana na aliendelea na majaribio yake sio juu ya maziwa, lakini juu ya maji. Alishawishika kuwa katika hali zingine maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.

Baada ya kuingia Chuo Kikuu cha Dar es Salaam, Erasto Mpembe alihudhuria mhadhara wa Profesa Dennis G. Osborne. Baada ya kukamilika, mwanafunzi huyo alimshangaza mwanasayansi huyo kwa tatizo kuhusu kasi ya kuganda kwa maji kulingana na joto lake. D.G. Osborne alidhihaki uulizaji wa swali hilo, akitangaza kwa ujasiri kwamba mwanafunzi yeyote maskini anajua kwamba maji baridi yataganda haraka. Walakini, ukakamavu wa asili wa kijana huyo ulijifanya kuhisi. Aliweka dau na profesa huyo, akipendekeza kufanya mtihani wa majaribio papa hapa kwenye maabara. Erasto aliweka vyombo viwili vya maji kwenye friza, kimoja kwenye 95°F (35°C) na kingine 212°F (100°C). Hebu fikiria mshangao wa profesa na "mashabiki" wanaozunguka wakati maji katika chombo cha pili yaliganda kwa kasi. Tangu wakati huo, jambo hili limeitwa "Kitendawili cha Mpemba".

Hata hivyo, hadi leo hakuna nadharia dhabiti ya kinadharia inayoelezea “Kitendawili cha Mpemba”. Haijulikani ni ipi mambo ya nje, muundo wa kemikali maji, uwepo wa gesi na madini yaliyoyeyushwa ndani yake huathiri kiwango cha kufungia kwa kioevu kilichopo joto tofauti. Kitendawili cha "Athari ya Mpemba" ni kwamba inapingana na mojawapo ya sheria zilizogunduliwa na I. Newton, ambayo inasema kwamba wakati wa baridi wa maji ni sawa na tofauti ya joto kati ya kioevu na mazingira. Na ikiwa vinywaji vingine vyote vinatii sheria hii kabisa, basi maji katika hali zingine ni ubaguzi.

Kwa nini maji ya moto hufungia haraka?T

Kuna matoleo kadhaa ya kwa nini maji ya moto hufungia haraka kuliko maji baridi. Ya kuu ni:

• maji ya moto huvukiza kwa kasi, wakati kiasi chake hupungua, na kiasi kidogo cha kioevu hupungua kwa kasi - wakati wa kupoza maji kutoka + 100 ° C hadi 0 ° C, hasara za volumetric. shinikizo la anga kufikia 15%;
• nguvu ya kubadilishana joto kati ya kioevu na mazingira juu zaidi tofauti zaidi joto, kwa hiyo hasara za joto maji ya kuchemsha hupita kwa kasi;
• wakati maji ya moto yanapopoa, ukoko wa barafu huunda juu ya uso wake, kuzuia kioevu kutoka kwa kufungia kabisa na kuyeyuka;
• katika joto la juu maji yanachanganywa na convection, kupunguza muda wa kufungia;
• Gesi kufutwa katika maji kupunguza kiwango cha kufungia, kuondoa nishati kwa ajili ya malezi ya kioo - hakuna gesi kufutwa katika maji ya moto.

Masharti haya yote yamejaribiwa mara kwa mara kwa majaribio. Hasa, mwanasayansi wa Ujerumani David Auerbach aligundua kuwa joto la crystallization ya maji ya moto ni kubwa zaidi kuliko ile ya maji baridi, ambayo inafanya uwezekano wa kufungia wa zamani kwa haraka zaidi. Walakini, baadaye majaribio yake yalikosolewa na wanasayansi wengi wanaamini kwamba "Athari ya Mpemba", ambayo huamua ni maji gani yanagandisha haraka - moto au baridi, inaweza kutolewa tena chini ya hali fulani, ambayo hakuna mtu anayetafuta na kubainisha hadi sasa.

Habari wapenzi wapenzi ukweli wa kuvutia. Leo tutazungumza nawe kuhusu. Lakini nadhani swali lililoulizwa katika kichwa linaweza kuonekana kuwa la kipuuzi - lakini ikiwa mtu anapaswa kuamini kabisa "akili ya kawaida" na sio jaribio la jaribio lililowekwa wazi. Hebu jaribu kufikiri kwa nini maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi?

Rejea ya kihistoria

Kwamba katika suala la kufungia maji baridi na ya moto, "si kila kitu ni safi" kilitajwa katika kazi za Aristotle, basi maelezo sawa yalifanywa na F. Bacon, R. Descartes na J. Black. KATIKA historia ya kisasa Athari hii ilipewa jina la “kitendawili cha Mpemba” - baada ya mvulana wa shule wa Tanganyika Erasto Mpemba, ambaye aliuliza swali hilohilo kwa profesa wa fizikia aliyezuru.

Swali la mvulana halikutokea mahali popote, lakini kutoka kwa uchunguzi wa kibinafsi wa mchakato wa baridi ya mchanganyiko wa ice cream jikoni. Bila shaka, wanafunzi wenzake waliokuwepo pale, pamoja na mwalimu wa shule alimcheka Mpemba - hata hivyo, baada ya jaribio la majaribio binafsi la Profesa D. Osborne, hamu ya kumdhihaki Erasto "iliyeyuka." Aidha, Mpemba, pamoja na profesa, walichapisha katika Elimu ya Fizikia mwaka 1969 maelezo ya kina athari hii - na tangu wakati huo jina lililotajwa hapo juu limewekwa katika fasihi ya kisayansi.

Ni nini kiini cha jambo hilo?

Usanidi wa jaribio ni rahisi sana: vitu vingine hali sawa vyombo vinavyofanana vyenye kuta nyembamba vinajaribiwa, vyenye kiasi sawa cha maji, tofauti tu katika joto. Vyombo vinapakiwa kwenye jokofu, baada ya hapo muda wa kuunda barafu katika kila mmoja wao ni kumbukumbu. Kitendawili ni kwamba katika chombo kilicho na kioevu cha moto zaidi hii hutokea kwa kasi zaidi.

Fizikia ya kisasa inaelezeaje hii?

Kitendawili hakina maelezo ya ulimwengu wote, kwani michakato kadhaa inayofanana hufanyika pamoja, ambayo mchango wake unaweza kutofautiana na maalum. masharti ya awali- lakini kwa matokeo sawa:

• uwezo wa kioevu kwa supercool - awali maji baridi ni zaidi ya kukabiliwa na supercooling, i.e. inabaki kioevu wakati joto lake tayari liko chini ya kiwango cha kuganda
• kasi ya baridi - mvuke kutoka kwa maji ya moto hubadilishwa kuwa microcrystals ya barafu, ambayo, inaporudi nyuma, huharakisha mchakato, ikifanya kazi kama "kibadilishaji joto cha nje"
• athari ya insulation - tofauti na maji ya moto, maji baridi hufungia kutoka juu, ambayo husababisha kupungua kwa uhamishaji wa joto na convection na mionzi.

Kuna maelezo mengine kadhaa (mara ya mwisho Jumuiya ya Kifalme ya Kemia ya Uingereza ilifanya shindano la nadharia bora ilikuwa hivi majuzi, mnamo 2012) - lakini hakuna nadharia isiyo na shaka kwa kesi zote za mchanganyiko. masharti ya pembejeo bado haipo...