Ni maji gani huganda haraka - moto au baridi? Athari ya Mpemba au kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi

Kujitakasa na uvukizi, baridi na condensation, kioevu ina maalum mali za kimwili. Inapendekezwa kwa matumizi katika mfumo wa joto, kwa kuwa hakuna chumvi au oksijeni. Hii ina athari nzuri juu ya maisha ya muda mrefu ya vifaa.

Lakini watu wengi wanavutiwa na swali hili: je, maji yaliyosafishwa huganda kwenye joto lililo chini ya 0˚ C?

Ni rahisi kufanya majaribio nyumbani na kupata jibu la swali hili. Tutaona kuwa kwa 0˚ C itabaki kuwa kioevu. Hata kama tunapunguza joto hali ya kimwili hatabadilika.

Kwa hivyo maji huganda kwa digrii gani?

Mali ya kuvutia ya maji yaliyotengenezwa kwa joto hasi huzingatiwa. Ukidondosha kipande cha barafu, theluji, hewa au vumbi ndani yake, fuwele zitaonekana mara moja kwa kiasi kizima.

Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba maji ya bomba yana vituo vingi vya crystallization: chumvi, hewa ndani, uso wa chombo, na kadhalika. Vimiminika vilivyotakaswa havina vituo hivyo. Kutokana na hili, inaweza kuwa kwa kiasi kikubwa hypothermic.

Sheria za fizikia zinasema kwamba kadiri kioevu kinavyosafishwa kutoka kwa uchafu, ndivyo kizingiti cha chini cha mpito kwa hali ngumu.

Maji yaliyochujwa huganda kwa -10˚C na chini. Hii inaelezea faida yake juu ya vipozezi vingine wakati wa joto. Shukrani kwa mali hii, inapokanzwa chumba inaweza kushindana na antifreeze.

Wakati huo huo, kuna idadi faida za ziada kabla ya vipozezi vingine:

usafi wa mazingira;
usalama kwa maisha na afya ya binadamu;
utunzaji wa makini wa mabomba;
urahisi wa matumizi;
upatikanaji.

Sasa unajua kuwa maji yaliyochemshwa huganda kwa joto chini ya digrii 10, kwa hivyo unaweza kuwa na uhakika kuhusu mfumo wako wa joto.

Tunatumahi kuwa nakala hiyo ilikuwa muhimu kwako. Tutashukuru ikiwa utaishiriki kwenye mitandao ya kijamii.

Siku njema!

Soma pia:

Baridi kwa mfumo wa joto - ni nini kinachotumiwa leo?
Kupokanzwa kwa maji katika nyumba ya kibinafsi - teknolojia ya utekelezaji wake
Pampu ya maji ya kupokanzwa: kanuni ya uendeshaji na ufungaji

Habari wapenzi wapenzi ukweli wa kuvutia. Leo tutazungumza nawe kuhusu. Lakini nadhani swali lililoulizwa kwenye kichwa linaweza kuonekana kuwa la upuuzi - lakini mtu anapaswa kumwamini kabisa mtu mashuhuri " akili ya kawaida", badala ya jaribio la jaribio lililofafanuliwa kabisa. Hebu jaribu kujua kwa nini maji ya moto inaganda haraka kuliko 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 bado hakuna nadharia isiyo na shaka kwa kesi zote za mchanganyiko wa hali ya pembejeo ...

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. Hatua hii inaweza kuruka, na, ipasavyo, atashinda kwa 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 na 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 vilivyoyeyushwa katika maji huunda vituo vya fuwele, na kwa idadi ndogo ya vituo hivi, mabadiliko ya maji kuwa. hali imara magumu. 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. Inatokea kwamba hifadhi kubwa ya nishati katika maji ya moto, na kutolewa kwake zaidi wakati wa baridi kwa 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.

"Tayari tumekutana na baadhi ya mali ya kuvutia ya maji ambayo huturuhusu kuishi hasa, na viumbe hai kwa ujumla. Hebu tuendelee mada na kuleta mawazo yako mali nyingine ya kuvutia (ingawa haijulikani ikiwa ni kweli au ya uongo).

Inavutia kuhusu maji - athari ya Mpemba: je, unajua kwamba kuna uvumi kwenye mtandao kwamba maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi? Labda hujui, lakini uvumi huu unaenea. Na kuendelea sana. Kwa hiyo tunazungumzia nini - kosa la majaribio au mali mpya, ya kuvutia ya maji ambayo bado haijasoma?

Hebu tufikirie. Hadithi, inayorudiwa kutoka kwa tovuti hadi tovuti, ni hii: chukua vyombo viwili vya maji: mimina maji ya moto ndani ya moja, na maji baridi ndani ya nyingine, na uwaweke kwenye friji. Maji ya moto yatafungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Kwa nini hii inatokea?

Mnamo 1963, mwanafunzi wa Kitanzania anayeitwa Erasto B. Mpemba, alipokuwa akigandisha mchanganyiko wa ice cream, aligundua kuwa mchanganyiko wa moto uliganda haraka kwenye friji kuliko ule wa baridi. Kijana huyo aliposhiriki ugunduzi wake na mwalimu wake wa fizikia, alimcheka tu. Kwa bahati nzuri, mwanafunzi alikuwa akiendelea na akamshawishi mwalimu kufanya jaribio, ambalo lilithibitisha ugunduzi wake: chini ya hali fulani, maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi.

Toleo la pili la hadithi - Mpemba alimgeukia mwanasayansi mkuu, ambaye, kwa bahati nzuri, alikuwa karibu na shule ya Mpemba ya Kiafrika. Na mwanasayansi alimwamini mvulana huyo na akaangalia mara mbili kile kinachotokea. Naam, hapa sisi kwenda ... Sasa jambo hili la maji ya moto kuganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi inaitwa "Mpemba athari". Kweli, muda mrefu kabla yake mali ya kipekee maji yalibainishwa na Aristotle, Francis Bacon na René Descartes.

Wanasayansi bado hawaelewi kikamilifu asili ya jambo hili, wakielezea ama kwa tofauti katika baridi kali, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au kwa athari za gesi zenye maji kwenye maji ya moto na baridi.

Kwa hivyo, tuna athari ya Mpemba ( Kitendawili cha Mpemba ) - kitendawili kinachosema kuwa maji ya moto (chini ya hali fulani) yanaweza kuganda haraka kuliko maji baridi. Ingawa wakati huo huo lazima kupitisha joto la maji baridi wakati wa mchakato wa kufungia.

Ipasavyo, ili kukabiliana na kitendawili, kuna njia mbili. Ya kwanza ni kuanza kuelezea jambo hili, kuja na nadharia na kufurahi kwamba maji ni kioevu cha ajabu. Au unaweza kuchukua njia tofauti - fanya jaribio hili mwenyewe. Na fanya hitimisho linalofaa.

Hebu tuwageukie watu ambao kwa hakika walifanya jaribio hili, wakijaribu kuzalisha athari ya Mpemba. Na wakati huo huo hebu tuangalie utafiti kidogo, ambayo huamua “ni wapi miguu hukua kutoka.”

Kwa Kirusi, ujumbe kuhusu athari ya Mpemba ulionekana kwa mara ya kwanza miaka 42 iliyopita, kama ilivyoripotiwa katika jarida la "Kemia na Maisha" (1970, No. 1, p. 89). Kwa kuwa waangalifu, wafanyikazi wa "Kemia na Maisha" waliamua kufanya majaribio wenyewe na walikuwa na hakika: "maziwa ya moto kwa ukaidi yalikataa kufungia kwanza." Ufafanuzi wa asili ulitolewa kwa matokeo haya: "Kioevu cha moto haipaswi kugandisha kwanza. Baada ya yote, joto lake lazima kwanza liwe sawa na joto la kioevu baridi."

Mmoja wa wasomaji wa "Kemia na Maisha" aliripoti yafuatayo kuhusu majaribio yake (1970, No. 9, p. 81). Alileta maziwa kwa chemsha, akaipoza kwa joto la kawaida na kuiweka kwenye jokofu wakati huo huo na maziwa yasiyochemshwa, ambayo pia yalikuwa kwenye joto la kawaida. Maziwa ya kuchemsha yaliganda haraka. Athari sawa, lakini dhaifu, ilipatikana wakati maziwa yalipokanzwa hadi 60 ° C, badala ya kuchemsha. Kupika inaweza kuwa muhimu sana: Hii itayeyusha baadhi ya maji na kuyeyusha sehemu nyepesi ya mafuta. Matokeo yake, hatua ya kufungia inaweza kubadilika. Kwa kuongeza, wakati wa moto, na hasa wakati wa kuchemsha, baadhi mabadiliko ya kemikali sehemu ya kikaboni ya maziwa.

Lakini "simu iliyoharibiwa" ilikuwa tayari imeanza kufanya kazi, na zaidi ya miaka 25 baadaye hadithi hii ilifafanuliwa kama ifuatavyo: "Sehemu ya aiskrimu inakuwa baridi haraka ikiwa unaiweka kwenye jokofu, baada ya kuipasha joto kabisa, kuliko ikiwa utaiweka kwenye jokofu. kwanza iache kwa joto baridi” (“Maarifa ni nguvu” “, 1997, No. 10, p. 100). Hatua kwa hatua walianza kusahau kuhusu maziwa, na mazungumzo yakageuka hasa kwa maji.

Miaka 13 baadaye, katika "Kemia na Maisha" hiyo hiyo mazungumzo yalionekana: "Ikiwa unachukua vikombe viwili vya maji baridi na ya moto kwenye baridi, ni maji gani yataganda haraka? .. Subiri hadi msimu wa baridi na uangalie: maji ya moto kuganda kwa kasi zaidi.” ( 1993, No. 9, p. 79). Mwaka mmoja baadaye, kulikuwa na barua kutoka kwa msomaji mmoja mwangalifu, ambaye wakati wa majira ya baridi alitoa kwa bidii vikombe vya maji baridi na moto kwenye baridi na akasadiki kwamba maji baridi huganda haraka (1994, no. 11, p. 62).

Jaribio kama hilo lilifanywa kwa kutumia friji ambayo friji ilifunikwa na safu nene ya baridi. Nilipoweka vikombe vya maji ya moto na baridi kwenye friji hii, baridi chini ya vikombe vya maji ya moto iliyeyuka, ikazama na maji ndani yake yaliganda haraka. Nilipoweka glasi kwenye baridi, athari haikuzingatiwa, kwani baridi chini ya glasi haikuyeyuka. Hakukuwa na athari wakati, baada ya kufuta friji, niliweka vikombe kwenye friji ambayo haikufunikwa na baridi. Hii inathibitisha kwamba sababu ya athari ni thawing ya baridi chini ya vikombe vya maji ya moto ("Kemia na Maisha" 2000, No. 2, p. 55).

Hadithi kuhusu kitendawili kilichogunduliwa na mvulana wa Kitanzania mara kadhaa kiliambatana na maneno ya maana - wanasema kwamba hakuna habari, hata ya kushangaza sana, inapaswa kupuuzwa. Tamaa ni nzuri, lakini haiwezekani. Ikiwa hatutachuja habari zisizotegemewa kwanza, tutazama ndani yake. Na habari isiyowezekana mara nyingi sio sahihi. Kwa kuongeza, mara nyingi hutokea (kama ilivyo kwa athari ya Mpemba) kwamba kutowezekana ni matokeo ya upotoshaji wa habari katika mchakato wa uwasilishaji.

Kwa hivyo, inavutia kuhusu maji kwa ujumla, na athari ya Mpemba haswa - sio kweli kila wakati :)

Maelezo zaidi kwenye ukurasa http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html

Maji huganda kwa joto gani? Inaweza kuonekana - swali rahisi, ambayo hata mtoto anaweza kujibu: joto la kufungia la maji kwa kawaida shinikizo la anga kwa 760 mm Hg ni nyuzi joto sifuri.

Walakini, maji (licha ya usambazaji wake mkubwa sana kwenye sayari yetu) ndio dutu ya kushangaza zaidi na ambayo haijasomwa kabisa, kwa hivyo jibu la swali hili linahitaji mazungumzo ya kina na ya busara.

Huko Urusi na Ulaya, halijoto hupimwa kwa kiwango cha Celsius, zaidi thamani ya juu ambayo ina alama ya digrii 100.
Mwanasayansi wa Amerika Fahrenheit alitengeneza kiwango chake mwenyewe na mgawanyiko 180.
Kuna kitengo kingine cha kipimo cha joto - kelvin, jina lake baada Mwanafizikia wa Kiingereza Thomson, ambaye alipokea jina la Lord Kelvin.

Masharti na aina za maji

Maji kwenye sayari ya Dunia yanaweza kuchukua hali tatu kuu za kimwili: kioevu, imara na gesi, ambayo inaweza kubadilishwa kuwa maumbo tofauti, wakati huo huo kuwepo kwa kila mmoja (barafu ndani maji ya bahari, mvuke wa maji na fuwele za barafu katika mawingu angani, barafu na mito inayotiririka bila malipo).

Kulingana na sifa za asili, madhumuni na muundo, maji yanaweza kuwa:

safi;
madini;
baharini;
kunywa (tunajumuisha maji ya bomba hapa);
mvua;
thawed;
chumvi;
muundo;
distilled;
iliyotengwa na mtu.

Uwepo wa isotopu za hidrojeni hufanya maji:

mwanga;
nzito (deuterium);
nzito (tritium).

Sisi sote tunajua kwamba maji yanaweza kuwa laini au ngumu: kiashiria hiki kinatambuliwa na maudhui ya cations ya magnesiamu na kalsiamu.

Kila moja ya aina ambazo tumeorodhesha na majimbo ya kujumlisha maji yana sehemu zake za kufungia na kuyeyuka.

Kiwango cha kufungia cha maji

Kwa nini maji yanaganda? Maji ya kawaida daima huwa na chembechembe zilizosimamishwa za asili ya madini au kikaboni. Inaweza kuwa chembe ndogo udongo, mchanga au vumbi la nyumba.

Wakati joto mazingira inakwenda chini maadili fulani, chembe hizi huchukua nafasi ya vituo ambavyo fuwele za barafu huanza kuunda.

Vipuli vya hewa, pamoja na nyufa na uharibifu kwenye kuta za chombo kilicho na maji, vinaweza pia kuwa viini vya fuwele. Kasi ya mchakato wa crystallization ya maji kwa kiasi kikubwa imedhamiriwa na idadi ya vituo hivi: zaidi yao, kasi ya kufungia kioevu.

Chini ya hali ya kawaida (kwa shinikizo la kawaida la anga) joto awamu ya mpito maji kutoka hali ya kioevu katika imara ni alama ya nyuzi joto 0. Ni kwa joto hili kwamba maji huganda nje.

Kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi?

Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi - jambo hili liligunduliwa na Erasto Mpemba, mvulana wa shule kutoka Tanganyika. Majaribio yake ya mchanganyiko wa ice cream yalionyesha kuwa kiwango cha kufungia kwa raia wa joto kilikuwa kikubwa zaidi kuliko cha baridi.

Moja ya sababu za hii jambo la kuvutia, inayoitwa "kitendawili cha Mpemba", ni uhamisho wa juu wa joto wa kioevu cha moto, pamoja na uwepo ndani yake. zaidi viini fuwele ikilinganishwa na maji baridi.

Je, sehemu ya kuganda kwa maji na mwinuko inahusiana?

Wakati shinikizo linabadilika, ambalo mara nyingi huhusishwa na kuwa katika urefu tofauti, kiwango cha kufungia cha maji huanza kutofautiana sana na tabia ya kawaida ya hali ya kawaida.
Crystallization ya maji kwa urefu hutokea kwa viwango vya joto vifuatavyo:

Kwa kushangaza, kwa urefu wa m 1000, maji huganda kwa nyuzi 2 Celsius;
kwa urefu wa mita 2000 hii hutokea tayari kwa nyuzi 4 Celsius.

Joto la juu zaidi la kufungia la maji katika milima huzingatiwa kwa urefu wa zaidi ya mita 5,000 elfu (kwa mfano, katika Milima ya Fan au Pamirs).

Shinikizo linaathirije mchakato wa crystallization ya maji?

Hebu jaribu kuunganisha mienendo ya mabadiliko katika joto la kufungia la maji na mabadiliko ya shinikizo.

Kwa shinikizo la 2 atm, maji yatafungia kwa joto la digrii -2.
Kwa shinikizo la 3 atm, joto la -4 digrii Celsius itaanza kufungia maji.

Kwa shinikizo la kuongezeka, joto ambalo mchakato wa crystallization ya maji huanza hupungua, na kiwango cha kuchemsha huongezeka. Kwa shinikizo la chini, picha ya kinyume cha diametrically inapatikana.

Ndio sababu katika hali ya juu na hali isiyo ya kawaida ni ngumu sana kuchemsha mayai, kwani maji kwenye sufuria huchemka kwa digrii 80. Ni wazi kwamba haiwezekani kupika chakula kwa joto hili.

Katika shinikizo la damu mchakato wa kuyeyuka barafu chini ya vile skates hutokea hata saa sana joto la chini ah, lakini ni shukrani kwake kwamba skates huteleza kwenye uso wa barafu.

Kufungia kwa wakimbiaji wa sleds zilizojaa sana katika hadithi za Jack London kunaelezwa kwa njia sawa. Sleds nzito zinazoweka shinikizo kwenye theluji husababisha kuyeyuka. Maji yanayotokana huwafanya kuwa rahisi kuteleza. Lakini mara tu sledges zinasimama na kukaa mahali pamoja kwa muda mrefu, maji yaliyohamishwa hufungia na kufungia wakimbiaji barabarani.

Crystallization joto ya ufumbuzi wa maji

Kuwa kutengenezea bora, maji humenyuka kwa urahisi na kikaboni na anuwai dutu isokaboni, kutengeneza wingi wa wakati mwingine zisizotarajiwa misombo ya kemikali. Bila shaka, kila mmoja wao atafungia saa joto tofauti. Hebu tuonyeshe hili katika orodha ya kuona.

Kiwango cha kufungia cha mchanganyiko wa pombe na maji inategemea asilimia ina vipengele vyote viwili. Maji zaidi yanaongezwa kwenye suluhisho, karibu na sifuri kiwango chake cha kufungia. Ikiwa kuna pombe zaidi katika suluhisho, mchakato wa fuwele utaanza kwa maadili karibu na digrii -114.
Ni muhimu kujua kwamba ufumbuzi wa maji-pombe hauna kiwango cha kufungia kilichowekwa. Kawaida wanazungumza juu ya hali ya joto mwanzoni mwa mchakato wa fuwele na joto la mpito wa mwisho hadi hali ngumu.
Kati ya mwanzo wa malezi ya fuwele za kwanza na uimarishaji kamili wa suluhisho la pombe kuna muda wa joto wa digrii 7. Kwa hivyo, kiwango cha kufungia cha maji na mkusanyiko wa pombe 40%. hatua ya awali ni -22.5 digrii, na mpito wa mwisho wa suluhisho katika awamu imara itatokea kwa digrii -29.5.

Kiwango cha kufungia cha maji na chumvi ni muunganisho wa karibu kwa kiwango cha chumvi yake: chumvi zaidi katika suluhisho, chini ya nafasi ya safu ya zebaki itafungia.

Kupima chumvi ya maji, kitengo maalum hutumiwa - "ppm". Kwa hivyo, tumegundua kuwa kiwango cha kufungia cha maji hupungua kwa kuongezeka kwa mkusanyiko wa chumvi. Hebu tueleze hili kwa mfano:

Kiwango cha chumvi maji ya bahari sawa na 35 ppm, wakati thamani ya wastani kiwango chake cha kufungia ni digrii 1.9. Chumvi ya maji ya Bahari Nyeusi ni 18-20 ppm, kwa hivyo huganda kwa zaidi ya joto la juu na anuwai ya digrii -0.9 hadi -1.1 Selsiasi.

Kiwango cha kufungia cha maji na sukari (kwa suluhisho ambalo molality ni 0.8) ni digrii -1.6.
Sehemu ya kufungia ya maji yenye uchafu kwa kiasi kikubwa inategemea wingi wao na asili ya uchafu uliojumuishwa katika suluhisho la maji.
Kiwango cha kufungia cha maji na glycerini inategemea mkusanyiko wa suluhisho. Suluhisho iliyo na 80 ml ya glycerini itafungia kwa digrii -20; wakati maudhui ya glycerini yanapungua hadi 60 ml, mchakato wa fuwele utaanza kwa digrii -34, na kuanza kwa kufungia kwa ufumbuzi wa 20% ni chini ya digrii tano. Kama unavyoona, utegemezi wa mstari V kwa kesi hii kutokuwepo. Ili kufungia suluhisho la glycerini 10%, joto la digrii -2 litatosha.
Kiwango cha kuganda cha maji na soda (maana ya alkali ya caustic au soda ya caustic) inatoa picha ya kushangaza zaidi: suluhisho la caustic 44% huganda kwa nyuzi +7 Celsius, na 80% kwa + 130.

Kufungia kwa miili ya maji safi

Mchakato wa malezi ya barafu katika miili ya maji safi hutokea katika utawala tofauti wa joto.

Kiwango cha kuganda cha maji katika ziwa, kama vile kiwango cha kuganda cha maji kwenye mto, ni nyuzi joto sifuri. Kufungia kwa mito safi na vijito huanza sio kutoka kwa uso, lakini kutoka chini, ambayo viini vya crystallization vipo kwa namna ya chembe za silt ya chini. Mara ya kwanza, driftwood na mimea ya majini hufunikwa na ukoko wa barafu. Mara tu barafu ya chini inapoinuka juu ya uso, mto huganda mara moja.
Maji yaliyoganda kwenye Ziwa Baikal wakati fulani yanaweza kupoa hadi kufikia kiwango cha chini cha sifuri. Hii hutokea tu katika maji ya kina; joto la maji linaweza kuwa elfu na wakati mwingine mia ya digrii moja chini ya sifuri.
Joto la maji ya Baikal chini ya ukoko wa kifuniko cha barafu, kama sheria, hauzidi digrii +0.2. Katika tabaka za chini huongezeka hatua kwa hatua hadi +3.2 chini ya bonde la kina zaidi.

Kiwango cha kufungia cha maji yaliyotengenezwa

Je, maji yaliyosafishwa huganda? Hebu tukumbuke kwamba kwa maji kufungia, ni muhimu kuwa na vituo fulani vya crystallization ndani yake, ambayo inaweza kuwa Bubbles hewa, chembe kusimamishwa, pamoja na uharibifu wa kuta za chombo ambayo iko.

Maji yaliyotengenezwa, bila uchafu wowote, hayana viini vya crystallization, na kwa hiyo kufungia kwake huanza kwa joto la chini sana. Sehemu ya awali ya kufungia ya maji yaliyotengenezwa ni -42 digrii. Wanasayansi waliweza kufikia supercooling ya maji distilled kwa -70 digrii.

Maji ambayo yameathiriwa na halijoto ya chini sana bila kuangazia huitwa "yaliyopozwa zaidi." Unaweza kuweka chupa ya maji yaliyosafishwa kwenye friji ili kufikia hypothermia, na kisha uonyeshe hila ya kuvutia sana - tazama video:

Kwa kugonga kwa upole chupa iliyotolewa kutoka kwenye jokofu, au kurusha kipande kidogo cha barafu ndani yake, unaweza kuonyesha jinsi inavyobadilika mara moja kuwa barafu inayofanana na fuwele zilizoinuliwa.

Maji yaliyosafishwa: je, dutu hii iliyosafishwa inafungia chini ya shinikizo au la? Utaratibu kama huo unawezekana tu katika hali maalum za maabara iliyoundwa.