Nước lạnh hoặc nước nóng. Video: nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh

Hóa học là một trong những môn học yêu thích của tôi ở trường. Một lần, một giáo viên hóa học giao cho chúng tôi một nhiệm vụ rất lạ và khó. Anh ấy đưa cho chúng tôi một danh sách các câu hỏi mà chúng tôi phải trả lời về mặt hóa học. Chúng tôi đã có vài ngày cho nhiệm vụ này và được phép sử dụng các thư viện và các nguồn thông tin sẵn có khác. Một trong những câu hỏi này liên quan đến điểm đóng băng của nước. Tôi không nhớ chính xác câu hỏi nghe như thế nào, nhưng thực tế là nếu bạn lấy hai chiếc xô gỗ có cùng kích thước, một chiếc đựng nước nóng, chiếc còn lại đựng nước lạnh (ở nhiệt độ chính xác được chỉ định), và đặt chúng vào đó. trong môi trường có nhiệt độ nhất định thì chất nào đông nhanh hơn? Tất nhiên, câu trả lời ngay lập tức tự gợi ý - một xô nước lạnh, nhưng đối với chúng tôi dường như nó quá đơn giản. Nhưng điều này là không đủ để đưa ra câu trả lời hoàn chỉnh, chúng tôi cần chứng minh điều đó từ quan điểm hóa học. Bất chấp tất cả suy nghĩ và nghiên cứu của tôi, tôi không thể rút ra một kết luận hợp lý. Vào ngày này, tôi thậm chí đã quyết định bỏ qua bài học này, vì vậy tôi không bao giờ tìm ra lời giải cho câu đố này.

Nhiều năm trôi qua, tôi đã học được rất nhiều chuyện hoang đường hàng ngày về nhiệt độ sôi và điểm đóng băng của nước, và một chuyện hoang đường nói rằng: "nước nóng đóng băng nhanh hơn." Tôi đã xem nhiều trang web nhưng thông tin quá mâu thuẫn. Và đây chỉ là những ý kiến ​​​​không có cơ sở từ quan điểm của khoa học. Và tôi quyết định tiến hành trải nghiệm của riêng mình. Vì không thể tìm thấy xô gỗ nên tôi đã sử dụng tủ đông, bếp nấu, một ít nước và nhiệt kế kỹ thuật số. Tôi sẽ nói về kết quả kinh nghiệm của tôi một lát sau. Đầu tiên, tôi sẽ chia sẻ với bạn một số lập luận thú vị về nước:

Nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Hầu hết các chuyên gia đều nói rằng nước lạnh sẽ đóng băng nhanh hơn nước nóng. Nhưng một hiện tượng buồn cười (cái gọi là hiệu ứng Memba), không rõ lý do, đã chứng minh điều ngược lại: Nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Một trong những cách giải thích là quá trình bay hơi: nếu nước rất nóng được đặt trong môi trường lạnh, thì nước sẽ bắt đầu bay hơi (lượng nước còn lại sẽ đóng băng nhanh hơn). Và theo định luật hóa học, đây hoàn toàn không phải là chuyện hoang đường, và rất có thể đây là điều mà giáo viên muốn nghe từ chúng tôi.

Nước đun sôi đóng băng nhanh hơn nước máy. Bất chấp lời giải thích trước đó, một số chuyên gia cho rằng nước đun sôi để nguội đến nhiệt độ phòng sẽ đóng băng nhanh hơn vì lượng oxy giảm đi khi đun sôi.

Nước lạnh sôi nhanh hơn nước nóng. Nếu nước nóng đóng băng nhanh hơn, thì nước lạnh có thể sôi nhanh hơn! Điều này trái với lẽ thường và các nhà khoa học cho rằng điều này đơn giản là không thể. Nước máy nóng thực sự nên sôi nhanh hơn nước lạnh. Nhưng bằng cách sử dụng nước nóng để đun sôi, bạn không tiết kiệm năng lượng. Bạn có thể sử dụng ít gas hoặc điện hơn, nhưng máy nước nóng sẽ sử dụng cùng một lượng năng lượng cần thiết để làm nóng nước lạnh. (Năng lượng mặt trời hơi khác một chút.) Do làm nóng nước bằng máy nước nóng, cặn có thể hình thành nên nước sẽ lâu nóng lên hơn.

Nếu bạn thêm muối vào nước, nước sẽ sôi nhanh hơn. Muối làm tăng điểm sôi (và do đó làm giảm điểm đóng băng - đó là lý do tại sao một số bà nội trợ thêm một ít muối mỏ vào kem). Nhưng trong trường hợp này, chúng tôi quan tâm đến một câu hỏi khác: nước sẽ sôi trong bao lâu và liệu điểm sôi trong trường hợp này có thể tăng lên trên 100 ° C hay không). Bất chấp những gì sách dạy nấu ăn nói, các nhà khoa học nói rằng lượng muối chúng ta thêm vào nước sôi không đủ để ảnh hưởng đến thời gian hoặc nhiệt độ đun sôi.

Nhưng đây là những gì tôi nhận được:

Nước lạnh: Tôi đã sử dụng ba cốc thủy tinh 100 ml nước tinh khiết: một cốc nhiệt độ phòng (72°F/22°C), một cốc nước nóng (115°F/46°C) và một cốc đun sôi (212°F/100°) C). Tôi đặt cả ba ly vào tủ đông ở -18°C. Và vì tôi biết rằng nước sẽ không biến thành băng ngay lập tức, nên tôi đã xác định mức độ đóng băng bằng “phao gỗ”. Khi chiếc que đặt ở giữa cốc không còn chạm vào đáy cốc nữa, tôi tin rằng nước đã đóng băng. Tôi kiểm tra kính cứ năm phút một lần. Và kết quả của tôi là gì? Nước trong cốc đầu tiên đóng băng sau 50 phút. Nước nóng đóng băng sau 80 phút. Đun sôi - sau 95 phút. Kết luận của tôi: Xem xét các điều kiện trong tủ đông và nước tôi đã sử dụng, tôi không thể tái tạo hiệu ứng Memba.

Tôi cũng đã thử thí nghiệm này với nước đã đun sôi trước đó để nguội ở nhiệt độ phòng. Nó đóng băng trong 60 phút - nó vẫn mất nhiều thời gian hơn nước lạnh để đóng băng.

Nước đun sôi: Tôi lấy một lít nước ở nhiệt độ phòng và đun trên lửa. Cô đun sôi trong 6 phút. Sau đó, tôi làm nguội nó xuống nhiệt độ phòng một lần nữa và thêm nó vào cái nóng. Cũng với lượng lửa đó nước nóng sôi trong 4 giờ 30 phút. Kết luận: đúng như dự đoán, nước nóng sôi nhanh hơn nhiều.

Nước đun sôi (có muối): Mình cho 2 thìa lớn muối ăn vào 1 lít nước. Nó sôi trong 6 phút 33 giây, và khi nhiệt kế cho thấy nó đạt tới nhiệt độ 102°C. Không còn nghi ngờ gì nữa, muối ảnh hưởng đến điểm sôi, nhưng không nhiều. Kết luận: muối trong nước không ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ và thời gian sôi. Tôi thành thật thừa nhận rằng nhà bếp của tôi khó có thể gọi là phòng thí nghiệm, và có lẽ kết luận của tôi trái ngược với thực tế. Tủ đông của tôi có thể làm đông lạnh thực phẩm không đều. Kính thủy tinh của tôi có thể không đều, v.v. Nhưng bất cứ điều gì xảy ra trong phòng thí nghiệm, khi nói đến việc đóng băng hoặc đun sôi nước trong nhà bếp, điều quan trọng nhất là lẽ thường.

liên kết với sự thật thú vị về nướcall about water
như đề xuất trên diễn đàn forum.ixbt.com, hiệu ứng này (hiệu ứng đóng băng nước nóng nhanh hơn nước lạnh) được gọi là "hiệu ứng Aristotle-Mpemba"

Những, cái đó. nước đun sôi (ướp lạnh) đóng băng nhanh hơn "sống"

Nước nào đóng băng nhanh hơn, nóng hay lạnh, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, nhưng bản thân câu hỏi có vẻ hơi lạ. Người ta hiểu, và người ta biết từ vật lý, rằng nước nóng vẫn cần thời gian để nguội xuống nhiệt độ của nước lạnh tương đương để biến thành băng. Nước lạnh có thể bỏ qua giai đoạn này, và theo đó, nó sẽ thắng kịp thời.

Nhưng câu trả lời cho câu hỏi nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng - trên đường phố trong sương giá, thì bất kỳ cư dân nào ở các vĩ độ phía bắc đều biết. Trên thực tế, về mặt khoa học, hóa ra trong mọi trường hợp, nước lạnh đơn giản là phải đóng băng nhanh hơn.

Giáo viên vật lý cũng vậy, người được cậu học sinh Erasto Mpemba tiếp cận vào năm 1963 với yêu cầu giải thích tại sao hỗn hợp lạnh của kem trong tương lai đông cứng lâu hơn hỗn hợp tương tự nhưng nóng.

"Đây không phải là vật lý thế giới, mà là một loại vật lý Mpemba nào đó"

Vào thời điểm đó, giáo viên chỉ cười nhạo điều này, nhưng Deniss Osborne, giáo sư vật lý, người đã từng học cùng trường nơi Erasto học, đã xác nhận bằng thực nghiệm sự tồn tại của hiệu ứng như vậy, mặc dù sau đó không có lời giải thích nào cho điều này. . Năm 1969, một tạp chí khoa học nổi tiếng đã xuất bản một bài báo chung của hai người mô tả hiệu ứng đặc biệt này.

Nhân tiện, kể từ đó, câu hỏi nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, có tên riêng - hiệu ứng, hay nghịch lý, Mpemba.

Câu hỏi đã có từ rất lâu

Đương nhiên, một hiện tượng như vậy đã xảy ra trước đây và nó đã được đề cập trong các công trình của các nhà khoa học khác. Không chỉ cậu học sinh quan tâm đến câu hỏi này, mà Rene Descartes và thậm chí cả Aristotle đã từng nghĩ về nó.

Đây chỉ là những cách tiếp cận để giải quyết nghịch lý này chỉ bắt đầu được xem xét vào cuối thế kỷ XX.

Điều kiện để xảy ra nghịch lý

Đối với kem, không chỉ nước thông thường đóng băng trong quá trình thí nghiệm. Phải có một số điều kiện nhất định để bắt đầu tranh luận nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng. Điều gì ảnh hưởng đến quá trình này?

Bây giờ, trong thế kỷ 21, một số giải pháp đã được đưa ra để giải thích nghịch lý này. Nước nào đóng băng nhanh hơn, nóng hay lạnh, có thể phụ thuộc vào thực tế là nó có tốc độ bay hơi cao hơn nước lạnh. Do đó, thể tích của nó giảm và khi thể tích giảm, thời gian đóng băng sẽ ngắn hơn so với việc chúng ta lấy một thể tích nước lạnh ban đầu tương tự.

Tủ đông đã rã đông từ lâu

Nước nào đóng băng nhanh hơn và tại sao lại như vậy, có thể bị ảnh hưởng bởi lớp tuyết lót có thể có trong ngăn đá của tủ lạnh dùng cho thí nghiệm. Nếu bạn lấy hai bình chứa có thể tích giống hệt nhau, nhưng một trong số chúng sẽ chứa nước nóng và nước lạnh còn lại, thì bình chứa nước nóng sẽ làm tan tuyết bên dưới, do đó cải thiện sự tiếp xúc của mức nhiệt với thành tủ lạnh. Một thùng chứa nước lạnh không thể làm điều đó. Nếu không có lớp lót tuyết như vậy trong tủ lạnh, nước lạnh sẽ đóng băng nhanh hơn.

Trên - dưới

Ngoài ra, hiện tượng nước đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, được giải thích như sau. Theo một số định luật nhất định, nước lạnh bắt đầu đóng băng từ các lớp trên, khi nước nóng làm theo cách khác - nó bắt đầu đóng băng từ dưới lên. Nó chỉ ra rằng nước lạnh, có một lớp lạnh bên trên với băng đã được hình thành ở một số nơi, do đó làm trầm trọng thêm quá trình đối lưu và bức xạ nhiệt, do đó giải thích nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng. Một bức ảnh từ các thí nghiệm nghiệp dư được đính kèm và ở đây nó có thể nhìn thấy rõ ràng.

Hơi nóng thoát ra ngoài, hướng lên trên, và ở đó nó gặp một lớp rất mát. Không có đường dẫn tự do cho bức xạ nhiệt nên quá trình làm mát trở nên khó khăn. Nước nóng hoàn toàn không có rào cản như vậy trên đường đi của nó. Cái nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng, tùy thuộc vào kết quả có thể xảy ra, bạn có thể mở rộng câu trả lời bằng cách nói rằng bất kỳ loại nước nào cũng có một số chất hòa tan trong đó.

Các tạp chất trong thành phần của nước là một yếu tố ảnh hưởng đến kết quả

Nếu bạn không gian lận và sử dụng nước có cùng thành phần, trong đó nồng độ của một số chất giống hệt nhau, thì nước lạnh sẽ đóng băng nhanh hơn. Nhưng nếu một tình huống xảy ra khi các nguyên tố hóa học hòa tan chỉ có trong nước nóng, trong khi nước lạnh không có chúng, thì nước nóng có cơ hội đóng băng sớm hơn. Điều này được giải thích là do các chất hòa tan trong nước tạo thành các tâm kết tinh, với một số ít các tâm này thì việc chuyển nước sang trạng thái rắn gặp nhiều khó khăn. Thậm chí có thể làm siêu lạnh nước, theo nghĩa là ở nhiệt độ dưới 0, nó sẽ ở trạng thái lỏng.

Nhưng tất cả các phiên bản này, rõ ràng, không phù hợp với các nhà khoa học cho đến cuối cùng, và họ vẫn tiếp tục nghiên cứu vấn đề này. Vào năm 2013, một nhóm các nhà nghiên cứu ở Singapore cho biết họ đã giải quyết được bí ẩn lâu đời.

Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng bí mật của hiệu ứng này nằm ở lượng năng lượng được lưu trữ giữa các phân tử nước trong các liên kết của nó, được gọi là liên kết hydro.

Câu trả lời từ các nhà khoa học Trung Quốc

Thông tin thêm sẽ theo sau, để hiểu được cần phải có một số kiến ​​​​thức về hóa học để tìm ra nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh. Như bạn đã biết, nó bao gồm hai nguyên tử H (hydro) và một nguyên tử O (oxy) được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.

Nhưng các nguyên tử hydro của một phân tử cũng bị thu hút bởi các phân tử lân cận, với thành phần oxy của chúng. Những liên kết này được gọi là liên kết hydro.

Đồng thời, điều đáng ghi nhớ là đồng thời các phân tử nước tác động lực đẩy lẫn nhau. Các nhà khoa học lưu ý rằng khi nước được làm nóng, khoảng cách giữa các phân tử của nó tăng lên và điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi lực đẩy. Nó chỉ ra rằng chiếm một khoảng cách giữa các phân tử ở trạng thái lạnh, người ta có thể nói rằng chúng kéo dài và chúng có nguồn cung cấp năng lượng lớn hơn. Dự trữ năng lượng này được giải phóng khi các phân tử nước bắt đầu tiếp cận nhau, tức là quá trình làm mát xảy ra. Hóa ra là nguồn cung cấp năng lượng lớn hơn trong nước nóng và sự giải phóng năng lượng lớn hơn khi được làm lạnh đến nhiệt độ dưới 0 độ xảy ra nhanh hơn so với trong nước lạnh, nơi có nguồn cung cấp năng lượng như vậy nhỏ hơn. Vậy nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng? Trên đường phố và trong phòng thí nghiệm, nghịch lý Mpemba sẽ xảy ra và nước nóng sẽ biến thành băng nhanh hơn.

Nhưng câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ

Chỉ có xác nhận lý thuyết về manh mối này - tất cả điều này được viết bằng các công thức đẹp và có vẻ hợp lý. Nhưng khi dữ liệu thực nghiệm, nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, sẽ được đưa vào ý nghĩa thực tế và kết quả của chúng sẽ được trình bày, thì có thể coi câu hỏi về nghịch lý Mpemba đã khép lại.

Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh đang trao phần thưởng 1.000 bảng cho bất kỳ ai có thể giải thích một cách khoa học tại sao, trong một số trường hợp, nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

“Khoa học hiện đại vẫn chưa thể trả lời câu hỏi có vẻ đơn giản này. Các nhà sản xuất kem và nhân viên pha chế sử dụng hiệu ứng này trong công việc hàng ngày của họ, nhưng không ai thực sự biết tại sao nó hoạt động. Vấn đề này đã được biết đến hàng thiên niên kỷ, và các triết gia như Aristotle và Descartes đã nghĩ về nó,” Giáo sư David Philips, Chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh, trích dẫn trong thông cáo báo chí của Hiệp hội.

Làm thế nào một đầu bếp châu Phi đánh bại một giáo sư vật lý người Anh

Đây không phải là một trò đùa Cá tháng Tư, mà là một thực tế vật lý khắc nghiệt. Khoa học ngày nay, hoạt động dễ dàng trên các thiên hà và lỗ đen, xây dựng các máy gia tốc khổng lồ để tìm kiếm quark và boson, không thể giải thích nguyên tố nước "hoạt động" như thế nào. Sách giáo khoa ở trường nói rõ ràng rằng cần nhiều thời gian hơn để làm mát cơ thể nóng hơn là làm mát cơ thể lạnh. Nhưng đối với nước, luật này không phải lúc nào cũng được tuân thủ. Aristotle đã thu hút sự chú ý đến nghịch lý này vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên. đ. Đây là những gì người Hy Lạp cổ đại đã viết trong cuốn sách "Meteorologica I": "Việc nước được làm nóng trước góp phần làm cho nước đóng băng. Vì vậy, nhiều người khi muốn làm nguội nhanh nước nóng trước tiên hãy đem nó ra nắng…” Vào thời Trung cổ, Francis Bacon và Rene Descartes đã cố gắng giải thích hiện tượng này. Than ôi, cả những nhà triết học vĩ đại cũng như vô số nhà khoa học đã phát triển vật lý nhiệt cổ điển đều không thành công trong việc này, và do đó, một sự thật bất tiện như vậy đã bị “lãng quên” trong một thời gian dài.

Và chỉ đến năm 1968, họ mới “nhớ” đến cậu học sinh Erasto Mpemba đến từ Tanzania, cách xa mọi ngành khoa học. Khi đang học tại một trường dạy nấu ăn, năm 1963, Mpembe, 13 tuổi, được giao nhiệm vụ làm kem. Theo công nghệ, cần phải đun sôi sữa, hòa tan đường trong đó, để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó cho vào tủ lạnh để đông lại. Rõ ràng, Mpemba không phải là một học sinh siêng năng và chần chừ. Sợ rằng sẽ không kịp vào cuối buổi học, anh ấy đã đặt sữa vẫn còn nóng vào tủ lạnh. Trước sự ngạc nhiên của anh ấy, nó còn đông lạnh sớm hơn cả sữa của đồng đội anh ấy, được pha chế theo tất cả các quy tắc.

Khi Mpemba chia sẻ khám phá của mình với một giáo viên vật lý, ông ta đã chế giễu anh trước cả lớp. Mpemba nhớ lại sự xúc phạm. Năm năm sau, khi đã là sinh viên của Đại học Dar es Salaam, anh đã tham dự một bài giảng của nhà vật lý nổi tiếng Denis G. Osborn. Sau bài giảng, ông hỏi nhà khoa học một câu: “Nếu bạn lấy hai bình chứa giống hệt nhau chứa cùng một lượng nước, một bình ở 35 °C (95 °F) và bình kia ở 100 °C (212 °F), và đặt chúng trong tủ đông, khi đó nước trong bình nóng sẽ đông nhanh hơn. Tại sao?" Bạn có thể tưởng tượng phản ứng của một giáo sư người Anh trước câu hỏi của một chàng trai trẻ đến từ Tanzania. Anh ấy đã chế nhạo học sinh. Tuy nhiên, Mpemba đã sẵn sàng cho câu trả lời như vậy và thách thức nhà khoa học đánh cược. Cuộc tranh luận của họ lên đến đỉnh điểm trong một thử nghiệm thực nghiệm chứng minh Mpemba đúng và Osborne thua. Vì vậy, người nấu ăn sinh viên đã ghi tên mình vào lịch sử khoa học, và từ đó hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng Mpemba". Để loại bỏ nó, tuyên bố nó như thể "không tồn tại" không hoạt động. Hiện tượng này tồn tại, và như nhà thơ đã viết, "không bằng chân có răng".

Là các hạt bụi và các chất hòa tan để đổ lỗi?

Trong những năm qua, nhiều người đã cố gắng làm sáng tỏ bí ẩn của nước đóng băng. Một loạt các lời giải thích cho hiện tượng này đã được đưa ra: sự bay hơi, đối lưu, ảnh hưởng của các chất hòa tan - nhưng không yếu tố nào trong số này có thể được coi là dứt khoát. Một số nhà khoa học đã cống hiến cả đời mình cho hiệu ứng Mpemba. James Brownridge, thành viên của Khoa An toàn Bức xạ tại Đại học Bang New York, đã nghiên cứu nghịch lý này trong thời gian rảnh rỗi của mình trong hơn một thập kỷ. Sau khi tiến hành hàng trăm thí nghiệm, nhà khoa học tuyên bố rằng ông có bằng chứng về "tội lỗi" của tình trạng hạ thân nhiệt. Brownridge giải thích rằng ở 0°C, nước chỉ siêu lạnh và bắt đầu đóng băng khi nhiệt độ xuống thấp hơn. Điểm đóng băng được điều chỉnh bởi các tạp chất trong nước - chúng thay đổi tốc độ hình thành các tinh thể băng. Các tạp chất, và đây là các hạt bụi, vi khuẩn và muối hòa tan, có nhiệt độ tạo mầm đặc trưng của chúng, khi các tinh thể băng hình thành xung quanh các trung tâm kết tinh. Khi một số nguyên tố có mặt trong nước cùng một lúc, điểm đóng băng được xác định bởi nguyên tố có nhiệt độ tạo mầm cao nhất.

Đối với thí nghiệm, Brownridge đã lấy hai mẫu nước ở cùng nhiệt độ và đặt chúng vào tủ đông. Ông phát hiện ra rằng một trong các mẫu vật luôn đóng băng trước mẫu vật kia - có lẽ là do sự kết hợp các tạp chất khác nhau.

Brownridge tuyên bố rằng nước nóng nguội nhanh hơn do chênh lệch nhiệt độ lớn hơn giữa nước và tủ đông - điều này giúp nước nóng đạt đến điểm đóng băng trước khi nước lạnh đạt đến điểm đóng băng tự nhiên, thấp hơn ít nhất 5°C.

Tuy nhiên, lập luận của Brownridge đặt ra nhiều câu hỏi. Do đó, những người có thể giải thích hiệu ứng Mpemba theo cách riêng của họ có cơ hội cạnh tranh để giành được một bảng Anh từ Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh.

Nước là một trong những chất lỏng tuyệt vời nhất trên thế giới, có những đặc tính khác thường. Ví dụ, băng - trạng thái rắn của chất lỏng, có trọng lượng riêng thấp hơn chính nước, điều này đã tạo điều kiện cho sự xuất hiện và phát triển của sự sống trên Trái đất theo nhiều cách. Ngoài ra, trong thế giới gần như khoa học và thực sự là khoa học, có những cuộc thảo luận về việc nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh. Bất cứ ai chứng minh được sự đóng băng nhanh hơn của chất lỏng nóng trong những điều kiện nhất định và chứng minh một cách khoa học quyết định của mình sẽ nhận được giải thưởng trị giá 1.000 bảng Anh từ Hiệp hội các nhà hóa học Hoàng gia Anh.

Tiểu sử

Thực tế là, trong một số điều kiện, nước nóng đi trước nước lạnh về tốc độ đóng băng, đã được chú ý từ thời Trung cổ. Francis Bacon và René Descartes đã bỏ nhiều công sức để giải thích hiện tượng này. Tuy nhiên, từ quan điểm của kỹ thuật nhiệt cổ điển, nghịch lý này không thể giải thích được, và họ đã cố gắng che đậy nó một cách ngượng ngùng. Động lực cho việc tiếp tục tranh chấp là một câu chuyện hơi kỳ lạ xảy ra với cậu học sinh người Tanzania Erasto Mpemba (Erasto Mpemba) vào năm 1963. Một lần, trong giờ học làm món tráng miệng ở trường dạy nấu ăn, một cậu bé do bị phân tâm bởi việc khác nên đã không kịp làm nguội hỗn hợp kem mà cho dung dịch đường trong sữa nóng vào ngăn đá. Trước sự ngạc nhiên của anh ấy, sản phẩm nguội nhanh hơn một chút so với các học viên của anh ấy, những người đã quan sát chế độ nhiệt độ để làm kem.

Cố gắng hiểu bản chất của hiện tượng này, cậu bé đã tìm đến một giáo viên vật lý, người mà không đi sâu vào chi tiết, đã chế giễu các thí nghiệm ẩm thực của cậu. Tuy nhiên, Erasto được phân biệt bởi sự kiên trì đáng ghen tị và tiếp tục các thí nghiệm của mình không còn trên sữa nữa mà trên nước. Ông đảm bảo rằng trong một số trường hợp, nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Vào Đại học Dar es Salaam, Erasto Mpembe tham dự buổi thuyết trình của Giáo sư Dennis G. Osborne. Sau khi tốt nghiệp, chàng sinh viên khiến nhà khoa học bối rối với bài toán tốc độ đóng băng của nước phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. D.G. Osborne đã chế giễu chính cách đặt ra câu hỏi, nói với vẻ tự tin rằng bất kỳ kẻ thua cuộc nào cũng biết rằng nước lạnh sẽ đóng băng nhanh hơn. Tuy nhiên, sự kiên trì tự nhiên của chàng trai trẻ đã khiến nó cảm thấy. Anh ta đã đánh cược với giáo sư, đề nghị tiến hành một thử nghiệm thực nghiệm tại đây, trong phòng thí nghiệm. Erasto đặt hai thùng chứa nước trong tủ đông, một ở 95°F (35°C) và một ở 212°F (100°C). Điều ngạc nhiên của giáo sư và những "người hâm mộ" xung quanh là gì khi nước trong thùng thứ hai đóng băng nhanh hơn. Kể từ đó, hiện tượng này được gọi là "Nghịch lý Mpemba".

Tuy nhiên, cho đến nay không có giả thuyết lý thuyết mạch lạc nào giải thích "Nghịch lý Mpemba". Không rõ các yếu tố bên ngoài, thành phần hóa học của nước, sự hiện diện của các khí hòa tan và khoáng chất trong đó ảnh hưởng đến tốc độ đóng băng của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau. Nghịch lý của "Hiệu ứng Mpemba" là nó mâu thuẫn với một trong những định luật do I. Newton phát hiện ra, đó là thời gian làm lạnh của nước tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng và môi trường. Và nếu tất cả các chất lỏng khác hoàn toàn tuân theo luật này, thì nước trong một số trường hợp là một ngoại lệ.

Tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn?t

Có một số phiên bản tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Những cái chính là:

• nước nóng bay hơi nhanh hơn, trong khi thể tích của nó giảm và một thể tích chất lỏng nhỏ hơn nguội đi nhanh hơn - khi nước được làm mát từ + 100 ° C đến 0 ° C, tổn thất thể tích ở áp suất khí quyển đạt 15%;
• cường độ trao đổi nhiệt giữa chất lỏng và môi trường càng cao thì độ chênh lệch nhiệt độ càng lớn nên nhiệt lượng nước sôi mất đi càng nhanh;
• khi nước nóng nguội đi, một lớp băng hình thành trên bề mặt của nó, ngăn không cho chất lỏng đóng băng và bay hơi hoàn toàn;
• ở nhiệt độ cao của nước, sự trộn đối lưu của nó xảy ra, làm giảm thời gian đóng băng;
• khí hòa tan trong nước hạ thấp điểm đóng băng, lấy năng lượng để hình thành tinh thể - không có khí hòa tan trong nước nóng.

Tất cả các điều kiện này đã được xác minh thử nghiệm lặp đi lặp lại. Đặc biệt, nhà khoa học người Đức David Auerbach đã phát hiện ra rằng nhiệt độ kết tinh của nước nóng cao hơn một chút so với nước lạnh, điều này khiến nước lạnh có thể bị đóng băng nhanh hơn. Tuy nhiên, sau đó các thí nghiệm của ông đã bị chỉ trích và nhiều nhà khoa học tin chắc rằng "Hiệu ứng Mpemba" về việc nước đóng băng nhanh hơn - nóng hoặc lạnh, chỉ có thể được tái tạo trong một số điều kiện nhất định, điều mà cho đến nay vẫn chưa có ai tìm kiếm và cụ thể hóa.

Xin chào, những người yêu thích sự thật thú vị. Hôm nay chúng ta sẽ nói về. Nhưng tôi nghĩ rằng câu hỏi đặt ra trong tiêu đề có vẻ đơn giản là vô lý - nhưng có nhất thiết phải luôn tin tưởng hoàn toàn vào "lẽ thường" khét tiếng chứ không phải trải nghiệm thử nghiệm được thiết lập nghiêm ngặt hay không. Hãy thử tìm hiểu tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh?

lịch sử tham khảo

Rằng trong vấn đề đóng băng nước lạnh và nước nóng “không phải mọi thứ đều tinh khiết” đã được đề cập trong các tác phẩm của Aristotle, sau đó F. Bacon, R. Descartes và J. Black cũng có những ghi chú tương tự. Trong lịch sử gần đây, cái tên “Nghịch lý Mpemba” đã được gắn cho hiệu ứng này - theo tên của một cậu học sinh đến từ Tanganyika, Erasto Mpemba, người đã đặt câu hỏi tương tự cho một giáo sư vật lý thỉnh giảng.

Câu hỏi của cậu bé nảy sinh không phải từ đầu, mà từ những quan sát hoàn toàn cá nhân về quá trình làm lạnh hỗn hợp kem trong nhà bếp. Tất nhiên, các bạn cùng lớp có mặt ở đó cùng với giáo viên của trường đã cười nhạo Mpemba - tuy nhiên, sau cuộc kiểm tra thử nghiệm của đích thân Giáo sư D. Osborne, mong muốn chế nhạo Erasto đã "bốc hơi" khỏi họ. Hơn nữa, Mpemba cùng với giáo sư đã công bố một mô tả chi tiết về hiệu ứng này vào năm 1969 trên tạp chí Giáo dục Vật lý - và kể từ đó, cái tên trên đã được cố định trong tài liệu khoa học.

Bản chất của hiện tượng là gì?

Việc thiết lập thí nghiệm khá đơn giản: những thứ khác bằng nhau, các bình có thành mỏng giống hệt nhau được thử nghiệm, trong đó có những lượng nước hoàn toàn bằng nhau, chỉ khác nhau về nhiệt độ. Các bình được nạp vào tủ lạnh, sau đó thời gian được ghi lại trước khi hình thành băng trong mỗi bình. Nghịch lý là trong một bình chứa chất lỏng ban đầu nóng hơn, điều này xảy ra nhanh hơn.

Làm thế nào để vật lý hiện đại giải thích điều này?

Nghịch lý không có lời giải thích chung, vì một số quá trình song song tiến hành cùng nhau, sự đóng góp của chúng có thể khác với các điều kiện ban đầu cụ thể - nhưng với kết quả thống nhất:

• khả năng siêu lạnh của chất lỏng - nước lạnh ban đầu dễ bị hạ thân nhiệt hơn, tức là vẫn ở dạng lỏng khi nhiệt độ của nó đã ở dưới điểm đóng băng
• làm mát tăng tốc - hơi nước từ nước nóng được chuyển thành các vi tinh thể băng, khi quay trở lại sẽ đẩy nhanh quá trình, hoạt động như một "bộ trao đổi nhiệt bên ngoài" bổ sung
• hiệu ứng cách ly - không giống như nước nóng, nước lạnh đóng băng từ trên cao, dẫn đến giảm khả năng truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

Có một số cách giải thích khác (lần gần đây nhất là cuộc thi tìm kiếm giả thuyết tốt nhất do Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh tổ chức gần đây, năm 2012) - nhưng vẫn không có một lý thuyết nào rõ ràng cho mọi trường hợp tổ hợp các điều kiện đầu vào...