Ποιο νερό παγώνει πιο γρήγορα: ζεστό ή κρύο; Από τι εξαρτάται

Ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα, ζεστό ήκρύο, πολλοί παράγοντες επηρεάζουν, αλλά το ίδιο το ερώτημα φαίνεται λίγο περίεργο. Υπονοείται, και αυτό είναι γνωστό από τη φυσική, ότι το ζεστό νερό χρειάζεται ακόμη χρόνο για να κρυώσει στη θερμοκρασία συγκρίσιμου κρύου νερού για να μετατραπεί σε πάγο. Σε κρύο νερό, αυτό το στάδιο μπορεί να παραλειφθεί και, κατά συνέπεια, κερδίζει εγκαίρως.

Αλλά η απάντηση στο ερώτημα τι παγώνει το νερόγρηγορότερα - κρύο ή ζεστό - έξω από τον παγετό, γνωρίζει οποιοσδήποτε κάτοικος των βόρειων γεωγραφικών πλάτους. Στην πραγματικότητα, με επιστημονικό τρόπο, αποδεικνύεται ότι, εν πάση περιπτώσει, το κρύο νερό πρέπει απλά να παγώσει πιο γρήγορα.

Ο καθηγητής φυσικής, τον οποίο προσεγγίστηκε ο μαθητής Erasto Mpemba το 1963 με αίτημα να εξηγήσει γιατί το κρύο μείγμα μελλοντικού παγωτού παγώνει περισσότερο από ένα παρόμοιο αλλά ζεστό, σκέφτηκε τον ίδιο τρόπο.

"Δεν είναι η φυσική του κόσμου, αλλά κάποιο είδος της φυσικής Μπέμπα"

Εκείνη την εποχή, ο δάσκαλος το γέλασε μόνο, αλλάΟ Deniss Osborne, καθηγητής φυσικής που κάποτε οδήγησε στο ίδιο σχολείο όπου σπούδασε ο Erasto, επιβεβαίωσε πειραματικά την παρουσία ενός τέτοιου αποτελέσματος, αν και τότε δεν υπήρχε καμία εξήγηση για αυτό. Το 1969, ένα δημοφιλές επιστημονικό περιοδικό δημοσίευσε ένα κοινό άρθρο από αυτούς τους δύο ανθρώπους που περιέγραψαν αυτό το περίεργο αποτέλεσμα.

Έκτοτε, παρεμπιπτόντως, το ερώτημα για το οποίο το νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο - έχει το δικό του όνομα - το αποτέλεσμα, ή το παράδοξο, του Mpemba.

Το ερώτημα προέκυψε για μεγάλο χρονικό διάστημα

Φυσικά, πριν από ένα τέτοιο φαινόμενομέρος για να είναι, και αναφέρθηκε στα έργα άλλων επιστημόνων. Όχι μόνο ο μαθητής ενδιαφερόταν για αυτό το ζήτημα, αλλά και ο Francis Bacon, η Rene Descartes και ακόμη και ο Αριστοτέλης το σκέφτηκαν στην εποχή τους.

Εδώ είναι μόνο προσεγγίσεις για την επίλυση αυτού του παράδοξου που άρχισε να φαίνεται μόνο στα τέλη του εικοστού αιώνα.

Προϋποθέσεις για ένα παράδοξο

Όπως και με το παγωτό, όχι απλάτο νερό παγώνει κατά τη διάρκεια του πειράματος. Πρέπει να υπάρχουν ορισμένες προϋποθέσεις για να αρχίσει να υποστηρίζει ότι το νερό παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό. Τι επηρεάζει την πορεία αυτής της διαδικασίας;

Τώρα, τον 21ο αιώνα, έχουν προταθεί πολλές επιλογές,που μπορεί να εξηγήσει αυτό το παράδοξο. Ποιο νερό παγώνει πιο γρήγορα, ζεστό ή κρύο, μπορεί να εξαρτάται από το γεγονός ότι το ζεστό νερό έχει ταχύτερο ρυθμό εξάτμισης από το κρύο νερό. Έτσι, ο όγκος του μειώνεται, και με μείωση του όγκου, ο χρόνος κατάψυξης γίνεται μικρότερος από ό, τι αν πάρουμε έναν παρόμοιο αρχικό όγκο κρύου νερού.

Απόψυξη του καταψύκτη για μεγάλο χρονικό διάστημα

Ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα και γιατίσυμβαίνει, μπορεί να επηρεαστεί από την επένδυση χιονιού, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί στον καταψύκτη του ψυγείου που χρησιμοποιείται για το πείραμα. Εάν πάρετε δύο δοχεία όμοια σε όγκο, αλλά το ένα περιέχει ζεστό νερό και το άλλο περιέχει κρύο νερό, το δοχείο με ζεστό νερό θα λιώσει το χιόνι κάτω από αυτό, βελτιώνοντας έτσι την επαφή της θερμικής στάθμης με το τοίχωμα του ψυγείου. Ένα δοχείο κρύου νερού δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Εάν δεν υπάρχει τέτοια επένδυση με χιόνι στο ψυγείο, το κρύο νερό πρέπει να παγώσει πιο γρήγορα.

Κορυφή - Κάτω

Επίσης, το φαινόμενο του οποίου το νερό παγώνει γρηγορότερα- ζεστό ή κρύο, εξηγείται ως εξής. Σύμφωνα με ορισμένους νόμους, το κρύο νερό αρχίζει να παγώνει από τα ανώτερα στρώματα, όταν το ζεστό νερό το κάνει αντίστροφα - αρχίζει να παγώνει από κάτω προς τα πάνω. Ταυτόχρονα, αποδεικνύεται ότι το κρύο νερό, που έχει ένα κρύο στρώμα στην κορυφή με πάγο ήδη σχηματισμένο σε μέρη, επιδεινώνει έτσι τις διαδικασίες μεταφοράς και ακτινοβολίας θερμότητας, εξηγώντας έτσι ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό. Επισυνάπτεται φωτογραφία από ερασιτεχνικά πειράματα και αυτό είναι ορατό εδώ.

Η θερμότητα σβήνει, τείνει προς τα πάνω, και εκείσυναντά με ένα πολύ παγωμένο στρώμα. Δεν υπάρχει ελεύθερη διαδρομή για ακτινοβολία θερμότητας, επομένως η διαδικασία ψύξης γίνεται δύσκολη. Το ζεστό νερό δεν έχει τέτοια εμπόδια στο δρόμο του. Ποιο πάγωμα γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό, από το οποίο εξαρτάται το πιθανό αποτέλεσμα, μπορείτε να επεκτείνετε την απάντηση από το γεγονός ότι οποιοδήποτε νερό έχει ορισμένες ουσίες διαλυμένες σε αυτό.

Ακαθαρσίες στο νερό ως παράγοντας που επηρεάζει το αποτέλεσμα

Εάν δεν εξαπατάτε και χρησιμοποιείτε νερό μετην ίδια σύνθεση, όπου οι συγκεντρώσεις ορισμένων ουσιών είναι ίδιες, τότε το κρύο νερό πρέπει να παγώνει γρηγορότερα. Αλλά εάν προκύψει μια κατάσταση όταν τα διαλυμένα χημικά στοιχεία είναι διαθέσιμα μόνο σε ζεστό νερό και το κρύο νερό δεν τα διαθέτει, τότε υπάρχει η ευκαιρία για το ζεστό νερό να παγώσει νωρίτερα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι διαλυμένες ουσίες στο νερό δημιουργούν κέντρα κρυστάλλωσης, και με μικρό αριθμό από αυτά τα κέντρα, η μετατροπή του νερού σε στερεά κατάσταση είναι δύσκολη. Είναι ακόμη δυνατή η υπερψύξη του νερού, με την έννοια ότι σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν θα είναι σε υγρή κατάσταση.

Αλλά όλες αυτές οι εκδοχές, προφανώς, δεν ταίριαζαν πλήρως στους επιστήμονες και συνέχισαν να εργάζονται για αυτό το ζήτημα. Το 2013, μια ομάδα ερευνητών στη Σιγκαπούρη είπε ότι είχαν λύσει ένα παλιό μυστήριο.

Μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων υποστηρίζει ότι το μυστικό αυτού του αποτελέσματος έγκειται στην ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται μεταξύ των μορίων του νερού στους δεσμούς της, που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου.

Η απάντηση από Κινέζους επιστήμονες

Περισσότερες πληροφορίες θα ακολουθήσουν, για να κατανοήσουν ποιαΕίναι απαραίτητο να έχουμε κάποιες γνώσεις στη χημεία για να κατανοήσουμε ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο. Όπως γνωρίζετε, ένα μόριο νερού αποτελείται από δύο άτομα Η (υδρογόνο) και ένα Ο (οξυγόνο), που συγκρατούνται μαζί από ομοιοπολικούς δεσμούς.

Αλλά επίσης άτομα υδρογόνου ενός μορίου προσελκύονται σε γειτονικά μόρια, στο συστατικό οξυγόνου τους. Αυτοί οι δεσμοί ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου.

Πρέπει να θυμόμαστε ότι ταυτόχρονατα μόρια του νερού είναι απωθητικά μεταξύ τους. Οι επιστήμονες σημείωσαν ότι όταν θερμαίνεται το νερό, η απόσταση μεταξύ των μορίων του αυξάνεται και αυτό διευκολύνεται από απλώς απωθητικές δυνάμεις. Αποδεικνύεται ότι οι δεσμοί υδρογόνου, που καταλαμβάνουν μια απόσταση μεταξύ των μορίων σε ψυχρή κατάσταση, μπορεί να ειπωθεί ότι τεντώνουν και έχουν μεγαλύτερη αποθήκευση ενέργειας. Είναι αυτό το απόθεμα ενέργειας που απελευθερώνεται όταν τα μόρια του νερού αρχίζουν να πλησιάζουν το ένα το άλλο, δηλαδή, συμβαίνει ψύξη. Αποδεικνύεται ότι η μεγαλύτερη παροχή ενέργειας σε ζεστό νερό και η μεγαλύτερη απελευθέρωσή της όταν ψύχεται σε θερμοκρασίες υπό μηδέν, συμβαίνει γρηγορότερα από ότι σε κρύο νερό, το οποίο έχει λιγότερη ενέργεια. Ποιο νερό παγώνει πιο γρήγορα - κρύο ή ζεστό; Στο δρόμο και στο εργαστήριο, πρέπει να εμφανιστεί το παράδοξο Mpemba και το ζεστό νερό να μετατραπεί σε πάγο γρηγορότερα.

Αλλά η ερώτηση είναι ακόμα ανοιχτή

Υπάρχει μόνο θεωρητική επιβεβαίωσηη δεδομένη ένδειξη - όλα αυτά είναι γραμμένα σε όμορφες φόρμουλες και φαίνεται εύλογο. Αλλά όταν τα πειραματικά δεδομένα, τα οποία το νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο, τίθενται σε πρακτική έννοια και παρουσιάζονται τα αποτελέσματά τους, τότε το ζήτημα του παράδοξου Mpemba μπορεί να θεωρηθεί κλειστό.