น้ำชนิดใดที่ค้างเร็วกว่า: ร้อนหรือเย็น มันขึ้นอยู่กับอะไร

ซึ่งน้ำจะแข็งตัวเร็วกว่า ร้อน หรืออากาศหนาวมีหลายปัจจัย แต่คำถามก็ดูแปลกๆ เป็นที่ทราบโดยนัยและเป็นที่ทราบกันดีจากฟิสิกส์ว่าน้ำร้อนยังคงต้องใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิของน้ำเย็นที่เทียบเคียงกันเพื่อเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง ในน้ำเย็นสามารถข้ามขั้นตอนนี้ได้และดังนั้นจึงชนะได้ทันเวลา

แต่คำตอบของคำถามที่ว่าน้ำชนิดไหนที่ค้างเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน - ข้างนอกในน้ำค้างแข็งผู้อาศัยในละติจูดเหนือรู้ ตามจริงแล้ว ในทางวิทยาศาสตร์ ปรากฎว่าในกรณีใด ๆ น้ำเย็นก็ต้องแข็งตัวเร็วขึ้น

ครูสอนฟิสิกส์ซึ่งได้รับการติดต่อจากนักเรียนชาย Erasto Mpemba ในปี 2506 พร้อมคำขอให้อธิบายว่าทำไมไอศกรีมที่ผสมเย็นในอนาคตจึงแข็งตัวนานกว่าไอศกรีมที่คล้ายกันแต่ร้อน คิดแบบเดียวกัน

"นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์โลก แต่เป็นฟิสิกส์ของ Mpemba"

ตอนนั้นอาจารย์ได้แต่หัวเราะเยาะแต่เดนิส ออสบอร์น ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ซึ่งครั้งหนึ่งเคยขับรถมาที่โรงเรียนเดียวกันกับที่อีราสโตศึกษาอยู่ ได้ทดลองยืนยันการมีอยู่ของผลกระทบดังกล่าว แม้ว่าจะยังไม่มีคำอธิบายสำหรับเรื่องนี้ก็ตาม ในปี 1969 วารสารทางวิทยาศาสตร์ที่ได้รับความนิยมได้ตีพิมพ์บทความร่วมโดยคนสองคนนี้ซึ่งบรรยายถึงผลกระทบที่แปลกประหลาดนี้

ตั้งแต่นั้นมา คำถามที่ว่าน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - มีชื่อเป็นของตัวเอง - เอฟเฟกต์หรือความขัดแย้งของ Mpemba

เกิดคำถามมานาน

เป็นธรรมดาก่อนที่ปรากฏการณ์ดังกล่าวจะมีที่จะเป็นและเขาถูกกล่าวถึงในผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ไม่เพียงแค่เด็กนักเรียนเท่านั้นที่สนใจเรื่องนี้ แต่ฟรานซิส เบคอน, เรเน่ เดส์การตส์ และแม้แต่อริสโตเติลก็คิดถึงเรื่องนี้ในช่วงเวลาของพวกเขา

นี่เป็นเพียงแนวทางในการแก้ไขความขัดแย้งนี้เริ่มที่จะมองเฉพาะเมื่อปลายศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น

เงื่อนไขสำหรับความขัดแย้งที่จะเกิดขึ้น

เช่นเดียวกับไอศกรีม ไม่ใช่แค่ธรรมดาน้ำค้างระหว่างการทดลอง ต้องมีเงื่อนไขบางประการเพื่อที่จะเริ่มโต้เถียงว่าน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน สิ่งที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการนี้?

ในศตวรรษที่ 21 มีการเสนอทางเลือกหลายทางซึ่งสามารถอธิบายความขัดแย้งนี้ได้ ซึ่งน้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น ร้อนหรือเย็น ขึ้นอยู่กับว่าน้ำร้อนมีอัตราการระเหยเร็วกว่าน้ำเย็น ดังนั้นปริมาตรของมันจึงลดลง และด้วยปริมาตรที่ลดลง เวลาแช่แข็งจะสั้นกว่าถ้าเราใช้ปริมาตรน้ำเย็นเริ่มต้นที่ใกล้เคียงกัน

ละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งเป็นเวลานาน

น้ำไหนแข็งตัวเร็วกว่าและทำไมเกิดขึ้นสามารถได้รับอิทธิพลจากซับหิมะซึ่งสามารถเกิดขึ้นในช่องแช่แข็งของตู้เย็นที่ใช้สำหรับการทดลอง หากคุณนำภาชนะสองใบที่มีปริมาตรเท่ากัน แต่หนึ่งในนั้นบรรจุน้ำร้อน และอีกถังหนึ่งมีน้ำเย็น ภาชนะที่มีน้ำร้อนจะทำให้หิมะละลายภายใต้นั้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสของระดับความร้อนกับผนังของ ตู้เย็น. ภาชนะน้ำเย็นไม่สามารถทำเช่นนั้นได้ หากไม่มีหิมะปกคลุมในช่องแช่เย็น น้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น

บน-ล่าง

อีกทั้งปรากฏการณ์ที่น้ำจะแข็งตัวเร็วขึ้น- ร้อนหรือเย็น อธิบายได้ดังนี้ ตามกฎหมายบางข้อ น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากชั้นบน เมื่อน้ำร้อนทำอย่างอื่น - น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากล่างขึ้นบน ในเวลาเดียวกันปรากฎว่าน้ำเย็นที่มีชั้นเย็นอยู่ด้านบนที่มีน้ำแข็งก่อตัวขึ้นในสถานที่ต่างๆ ซึ่งทำให้กระบวนการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนแย่ลง ดังนั้นจึงอธิบายว่าน้ำใดจะหยุดเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน แนบภาพถ่ายจากการทดลองมือสมัครเล่นและมองเห็นได้ชัดเจนที่นี่

ความร้อนออกไปพุ่งสูงขึ้นและที่นั่นพบกับชั้นที่เย็นยะเยือกมาก ไม่มีเส้นทางอิสระสำหรับการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นจึงเป็นเรื่องยาก น้ำร้อนไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่างทาง อันไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อนซึ่งผลลัพธ์ที่น่าจะขึ้นอยู่กับคุณสามารถขยายคำตอบได้ด้วยความจริงที่ว่าน้ำใด ๆ มีสารบางอย่างละลายอยู่ในนั้น

สิ่งเจือปนในน้ำเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อผลลัพธ์

ถ้าไม่โกงใช้น้ำกับด้วยองค์ประกอบเดียวกันโดยที่ความเข้มข้นของสารบางชนิดเหมือนกัน น้ำเย็นควรแข็งตัวเร็วขึ้น แต่ถ้าสถานการณ์เกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบทางเคมีที่ละลายน้ำมีอยู่ในน้ำร้อนเท่านั้นและน้ำเย็นไม่มีองค์ประกอบเหล่านี้ก็มีโอกาสที่น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวละลายในน้ำสร้างศูนย์กลางการตกผลึก และด้วยศูนย์เหล่านี้จำนวนน้อย การเปลี่ยนแปลงของน้ำให้เป็นสถานะของแข็งจึงเป็นเรื่องยาก เป็นไปได้แม้กระทั่งการระบายความร้อนด้วยน้ำมากเกินไปในแง่ที่ว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์จะอยู่ในสถานะของเหลว

แต่เห็นได้ชัดว่าเวอร์ชันเหล่านี้ไม่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์และพวกเขายังคงทำงานเกี่ยวกับเรื่องนี้ต่อไป ในปี 2013 ทีมนักวิจัยในสิงคโปร์กล่าวว่าพวกเขาได้ไขปริศนาเก่าแก่

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนให้เหตุผลว่าความลับของผลกระทบนี้อยู่ที่ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างโมเลกุลของน้ำในพันธะ ซึ่งเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

เบาะแสจากนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน

ข้อมูลเพิ่มเติมจะตามมาเพื่อความเข้าใจซึ่งจำเป็นต้องมีความรู้ด้านเคมีเพื่อหาว่าน้ำใดจะแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น อย่างที่คุณทราบ โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยอะตอม H (ไฮโดรเจน) สองอะตอม และอะตอม O (ออกซิเจน) หนึ่งอะตอมที่ยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะโควาเลนต์

แต่อะตอมของไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งก็ถูกดึงดูดไปยังโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงไปยังส่วนประกอบออกซิเจนของพวกมัน พันธะเหล่านี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

ก็ควรค่าแก่การจดจำว่าในขณะเดียวกันโมเลกุลของน้ำเป็นสิ่งที่น่ารังเกียจซึ่งกันและกัน นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อน้ำร้อนขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และนี่เป็นเพราะแรงผลัก ปรากฎว่าพันธะไฮโดรเจนซึ่งครอบครองระยะห่างระหว่างโมเลกุลในสถานะเย็นสามารถกล่าวได้ว่าเป็นการยืดตัวและมีการจัดเก็บพลังงานมากขึ้น เป็นการสะสมพลังงานนี้ที่ปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของน้ำเริ่มเข้าหากันนั่นคือการระบายความร้อนเกิดขึ้น ปรากฎว่าแหล่งพลังงานที่มากขึ้นในน้ำร้อน และการปลดปล่อยมากขึ้นเมื่อถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ เกิดขึ้นได้เร็วกว่าในน้ำเย็นซึ่งมีพลังงานน้อยกว่านี้ น้ำชนิดใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน? บนถนนและในห้องปฏิบัติการ ความขัดแย้งของ Mpemba ควรเกิดขึ้น และน้ำร้อนควรกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น

แต่คำถามก็ยังเปิดอยู่

มีเพียงการยืนยันทางทฤษฎีจากเงื่อนงำที่กำหนด - ทั้งหมดนี้เขียนด้วยสูตรที่สวยงามและดูเหมือนเป็นไปได้ แต่เมื่อข้อมูลการทดลองซึ่งน้ำแข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็นถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติและนำเสนอผลลัพธ์แล้วคำถามของ Mpemba Paradox ก็ถือได้ว่าปิด