Γιατί παγώνει το ζεστό νερό γρηγορότερα από το κρύο; Γιατί το παγοδρόμιο χύνεται με ζεστό νερό;

Περιγραφή του παράδοξου του mpemba.

Περιεχόμενο

Πολλοί από εμάς στην παιδική ηλικία, καθώς και στη νεολαία, συχνά πειραματίστηκαν με φυσικά φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένης της κατάψυξης του νερού. Παραδόξως, αλλά πολλοί από εμάς γνωρίζουμε ότι για κάποιο λόγο είναι συνηθισμένο να γεμίσουμε τους κυλίνδρους με ζεστό νερό και όχι κρύο, επειδή παγώνει γρηγορότερα. Σε αυτό το άρθρο, θα σας πούμε γιατί το ζεστό νερό μετατρέπεται σε πάγο γρηγορότερα από το κρύο.

Το ζεστό νερό παγώνει γρηγορότερα ή όχι;

Σε γενικές γραμμές, αυτό το γεγονός ήταν γνωστό για πολύ καιρό, από την εποχή του Αριστοτέλη, καθώς και του Descartes. Ωστόσο, δεν υπήρχαν επιστημονικά στοιχεία. Μόνο το 1963 ξεκίνησαν σημαντικά έργα, το κύριο καθήκον του οποίου είναι να μάθει γιατί συμβαίνει αυτό.

Το ζεστό νερό παγώνει γρηγορότερα ή όχι:

Σύμφωνα με τη φυσική, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, σύμφωνα με την οποία μία ενέργεια ρέει σε άλλη. Σύμφωνα με την πρώτη αρχή της θερμοδυναμικής, το θερμαινόμενο υγρό, πριν από τη θερμοκρασία ψύξης, αντίστοιχα, και ο χρόνος σκλήρυνσης πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερος.
Ωστόσο, στην πράξη, συμβαίνει διαφορετικά. Ο μαθητής σκέφτηκε γι 'αυτό, ο οποίος ζήτησε από τον καθηγητή φυσικής του την αντίστοιχη ερώτηση. Το αγόρι προετοίμασε παγωτό στο σπίτι και παρατήρησε ότι ένα ποτήρι με ζεστό υγρό πάγωσε πολύ πιο γρήγορα από ό, τι με ένα δροσερό, με την ίδια σύνθεση της ουσίας.
Τότε ο δάσκαλος γέλασε μόνο στον τύπο, λέγοντας ότι αυτό έρχεται σε αντίθεση με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, επομένως είναι αδύνατο. Μετά από μια επίσκεψη στο σχολείο του διάσημου φυσικού Osborn, το αγόρι του ζήτησε την ίδια ερώτηση, την οποία ενδιαφέρεται ο επιστήμονας.

Τι νερό παγώνει ζεστό ή κρύο γρηγορότερα;

Από το 1963, ο Osborne, μαζί με το αγόρι, άρχισε να ασχολείται με αυτό το ζήτημα, ως αποτέλεσμα του οποίου δημοσιεύθηκε ένα άρθρο, στο περιοδικό Educiation. Ταυτόχρονα, η ακριβής απάντηση γιατί το θερμαινόμενο υγρό σκληραίνει γρηγορότερα από το κρύο δεν ελήφθη.

Τι παγώνει το νερό ζεστό ή κρύο:

Σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, μια ζεστή λύση στο ψυγείο με θερμοστάτη περνάει σε μια στερεά κατάσταση πολύ πιο γρήγορα μόνο για το λόγο ότι το ψυγείο αρχίζει να παγώνει σκληρότερα, όταν το σήμα για την αύξηση της θερμοκρασίας στο θάλαμο.
Αυτό δεν συμβαίνει με παγωμένο υγρό, αφού η θερμοκρασία του είναι πολύ χαμηλότερη και ο θερμοστάτης λειτουργεί ως συνήθως, χωρίς να μειωθεί η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου. Ωστόσο, αυτή η έκδοση δεν έλαβε επιβεβαίωση για το λόγο ότι το θερμαινόμενο υγρό υπό συνηθισμένες συνθήκες στον αέρα σκληραίνει επίσης πολύ πιο γρήγορα από το κρύο.
Κατά συνέπεια, ο θερμοστάτης δεν βρίσκεται σε συνηθισμένες συνθήκες δρόμου, επομένως, το κρύο δεν συμβαίνει.

Γιατί το παγώνει το ζεστό νερό πιο γρήγορα;

Ωστόσο, ήταν δυνατόν να διαπιστωθεί ότι το θερμαινόμενο υγρό, λόγω της παρουσίας μεγάλου αριθμού σάρκας πάνω από την επιφάνεια, σκληραίνει πολύ ταχύτερα λόγω του γεγονότος ότι τα ζεύγη σχηματίζονται στην επιφάνεια, ο όγκος του υγρού στο δοχείο μειώνεται . Έτσι, είναι δυνατόν να παγώσει μια μικρότερη ποσότητα υγρού, η οποία είναι πολύ απλούστερη από περισσότερο. Ωστόσο, στην πράξη, η απώλεια του όγκου είναι ασήμαντη, επομένως, η διαδικασία σκλήρυνσης δεν μπορεί να θεωρηθεί δικαιολογημένη.

Γιατί η κατάψυξη ζεστού νερού είναι πιο γρήγορα:

Πολλοί επιστήμονες συμφωνούν ότι το θερμαινόμενο υγρό, λόγω της παρουσίας καπνών, αρχίζει να μετατρέπεται σε πάγο ταχύτερα. Τα σταγονίδια πάγου πάνω από την επιφάνεια πέφτουν στο νερό, γεγονός που συμβάλλει στον σχηματισμό κρούστας πάγου, γι 'αυτό συμβαίνει μια γρήγορη διαδικασία μετατροπής σε πάγο.
Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει,τι, Εάν βάλετε ένα δοχείο με ένα ζεστό υγρό στο χιόνι ή μια κρούστα πάγου στο ψυγείο, αρχίζει να λιώσει, ως αποτέλεσμα της οποίας αυξάνεται η επαφή μεταξύ του δοχείου, του νερού, καθώς και του ψυγείου, αυξάνοντας την περιοχή της επαφής, ως αποτέλεσμα της οποίας υπάρχει ταχεία κατάψυξη ζεστού νερού.
Το παγωμένο νερό δεν έχει τέτοιο αποτέλεσμα λόγω του γεγονότος ότι κάτω από αυτό το μαξιλάρι χιονιού δεν λιώνει και η διαδικασία μετατροπής σε πάγο είναι πολύ πιο αργή. Επιπλέον, ήταν δυνατόν να διαπιστωθεί ότι το κρύο υγρό, όταν η θερμοκρασία μειώνεται, αρχίζει να σκληραίνει στο πάνω μέρος. Ως αποτέλεσμα αυτού, οι διαδικασίες ανάμειξης του νερού μέσα στο νερό επιδεινώνονται, επομένως η διαδικασία καθυστερεί. Το θερμαινόμενο υγρό αρχίζει να παγώνει από κάτω, ενισχύοντας έτσι τις διαδικασίες μεταφοράς, την ακτινοβολία θερμότητας.

Γιατί το παγοδρόμιο χύνεται με ζεστό νερό;

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι εάν συμπεριλάβετε επιπλέον μηχανικό μέσο όρο νερού σε ζεστά και κρύα δοχεία, τότε το ψύχωρο νερό θα παγώσει πολύ πιο γρήγορα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν θα σχηματιστεί μια πυκνή κρούστα πάγου.

Γιατί το παγοδρόμιο χύνεται με ζεστό νερό:

Οι χημικοί προσπάθησαν επίσης να εξηγήσουν αυτό το παράδοξο, από το γεγονός ότι μέσα στο θερμαινόμενο υγρό, υπάρχουν διαλυμένες ουσίες που εγκαταστάθηκαν στο κάτω μέρος, το καθαρό νερό είναι στην κορυφή. Όλοι γνωρίζουν ότι το διάλυμα αλατιού σκληραίνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία από το αποσταγμένο νερό.
Έτσι, προσπάθησαν να εξηγήσουν αυτό το παράδοξο. Ως εκ τούτου, το παγωμένο νερό είναι πιο άκαμπτο, σε αυτό είναι έντονα ιόντα που περιέχονται σε ολόκληρο τον όγκο του. Σε αυτή την περίπτωση, σε ζεστό υγρό, το διαλυμένο άλας είναι κατά προτίμηση στο κάτω μέρος του διαλύματος.
Χάρη σε αυτό, το επάνω μέρος σκληραίνει ταχύτερα, μεταδίδοντας τη μειωμένη θερμοκρασία στα κάτω στρώματα του υγρού.

Το κρύο ή το ζεστό νερό παγώνει γρηγορότερα;

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι εάν η σταθερή ανάμειξη ζεστού και κρύου νερού, τότε το κρύο υγρό θα μετατραπεί σε πάγο πολύ πιο γρήγορα.

Το κρύο ή το ζεστό νερό παγώνει γρηγορότερα:

Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι σε ζεστό νερό οι συνδέσεις μεταξύ των μορίων είναι τεντωμένες, έτσι ώστε το μόριο υδρογόνου είναι επίσης πιο ογκώδες στο διάστημα. Με αιχμηρή ψύξη νερού, αυτές οι συνδέσεις σχισμένες, με πολύ απότομη μείωση της θερμοκρασίας.
Αυτό προκαλεί την ταχεία κατάψυξη του ζεστού νερού. Πιστεύεται ότι το ζεστό υγρό περιέχει λιγότερα διαλυμένα αέρια παρά στο κρύο. Λόγω της αλλαγής στη σύνθεση του καυτού υγρού που εμφανίζεται ο γρήγορος μετασχηματισμός του σε πάγο.
Δεν υπάρχει ακόμη σαφής και τελική απάντηση σχετικά με αυτό το παράδοξο. Μελέτες διεξήχθησαν το 2012-2017, οι οποίες επιβεβαίωσαν το παράδοξο ή το αντικρούσουν. Το 2016, στο περιοδικό Scientific Reports, υπάρχει ένας σύνδεσμος για τα υλικά που το κρύο νερό πηγαίνει σε μια στερεά κατάσταση πιο αργή από τη θερμαινόμενη.

Διεξήγαγαν ιδιόμορφες μελέτες σύμφωνα με τις οποίες καταψύχθηκαν 400 ml νερού με διαφορετικές θερμοκρασίες. Σύμφωνα με αυτές τις μελέτες, το ζεστό υγρό ψύχεται γρηγορότερα από το κρύο. Το 2017 δημοσιεύθηκε μια υπόθεση, σύμφωνα με την οποία η επίδραση του Mpemba, η οποία αφορά τη θέρμανση του ψυχρού συστήματος, δεν αντιστοιχεί σε ισορροπία. Επομένως, όλοι οι βασικοί νόμοι της φυσικής και της θερμοδυναμικής δεν είναι κατάλληλοι για αυτό το παράδοξο.