وصف مفارقة mpemba.
محتوى
كثيرون منا في مرحلة الطفولة ، وكذلك في الشباب ، غالباً ما جربوا ظواهر جسدية ، بما في ذلك تجميد المياه. من الغريب أن الكثير منا يعلم أنه لسبب ما من المعتاد ملء البكر بالماء الساخن ، وليس باردًا ، لأنه يتجمد بشكل أسرع. في هذه المقالة ، سنخبرك لماذا يتحول الماء الساخن إلى جليد أسرع من البرد.
يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع أم لا؟
بشكل عام ، كانت هذه الحقيقة معروفة لفترة طويلة جدًا ، منذ وقت أرسطو ، وكذلك ديكارت. ومع ذلك ، لم يكن هناك دليل علمي. في عام 1963 فقط بدأت أعمالًا مهمة ، والمهمة الرئيسية لها هي معرفة سبب حدوث ذلك.
يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع أم لا:
- وفقًا للفيزياء ، فإن هذا يتناقض مع القانون الأول للديناميكا الحرارية ، والتي تتدفق بها طاقة إلى أخرى. وفقًا للبداية الأولى من الديناميكا الحرارية ، يجب أن يكون السائل الساخن ، قبل أن تمر درجة حرارة التبريد ، على التوالي ، ويجب أن يكون وقت التصلب أكبر بكثير.
- ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، يحدث ذلك بشكل مختلف. فكر تلميذ في هذا الأمر ، الذي سأل معلمه في الفيزياء السؤال المقابل. أعد الصبي الآيس كريم في المنزل ، ولاحظ أن كوبًا ذو سائل دافئ يتجمد بشكل أسرع بكثير من البارد ، مع نفس التركيبة من المادة.
- ثم ضحك المعلم فقط على الرجل ، قائلاً إن هذا يتناقض مع القانون الأول للديناميكا الحرارية ، وبالتالي فهو مستحيل. بعد زيارة مدرسة الفيزيائي الشهير أوزبورن ، سأله الصبي نفس السؤال الذي يهتم بالعالم.
ما الماء يتجمد حار أو بارد أسرع؟
منذ عام 1963 ، بدأ أوزبورن ، إلى جانب الصبي ، في التعامل مع هذه القضية ، ونتيجة لذلك تم نشر مقال ، في مجلة Educiation. في الوقت نفسه ، لم يتم الحصول على الإجابة الدقيقة لماذا لم يتم الحصول على السائل الساخن بشكل أسرع من البرد.
ما يتجمد الماء الساخن أو البارد:
- وفقًا لبعض العلماء ، فإن محلول دافئ في الثلاجة مع ترموستات ينتقل إلى حالة صلبة بشكل أسرع بكثير فقط لسبب أن الثلاجة تبدأ في التجميد بقوة أكبر ، عندما تكون الإشارة حول زيادة درجة الحرارة في الغرفة.
- لا يحدث هذا مع السائل المبرد ، لأن درجة حرارته أقل بكثير ، وتعمل ترموستات كالمعتاد ، دون تقليل درجة حرارة المبرد. ومع ذلك ، لم يتلق هذا الإصدار تأكيدًا لسبب أن السائل الساخن في ظل الظروف العادية في الهواء يصلب أيضًا أسرع بكثير من البرد.
- وفقًا لذلك ، فإن ترموستات ليس في ظروف الشوارع العادية ، وبالتالي ، لا يحدث البرد.
لماذا يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع؟
ومع ذلك ، كان من الممكن معرفة أن السائل الساخن ، نظرًا لوجود عدد كبير من اللحم فوق السطح ، يتصلب بشكل أسرع بكثير بسبب حقيقة أن الأزواج تتشكل على السطح ، ويقل حجم السائل في الحاوية . وبالتالي ، من الممكن تجميد كمية أقل من السائل ، وهو أبسط بكثير من أكثر من ذلك بكثير. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، فإن فقدان الحجم غير مهم ، وبالتالي ، لا يمكن اعتبار عملية التصلب مبررة.
لماذا يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع:
- يتفق العديد من العلماء على أن السائل الساخن ، بسبب وجود أبخرة ، يبدأ في التحول إلى جليد بشكل أسرع. تسقط قطرات الجليد فوق السطح في الماء ، مما يساهم في تكوين قشرة الجليد ، وهذا هو السبب في حدوث عملية سريعة للتحول إلى الجليد.
- اكتشف العلماء ،ماذا او ما، إذا وضعت حاوية مع سائل دافئ على الثلج ، أو قشرة جليدية في الثلاجة ، فإنها تبدأ في الذوبان ، ونتيجة لذلك يزداد الاتصال بين الحاوية ، والماء فيه ، وكذلك الثلاجة ، زيادة مساحة الاتصال ، ونتيجة لذلك يوجد تجميد سريع من الماء الدافئ.
- لا يكون للمياه المبردة مثل هذا التأثير بسبب حقيقة أن وسادة الثلج لا تذوب ، وعملية التحول إلى الجليد أبطأ بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الممكن معرفة أن السائل البارد ، عندما يتم تقليل درجة الحرارة ، يبدأ في تصلب في الجزء العلوي. نتيجة لذلك ، يتم تفاقم عمليات خلط الماء داخل الماء ، وبالتالي تتأخر العملية. يبدأ السائل الساخن في التجميد من الأسفل ، وبالتالي تعزيز عمليات الحمل الحراري ، والإشعاع الحراري.
لماذا يتم سكب التزلج بالماء الساخن؟
لقد وجد العلماء أنه إذا قمت بتضمين متوسط \u200b\u200bميكانيكي إضافي للماء في حاويات ساخنة وباردة ، فإن الماء المبرد سيتجمد بشكل أسرع بكثير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن قشرة الجليد الكثيفة لن تتشكل.
لماذا يتم سكب التزلج بالماء الساخن:
- حاول الكيميائيون أيضًا شرح هذه المفارقة ، من خلال حقيقة أنه داخل السائل الساخن ، هناك مواد مذابة استقرت في القاع ، ومياه نقية في الأعلى. يعلم الجميع أن محلول الملح يصلب في درجة حرارة أقل من الماء المقطر.
- وبالتالي ، حاولوا شرح هذه المفارقة. وفقًا لذلك ، يكون الماء المبرد أكثر صلابة ، حيث يتم إدخال أيوناتها في حجمها بالكامل. في هذه الحالة ، في السائل الساخن ، يفضل أن يكون الملح الذائب في الجزء السفلي من المحلول.
- بفضل هذا ، يصلب الجزء العلوي بشكل أسرع ، مما ينقل درجة الحرارة المنخفضة إلى الطبقات السفلية للسائل.
هل يتجمد الماء البارد أو الساخن بشكل أسرع؟
لقد وجد العلماء أنه إذا كان الخلط المستمر من الماء الدافئ والباردة ، فإن السائل البارد سيتحول إلى جليد أسرع بكثير.
يتجمد الماء البارد أو الساخن بشكل أسرع:
- يعتقد العديد من العلماء أنه في الماء الدافئ ، يتم تمديد الروابط بين الجزيئات ، وبالتالي فإن جزيء الهيدروجين هو أيضًا أكثر ضخراً في الفضاء. مع التبريد الحاد للمياه ، تمزق هذه الروابط ، مع انخفاض حاد في درجة الحرارة.
- هذا هو ما يسبب التجميد السريع للمياه الدافئة. ويعتقد أن السائل الساخن يحتوي على غازات أقل ذوبان من البرد. ويرجع ذلك إلى تغيير في تكوين السائل الساخن الذي يحدث تحوله السريع إلى الجليد.
- لا يزال هناك إجابة واضحة ونهائية حول هذه المفارقة. أجريت الدراسات في 2012-2017 ، والتي أكدت المفارقة أو دحضتها. في عام 2016 ، في المجلة Scientific Reports ، هناك رابط للمواد التي يدخلها الماء البارد في حالة صلبة أبطأ من الساخنة.
لقد أجروا دراسات غريبة بموجبها 400 مل من الماء مع درجات حرارة مختلفة تم تجميدها. وفقا لهذه الدراسات ، تبريد السائل الساخن بشكل أسرع من البرد. في عام 2017 ، تم نشر فرضية ، وفقًا لتأثير MPEMBA ، الذي يتعلق بتسخين النظام المبرد ، لا يتوافق مع التوازن. لذلك ، فإن جميع القوانين الأساسية للفيزياء والديناميكا الحرارية ليست مناسبة لهذه المفارقة.
الفيديو: لماذا يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع؟
