Mpemba- ს პარადოქსის აღწერა.
კმაყოფილი
ბევრი ჩვენგანი ბავშვობაში, ისევე როგორც ახალგაზრდობაში, ხშირად ექსპერიმენტებს უტარებდნენ ფიზიკურ მოვლენებს, მათ შორის წყლის გაყინვას. უცნაურად საკმარისია, მაგრამ ბევრმა ჩვენგანმა იცის, რომ რატომღაც ჩვეულებრივია როლიკების ცხელი წყლით შევსება და არა ცივი, რადგან ის უფრო სწრაფად იყინება. ამ სტატიაში ჩვენ გეტყვით, რატომ იქცევა ცხელი წყალი ყინულზე უფრო სწრაფად, ვიდრე სიცივე.
ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება თუ არა?
ზოგადად, ეს ფაქტი ცნობილი იყო ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, როგორც არისტოტელეს დროიდან, ასევე დეკარტები. ამასთან, სამეცნიერო მტკიცებულებები არ ყოფილა. მხოლოდ 1963 წელს დაიწყო მნიშვნელოვანი საქმეები, რომლის მთავარი ამოცანაა იმის გარკვევა, თუ რატომ ხდება ეს.
ცხელი წყალი უფრო სწრაფად ყინავს თუ არა:
- ფიზიკის თქმით, ეს ეწინააღმდეგება თერმოდინამიკის პირველ კანონს, რომლის მიხედვითაც ერთი ენერგია მიედინება მეორეში. თერმოდინამიკის პირველი დასაწყისის თანახმად, გაცხელებული სითხე, სანამ გაგრილების ტემპერატურა უნდა გაიაროს, შესაბამისად, და გამკვრივების დრო გაცილებით დიდი უნდა იყოს.
- თუმცა, პრაქტიკაში, ეს სხვაგვარად ხდება. სკოლის მოსწავლე ამაზე ფიქრობდა, რომელმაც ფიზიკის მასწავლებელს სთხოვა შესაბამისი შეკითხვა. ბიჭმა ნაყინი სახლში მოამზადა და შენიშნა, რომ თბილი სითხის მქონე ჭიქა გაცილებით სწრაფად გაიყინა, ვიდრე გრილი, ნივთიერების იგივე შემადგენლობით.
- შემდეგ მასწავლებელმა მხოლოდ გაიცინა ბიჭი და თქვა, რომ ეს ეწინააღმდეგება თერმოდინამიკის პირველ კანონს, ამიტომ შეუძლებელია. ცნობილი ფიზიკოსი ოსბორნის სკოლაში ვიზიტის შემდეგ, ბიჭმა მას იგივე კითხვა დაუსვა, რომელიც მეცნიერმა დაინტერესდა.
რა წყალი უფრო სწრაფად იყინება ცხელ ან ცივად?
1963 წლიდან ოსბორნმა, ბიჭთან ერთად, დაიწყო ამ საკითხის მოგვარება, რის შედეგადაც გამოქვეყნდა სტატია, ჟურნალში განათლებაში. ამავდროულად, ზუსტი პასუხი, თუ რატომ არ მიიღეს ცხარე თხევადი უფრო სწრაფად, ვიდრე სიცივე არ იქნა მიღებული.
რა წყალი ყინავს ცხელ ან ცივად:
- ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, მაცივარში თბილი ხსნარი თერმოსტატთან ერთად უფრო სწრაფად გადადის მყარ მდგომარეობაში, მხოლოდ იმის გამო, რომ მაცივარი იწყებს უფრო ძნელად გაყინვას, როდესაც სიგნალი პალატაში ტემპერატურის გაზრდის შესახებ.
- ეს არ ხდება გაცივებული სითხით, რადგან მისი ტემპერატურა გაცილებით დაბალია, ხოლო თერმოსტატი ჩვეულებრივ მუშაობს, მაცივრის ტემპერატურის შემცირების გარეშე. ამასთან, ამ ვერსიამ არ მიიღო დადასტურება იმ მიზეზით, რომ ჰაერში ჩვეულებრივ პირობებში გაცხელებული სითხე ასევე უფრო სწრაფად გამკვრივდება, ვიდრე სიცივე.
- შესაბამისად, თერმოსტატი არ არის ჩვეულებრივი ქუჩის პირობებში, შესაბამისად, სიცივე არ ხდება.
რატომ ყინავს ცხელი წყალი უფრო სწრაფად?
ამასთან, შესაძლებელი გახდა იმის გარკვევა . ამრიგად, შესაძლებელია თხევადი უფრო მცირე რაოდენობის გაყინვა, რაც ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე მეტი. ამასთან, პრაქტიკაში, მოცულობის დაკარგვა უმნიშვნელოა, შესაბამისად, გამკვრივების პროცესი არ შეიძლება ჩაითვალოს გამართლებულად.
რატომ არის უფრო სწრაფად გაყინვა ცხელი წყალი:
- ბევრი მეცნიერი თანხმდება, რომ ცხარე სითხე, თამბაქების არსებობის გამო, უფრო სწრაფად იწყებს ყინულს. ზედაპირზე ზემოთ ყინულის წვეთები წყალში შედის, რაც ხელს უწყობს ყინულის ქერქის წარმოქმნას, რის გამოც ხდება ყინულის გადაქცევის სწრაფი პროცესი.
- მეცნიერებმა გაარკვიეს,რა, თუ თოვლზე თბილი სითხის მქონე კონტეინერი განათავსებთ, ან მაცივარში ყინულის ქერქი, ის იწყებს დნობას, რის შედეგად კონტაქტის არეალის გაზრდა, რის შედეგადაც არსებობს თბილი წყლის სწრაფი გაყინვა.
- გაცივებულ წყალს არ აქვს ასეთი ეფექტი იმის გამო, რომ მის ქვეშ თოვლის ბალიში არ დნება და ყინულის გადაქცევის პროცესი გაცილებით ნელა მიმდინარეობს. გარდა ამისა, შესაძლებელი გახდა იმის გარკვევა, რომ ცივი სითხე, როდესაც ტემპერატურა მცირდება, იწყებს გამკვრივებას ზედა ნაწილში. ამის შედეგად, წყლის შიგნით წყლის შერევის პროცესები გაუარესებულია, ამიტომ პროცესი შეფერხებულია. ცხარე სითხე იწყებს გაყინვას ქვემოდან, რითაც აძლიერებს კონვექციის პროცესებს, სითბოს გამოსხივებას.
რატომ არის მოედანი ცხელი წყლით?
მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ თუ ცხელ და ცივ კონტეინერებში წყლის დამატებით მექანიკურ საშუალოდ შეიტანთ, მაშინ გაცივებული წყალი გაცილებით სწრაფად გაყინავს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მკვრივი ყინულის ქერქი არ ჩამოყალიბდება.
რატომ არის მოედანი დაასხით ცხელი წყლით:
- ქიმიკოსები ასევე ცდილობდნენ ამ პარადოქსის ახსნას, იმით, რომ ცხარე სითხის შიგნით არის დაშლილი ნივთიერებები, რომლებიც ბოლოში დასახლდნენ, სუფთა წყალი თავზეა. ყველამ იცის, რომ მარილის ხსნარი უფრო დაბალ ტემპერატურაზე გამკვრივდება, ვიდრე გამოხდილი წყალი.
- ამრიგად, ისინი ცდილობდნენ ამ პარადოქსის ახსნას. შესაბამისად, გაცივებული წყალი უფრო ხისტია, მასში იგი გამოხატულია იონები, რომლებიც შეიცავს მთელ მოცულობას. ამ შემთხვევაში, ცხელ სითხეში, დაშლილი მარილი სასურველია ხსნარის ქვედა ნაწილში.
- ამის წყალობით, ზედა ნაწილი უფრო სწრაფად გამკვრივდება, შემცირებული ტემპერატურა გადასცემს სითხის ქვედა ფენებს.
ცივი ან ცხელი წყალი უფრო სწრაფად ყინავს?
მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ თუ თბილი და ცივი წყლის მუდმივი შერევა, მაშინ ცივი სითხე ყინულში უფრო სწრაფად გადაიქცევა.
ცივი ან ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება:
- ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ თბილ წყალში მოლეკულებს შორის კავშირები გაჭიმულია, ამიტომ წყალბადის მოლეკულა ასევე უფრო მოცულობილია სივრცეში. წყლის მკვეთრი გაგრილებით, ეს კავშირები მოწყვეტილია, ტემპერატურის ძალიან მკვეთრი შემცირებით.
- ეს არის ის, რაც იწვევს თბილი წყლის სწრაფ გაყინვას. ითვლება, რომ ცხელი სითხე შეიცავს ნაკლებად დაშლილ გაზებს, ვიდრე სიცივეში. ეს გამოწვეულია ცხელი სითხის შემადგენლობის ცვლილებით, რომ ხდება მისი სწრაფი ტრანსფორმაცია ყინულში.
- ჯერ კიდევ არ არსებობს ნათელი და საბოლოო პასუხი ამ პარადოქსთან დაკავშირებით. კვლევები ჩატარდა 2012-2017 წლებში, რომელმაც დაადასტურა პარადოქსული ან უარყო იგი. 2016 წელს, ჟურნალში სამეცნიერო ცნობებში, არსებობს ბმული მასალებთან, რომ ცივი წყალი მყარ მდგომარეობაში გადადის, ვიდრე გაცხელებული.
მათ ჩაატარეს თავისებური კვლევები, რომლის თანახმად, 400 მლ წყალი სხვადასხვა ტემპერატურით გაყინული იყო. ამ გამოკვლევების თანახმად, ცხელი სითხე უფრო სწრაფად გაცივდა, ვიდრე სიცივე. 2017 წელს გამოქვეყნდა ჰიპოთეზა, რომლის თანახმად, MPEMBA– ს ეფექტი, რომელიც ეხება გაცივებული სისტემის გათბობას, არ შეესაბამება წონასწორობას. ამრიგად, ფიზიკისა და თერმოდინამიკის ყველა ძირითადი კანონი არ არის შესაფერისი ამ პარადოქსისთვის.
ვიდეო: რატომ ყინავს ცხელი წყალი უფრო სწრაფად?
