คำอธิบายของความขัดแย้งของ MPEMBA
เนื้อหา
พวกเราหลายคนในวัยเด็กเช่นเดียวกับในวัยเยาว์มักจะทดลองกับปรากฏการณ์ทางกายภาพรวมถึงการแช่แข็งของน้ำ ผิดปกติพอ แต่พวกเราหลายคนรู้ว่าด้วยเหตุผลบางอย่างมันเป็นธรรมเนียมที่จะเติมน้ำร้อนด้วยน้ำร้อนและไม่เย็นเพราะมันค้างเร็วขึ้น ในบทความนี้เราจะบอกคุณว่าทำไมน้ำร้อนจึงเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้เร็วกว่าความเย็น
น้ำร้อนหยุดเร็วขึ้นหรือไม่?
โดยทั่วไปความจริงข้อนี้เป็นที่รู้จักกันมานานมากตั้งแต่เวลาของอริสโตเติลเช่นเดียวกับเดส์การ์ต อย่างไรก็ตามไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ เฉพาะในปีพ. ศ. 2506 เท่านั้นที่เริ่มงานที่สำคัญงานหลักซึ่งคือการค้นหาว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น
น้ำร้อนค้างเร็วขึ้นหรือไม่:
- ตามฟิสิกส์สิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ตามที่พลังงานหนึ่งไหลไปสู่อีก จากการเริ่มต้นของอุณหพลศาสตร์ครั้งแรกของเหลวที่อุ่นก่อนที่อุณหภูมิการระบายความร้อนควรผ่านไปตามลำดับและเวลาการชุบแข็งควรจะใหญ่ขึ้นมาก
- อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติมันเกิดขึ้นแตกต่างกัน เด็กนักเรียนคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ซึ่งถามครูฟิสิกส์ของเขาเกี่ยวกับคำถามที่เกี่ยวข้อง เด็กชายเตรียมไอศกรีมที่บ้านและสังเกตว่าแก้วที่มีของเหลวอุ่น ๆ แข็งเร็วกว่าด้วยความเย็นด้วยองค์ประกอบของสารเดียวกัน
- จากนั้นครูก็หัวเราะกับผู้ชายคนนั้นโดยบอกว่าสิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ หลังจากไปเยี่ยมโรงเรียนของนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงออสบอร์นเด็กชายถามคำถามเดียวกันกับเขาซึ่งสนใจนักวิทยาศาสตร์
น้ำร้อนหรือเย็นเร็วขึ้น?
ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2506 ออสบอร์นร่วมกับเด็กชายเริ่มจัดการกับปัญหานี้ซึ่งเป็นผลมาจากบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารการศึกษา ในเวลาเดียวกันคำตอบที่แน่นอนว่าทำไมของเหลวอุ่นจะแข็งเร็วกว่าความเย็นไม่ได้รับ
น้ำร้อนหรือเย็น:
- ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนสารละลายที่อบอุ่นในตู้เย็นที่มีเทอร์โมสตัทผ่านเข้าสู่สถานะที่เป็นของแข็งได้เร็วขึ้นเท่านั้นด้วยเหตุผลที่ว่าตู้เย็นเริ่มแข็งขึ้นเมื่อสัญญาณเกี่ยวกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในห้อง
- สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับของเหลวเย็นเนื่องจากอุณหภูมิต่ำกว่ามากและเทอร์โมสตัททำงานตามปกติโดยไม่ลดอุณหภูมิของสารทำความเย็น อย่างไรก็ตามรุ่นนี้ไม่ได้รับการยืนยันด้วยเหตุผลที่ว่าของเหลวที่ร้อนขึ้นภายใต้สภาวะปกติในอากาศก็จะแข็งเร็วกว่าความเย็นมาก
- ดังนั้นเทอร์โมสตัทจึงไม่อยู่ในสภาพถนนธรรมดาดังนั้นความเย็นจึงไม่เกิดขึ้น
ทำไมน้ำร้อนจึงแช่แข็งเร็วขึ้น?
อย่างไรก็ตามเป็นไปได้ที่จะพบว่าของเหลวที่ร้อนเนื่องจากการปรากฏตัวของเนื้อจำนวนมากเหนือพื้นผิวแข็งเร็วขึ้นมากเนื่องจากความจริงที่ว่าคู่เกิดขึ้นบนพื้นผิวปริมาณของของเหลวในภาชนะจะลดลง . ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะหยุดของเหลวในปริมาณที่น้อยกว่าซึ่งง่ายกว่ามาก อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติการสูญเสียปริมาณไม่มีนัยสำคัญดังนั้นกระบวนการของการชุบแข็งจึงไม่สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นธรรม
เหตุใดน้ำร้อนจึงแช่แข็งเร็วขึ้น:
- นักวิทยาศาสตร์หลายคนยอมรับว่าของเหลวที่ร้อนแรงเนื่องจากการปรากฏตัวของควันเริ่มเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้เร็วขึ้น หยดน้ำแข็งเหนือพื้นผิวตกลงไปในน้ำซึ่งก่อให้เกิดการก่อตัวของเปลือกน้ำแข็งซึ่งเป็นสาเหตุที่กระบวนการเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
- นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแล้วอะไร, หากคุณใส่ภาชนะที่มีของเหลวอุ่น ๆ บนหิมะหรือเปลือกน้ำแข็งในตู้เย็นมันจะเริ่มละลายเนื่องจากการสัมผัสระหว่างภาชนะบรรจุน้ำในนั้นรวมถึงตู้เย็นเพิ่มขึ้น การเพิ่มพื้นที่การติดต่อซึ่งเป็นผลมาจากการแช่แข็งของน้ำอุ่นอย่างรวดเร็ว
- น้ำแช่เย็นไม่มีผลกระทบดังกล่าวเนื่องจากภายใต้หมอนหิมะไม่ละลายและกระบวนการเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งนั้นช้ากว่ามาก นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะพบว่าของเหลวเย็นเมื่ออุณหภูมิลดลงเริ่มแข็งตัวในส่วนบน ด้วยเหตุนี้กระบวนการผสมน้ำในน้ำจะแย่ลงดังนั้นกระบวนการจึงล่าช้า ของเหลวอุ่นเริ่มแข็งตัวจากด้านล่างซึ่งจะช่วยเพิ่มกระบวนการพาความร้อนการแผ่รังสีความร้อน
เหตุใดลานสเก็ตที่เทด้วยน้ำร้อน?
นักวิทยาศาสตร์พบว่าหากคุณรวมน้ำเฉลี่ยของน้ำในภาชนะที่ร้อนและเย็นเพิ่มเติมน้ำแช่เย็นจะแช่แข็งเร็วขึ้นมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเปลือกน้ำแข็งหนาแน่นจะไม่เกิดขึ้น
ทำไมลานสเก็ตถึงเทน้ำร้อน:
- นักเคมียังพยายามอธิบายความขัดแย้งนี้ด้วยความจริงที่ว่าภายในของเหลวที่อุ่นมีสารละลายที่อยู่ด้านล่างน้ำบริสุทธิ์อยู่ด้านบน ทุกคนรู้ว่าสารละลายเกลือจะแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่าน้ำกลั่น
- ดังนั้นพวกเขาจึงพยายามอธิบายความขัดแย้งนี้ ดังนั้นน้ำแช่เย็นจึงมีความเข้มข้นมากกว่ามันคือไอออนเด่นชัดที่มีอยู่ในปริมาตรทั้งหมด ในกรณีนี้ในของเหลวร้อนเกลือละลายจะดีกว่าในส่วนล่างของสารละลาย
- ด้วยสิ่งนี้ส่วนบนจะแข็งเร็วขึ้นส่งอุณหภูมิที่ลดลงไปยังชั้นล่างของของเหลว
การแช่แข็งเย็นหรือน้ำร้อนเร็วขึ้นหรือไม่?
นักวิทยาศาสตร์พบว่าหากการผสมน้ำอุ่นและน้ำเย็นอย่างต่อเนื่องของเหลวเย็นจะเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้เร็วขึ้นมาก
น้ำเย็นหรือน้ำร้อนค้างได้เร็วขึ้น:
- นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าในน้ำอุ่นการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลจะถูกยืดออกดังนั้นโมเลกุลไฮโดรเจนจึงมีขนาดใหญ่มากขึ้นในอวกาศ ด้วยการระบายความร้อนของน้ำที่คมชัดการเชื่อมต่อเหล่านี้จะถูกฉีกขาดโดยมีอุณหภูมิลดลงอย่างมาก
- นี่คือสิ่งที่ทำให้น้ำอุ่นแช่แข็งอย่างรวดเร็ว เชื่อกันว่าของเหลวร้อนมีก๊าซละลายน้อยกว่าในความเย็น มันเป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของของเหลวร้อนที่การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของมันเป็นน้ำแข็งเกิดขึ้น
- ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจนและสุดท้ายเกี่ยวกับความขัดแย้งนี้ การศึกษาได้ดำเนินการในปี 2555-2560 ซึ่งยืนยันความขัดแย้งหรือข้องแวะ ในปี 2559 ในรายงานวารสารวิทยาศาสตร์มีการเชื่อมโยงไปยังวัสดุที่น้ำเย็นเข้าสู่สถานะของแข็งช้ากว่าความร้อน
พวกเขาทำการศึกษาที่แปลกประหลาดตามที่น้ำ 400 มล. ที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันถูกแช่แข็ง จากการศึกษาเหล่านี้ของเหลวร้อนเย็นเร็วกว่าความเย็น ในปี 2560 มีการตีพิมพ์สมมติฐานตามผลกระทบของ MPEMBA ซึ่งเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนของระบบแช่เย็นไม่สอดคล้องกับสมดุล ดังนั้นกฎพื้นฐานทั้งหมดของฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์จึงไม่เหมาะสำหรับความขัดแย้งนี้
วิดีโอ: ทำไมน้ำร้อนจึงแช่แข็งเร็วขึ้น?
