Sıcak su neden soğuktan daha hızlı donar? Pist neden sıcak su ile dökülüyor?

Mpemba paradoksunun tanımı.

İçerik

Birçoğumuz çocuklukta ve gençlikte, genellikle suyun donması da dahil olmak üzere fiziksel fenomenleri denedik. Garip bir şekilde, ancak çoğumuz, bir nedenden dolayı silindirleri sıcak suyla doldurmanın geleneksel olduğunu ve soğuk değil, daha hızlı donduğunu biliyoruz. Bu makalede, sıcak suyun neden soğuktan daha hızlı buza dönüştüğünü söyleyeceğiz.

Sıcak su daha hızlı donar mı yoksa değil mi?

Genel olarak, bu gerçek, Aristoteles'in yanı sıra Descartes zamanından beri çok uzun bir süre biliniyordu. Ancak, bilimsel bir kanıt yoktu. Sadece 1963'te önemli çalışmalar başladı, bunun ana görevi bunun neden olduğunu bulmak.

Sıcak su daha hızlı donup donmaz:

Fiziğe göre, bu bir enerjinin diğerine aktığı ilk termodinamiğin ilk yasasıyla çelişir. Termodinamiğin ilk başlangıcına göre, soğutma sıcaklığı geçmeden önce ısıtılmış sıvı ve sertleştirme süresi çok daha büyük olmalıdır.
Ancak, pratikte farklı olur. Okul çocuğu bunu düşündü, fizik öğretmenine karşılık gelen soruyu sordu. Çocuk evde dondurma hazırladı ve ılık bir sıvı olan bir camın, maddenin aynı bileşimine sahip, serin birden çok daha hızlı donduğunu fark etti.
Sonra öğretmen sadece adama güldü, bunun ilk termodinamiğin yasasıyla çeliştiğini söyleyerek, bu yüzden imkansız. Ünlü fizikçi Osborn okulunu ziyaret ettikten sonra, çocuk ona bilim insanını ilgilendiren aynı soruyu sordu.

Hangi su sıcak veya soğuk daha hızlı donar?

1963'ten bu yana Osborne, çocukla birlikte, bunun sonucunda bir makalenin yayınlandığı Education dergisinde bu konu ile ilgilenmeye başladı. Aynı zamanda, ısıtılan sıvının neden soğuktan daha hızlı sertleştiğinin tam olarak elde edilmemesi.

Su sıcak veya soğuk donar:

Bazı bilim adamlarına göre, bir termostatla buzdolabında sıcak bir çözelti, sadece buzdolabının odadaki sıcaklık artan sıcaklık hakkındaki sinyali olduğunda daha sert donmaya başlaması için çok daha hızlı bir katı duruma geçer.
Bu, sıcaklığı çok daha düşük olduğu ve termostat her zamanki gibi çalıştığı için soğutulmuş sıvı ile gerçekleşmez. Bununla birlikte, bu versiyon, havadaki sıradan koşullar altında ısıtılmış sıvının da soğuktan çok daha hızlı sertleşmesinin onaylanmamıştır.
Buna göre, termostat sıradan sokak koşullarında değildir, bu nedenle soğuk oluşmaz.

Sıcak su neden daha hızlı donar?

Bununla birlikte, ısıtmalı sıvının, yüzeyin üzerinde çok sayıda etin varlığı nedeniyle, yüzeyde çiftlerin oluşması nedeniyle çok daha hızlı sertleştiğini, kaptaki sıvı hacminin azaldığını bulmak mümkün oldu. . Bu nedenle, daha az miktarda sıvıyı dondurmak mümkündür, bu da çok daha basittir. Bununla birlikte, pratikte, hacim kaybı önemsizdir, bu nedenle sertleşme süreci haklı olarak kabul edilemez.

Sıcak su neden daha hızlı donuyor:

Birçok bilim adamı, dumanların varlığı nedeniyle ısıtmalı sıvının buza daha hızlı dönüşmeye başladığını kabul ediyor. Yüzeyin üzerindeki buz damlacıkları suya düşer, bu da buz kabuğunun oluşumuna katkıda bulunur, bu yüzden buza dönüşme hızlı bir süreci meydana gelir.
Bilim adamları öğrendi,ne, Karda ılık bir sıvı olan bir kap veya buzdolabında bir buz kabuğu koyarsanız, erimeye başlar, bunun sonucunda kap, su ve buzdolabı arasındaki temas, böylece artar, böylece Sonuç olarak, ılık suyun hızlı bir şekilde donması olan temas alanının arttırılması.
Soğutulmuş suyun, altındaki kar yastığının eriymemesi ve buza dönüşme işleminin çok daha yavaş olması nedeniyle böyle bir etkisi yoktur. Ek olarak, soğuk sıvının, sıcaklık azaldığında üst kısımda sertleşmeye başladığını bulmak mümkün oldu. Bunun bir sonucu olarak, suyun içindeki su karıştırma işlemleri kötüleşir, bu nedenle süreç gecikir. Isıtılmış sıvı aşağıdan donmaya başlar, böylece konveksiyon işlemlerini, ısı radyasyonunu arttırır.

Pist neden sıcak su ile dökülüyor?

Bilim adamları, sıcak ve soğuk kaplarda ek mekanik su ortalaması eklerseniz, soğutulmuş suyun çok daha hızlı donacağını bulmuşlardır. Bunun nedeni, yoğun bir buz kabuğunun oluşmamasıdır.

Pist neden sıcak su ile dökülür:

Kimyagerler ayrıca bu paradoksu açıklamaya çalıştılar, ısıtılmış sıvının içinde, dibe yerleşen çözünmüş maddeler olması, saf suyun üstte olması. Herkes tuz çözeltisinin damıtılmış sudan daha düşük bir sıcaklıkta sertleştiğini bilir.
Böylece, bu paradoksu açıklamaya çalıştılar. Buna göre, soğutulmuş su daha katıdır, içinde tüm hacminde bulunan telaffuz iyonlarıdır. Bu durumda, sıcak sıvıda, çözünmüş tuz tercihen çözeltinin alt kısmında bulunur.
Bu sayede, üst kısım daha hızlı sertleşir ve azaltılmış sıcaklığı sıvının alt katmanlarına iletir.

Soğuk veya sıcak su daha hızlı donar mı?

Bilim adamları, sıcak ve soğuk suyun sürekli karıştırılması durumunda, soğuk sıvının buza çok daha hızlı dönüşeceğini bulmuşlardır.

Soğuk veya sıcak su daha hızlı donar:

Birçok bilim adamı ılık suda moleküller arasındaki bağlantıların gerildiğine inanıyor, bu nedenle hidrojen molekülünün de uzayda daha hacimli olduğuna inanıyor. Keskin suyun soğutulmasıyla, bu bağlantılar yırtılır, sıcaklıkta çok keskin bir azalma ile.
Sıcak suyun hızlı donmasına neden olan budur. Sıcak sıvının soğuktan daha az çözünmüş gaz içerdiğine inanılmaktadır. Sıcak sıvının bileşimindeki bir değişikliğin buza hızlı dönüşümü meydana gelir.
Bu paradoks hakkında hala açık ve son bir cevap yok. Çalışmalar 2012-2017'de paradoksu doğrulayan veya reddeden yapılmıştır. 2016 yılında, Scientific Reports dergisinde, soğuk suyun ısıtılmış olandan daha yavaş bir katı halde girdiği malzemelere bir bağlantı var.

Farklı sıcaklıklara sahip 400 ml suyun dondurulduğu tuhaf çalışmalar yaptılar. Bu çalışmalara göre, sıcak sıvı soğuktan daha hızlı soğutuldu. 2017 yılında, soğutulmuş sistemin ısıtılmasıyla ilgili Mpemba'nın etkisinin dengeye karşılık gelmediği bir hipotez yayınlandı. Bu nedenle, fizik ve termodinamiğin tüm temel yasaları bu paradoks için uygun değildir.