Коя вода замръзва по-бързо, гореща или студена, се влияе от много фактори, но самият въпрос изглежда малко странен. Подразбира се и е известно от физиката, че горещата вода все още се нуждае от време, за да се охлади до температурата на сравнима студена вода, за да се превърне в лед. Със студена вода този етап може да бъде пропуснат и съответно той печели във времето.
Но отговорът на въпроса коя вода замръзва по-бързо - студена или гореща - на улицата в слана, знае всеки жител на северните ширини. Всъщност научно се оказва, че във всеки случай студената вода просто трябва да замръзне по-бързо.
Така и учителят по физика, към когото се обърнал ученикът Ерасто Мпемба през 1963 г. с молба да обясни защо студената смес на бъдещия сладолед замръзва по-дълго от същата, но гореща.
Това не е световна физика, а някаква физика на Mpemba
По това време учителят само се смееше на това, но Денис Озборн, професор по физика, който по едно време ходи в същото училище, където учи Ерасто, експериментално потвърди съществуването на такъв ефект, въпреки че имаше няма обяснение за това тогава. През 1969 г. популярно научно списание публикува съвместна статия на двамата мъже, които описват този особен ефект.
Оттогава, между другото, въпросът коя вода замръзва по-бързо - топла или студена, има свое собствено име - ефектът, или парадоксът, Mpemba.
Въпросът възникна преди много време
Естествено, подобно явление се е случвало и преди и е споменавано в трудовете на други учени. Не само един ученик се интересуваше от този въпрос, но Франсис Бейкън, Рене Декарт и дори Аристотел се замисляха по едно време.
Това е просто подходите за разрешаване на този парадокс, започнали да изглеждат едва в края на двадесети век.
Условия за възникване на парадокс
Както при сладолед, по време на експеримента не замръзва само обикновена вода. Трябва да има определени условия, за да започнем да спорим коя вода замръзва по-бързо – студена или гореща. Какво влияе на този процес?
Сега, в 21-ви век, бяха предложени няколко опции, които могат да обясняттози парадокс. Коя вода замръзва по-бързо, гореща или студена, може да зависи от факта, че горещата вода има по-висока скорост на изпаряване от студената вода. Така обемът му намалява и с намаляване на обема времето за замразяване става по-кратко, отколкото ако вземете подобен начален обем студена вода.
Фризерът е размразен за дълго време
Коя вода замръзва по-бързо и защо това се случва, може да бъде повлияно от снежната облицовка, която може да се намира във фризера на хладилника, използван за експеримента. Ако вземете два контейнера, които са еднакви по обем, но в единия ще има топла вода, а в другия студена вода, контейнерът с гореща вода ще разтопи снега под него, като по този начин ще подобри контакта на топлинното ниво със стената на хладилника. Контейнер със студена вода не може да направи това. Ако няма такава облицовка със сняг в хладилното отделение, студената вода трябва да замръзне по-бързо.
горе - долу
Също така, феноменът, при който водата замръзва по-бързо – гореща или студена, се обяснява по следния начин. Следвайки определени закони, студената вода започва да замръзва от горните слоеве, когато горещата вода прави обратното – започва да замръзва отдолу нагоре. Оказва се, че студената вода, която има студен слой отгоре с вече образуван лед на някои места, по този начин нарушава процесите на конвекция и топлинно излъчване, като по този начин обяснява коя вода замръзва по-бързо - студена или гореща. Снимки от любителиекспериментите са приложени и това е ясно видимо тук.
Топлината излиза, стремяща се нагоре, и там се среща с много охладен слой. Няма свободен път за топлинно излъчване, така че процесът на охлаждане става труден. Топлата вода няма абсолютно никакви бариери по пътя си. Кое замръзва по-бързо – студено или горещо, от което зависи вероятният резултат, можете да разширите отговора, като кажете, че във всяка вода има разтворени определени вещества.
Примеси в състава на водата като фактор, влияещ върху резултата
Ако не мамите и използвате вода със същия състав, където концентрациите на определени вещества са идентични, тогава студената вода трябва да замръзне по-бързо. Но ако възникне ситуация, когато разтворените химични елементи присъстват само в горещата вода, докато студената вода не ги притежава, тогава горещата вода има възможност да замръзне по-рано. Това се обяснява с факта, че разтворените във водата вещества създават кристализационни центрове и при малък брой от тези центрове превръщането на водата в твърдо състояние е трудно. Възможно е дори преохлаждане на водата, в смисъл, че при минусови температури тя ще бъде в течно състояние.
Но всички тези версии, очевидно, не отговаряха напълно на учените и те продължиха да работят по този въпрос. През 2013 г. екип от изследователи в Сингапур каза, че са разрешили вековната мистерия.
Група китайски учени твърдят, че тайната на този ефект се крие в количеството енергия, съхранявано между водните молекули в нейните връзки, наречени водородни връзки.
Улика от китайски учени
Ще последва следната информация, за разбирането на която трябва да имате известни познания по химия, за да разберете коя вода замръзва по-бързо - гореща или студена. Както знаете, водната молекула се състои от два Н (водородни) атома и един О (кислороден) атом, държани заедно чрез ковалентни връзки.
Но водородните атоми на една молекула също са привлечени от съседните молекули, от техния кислороден компонент. Именно тези връзки се наричат водородни връзки.
Струва си да запомним, че в същото време водните молекули действат отблъскващо една на друга. Учените отбелязаха, че когато водата се нагрява, разстоянието между нейните молекули се увеличава и това се улеснява от отблъскващите сили. Оказва се, че водородните връзки, заемащи едно разстояние между молекулите в студено състояние, може да се каже, че са разтегнати и имат по-голям запас от енергия. Именно този енергиен резерв се освобождава, когато водните молекули започнат да се приближават една към друга, тоест настъпва охлаждане. Оказва се, че по-голямото количество енергия в горещата вода и по-голямото й освобождаване при охлаждане до минусови температури се случва по-бързо, отколкото в студената вода, която има такъв запас.по-малко енергия. И така, коя вода замръзва по-бързо - студена или гореща? Парадоксът на Mpemba трябва да се случва навън и в лабораторията, а горещата вода трябва да се превърне в лед по-бързо.
Но все още е отворен
Има само теоретично потвърждение на тази улика - всичко това е написано с красиви формули и изглежда правдоподобно. Но когато експерименталните данни, коя вода замръзва по-бързо – гореща или студена, бъдат представени в практически смисъл и резултатите от тях ще бъдат представени, тогава ще може да се счита въпросът за парадокса на Мпемба за затворен.
