21.11.2017 11.10.2018 Alexander Firtsev

« Aling tubig ang mas mabilis na nagyeyelo sa malamig o mainit?”- subukang magtanong sa iyong mga kaibigan, malamang na karamihan sa kanila ay sasagot na ang malamig na tubig ay mas mabilis na nagyeyelo - at nagkamali.

Sa katunayan, kung sabay mong ilalagay ang dalawang sisidlan ng parehong hugis at dami sa freezer, ang isa ay maglalaman ng malamig na tubig at ang isa naman ay mainit, kung gayon ang mainit na tubig ay mas mabilis na mag-freeze.

Ang gayong pahayag ay maaaring mukhang walang katotohanan at hindi makatwiran. Logically, ang mainit na tubig ay dapat munang lumamig sa malamig na temperatura, at ang malamig na tubig ay dapat na maging yelo sa oras na ito.

Kaya bakit naaabutan ng mainit na tubig ang malamig na tubig patungo sa pagyeyelo? Subukan nating malaman ito.

Kasaysayan ng mga obserbasyon at pananaliksik

Naobserbahan ng mga tao ang kabalintunaan na epekto mula noong sinaunang panahon, ngunit walang sinuman ang nagbigay ng malaking kahalagahan dito. Kaya ang mga hindi pagkakapare-pareho sa rate ng pagyeyelo ng malamig at mainit na tubig ay nabanggit sa kanilang mga tala ni Arestotel, gayundin nina Rene Descartes at Francis Bacon. Ang isang hindi pangkaraniwang kababalaghan ay madalas na nagpapakita ng sarili sa pang-araw-araw na buhay.

Sa loob ng mahabang panahon, ang kababalaghan ay hindi pinag-aralan sa anumang paraan at hindi pumukaw ng maraming interes sa mga siyentipiko.

Ang pag-aaral ng hindi pangkaraniwang epekto ay nagsimula noong 1963, nang napansin ng isang matanong na estudyante mula sa Tanzania, Erasto Mpemba, na ang mainit na gatas para sa ice cream ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na gatas. Umaasa na makakuha ng paliwanag sa mga dahilan ng hindi pangkaraniwang epekto, tinanong ng binata ang kanyang guro sa pisika sa paaralan. Gayunpaman, tinawanan lamang siya ng guro.

Nang maglaon, inulit ni Mpemba ang eksperimento, ngunit sa kanyang eksperimento ay hindi na siya gumamit ng gatas, ngunit tubig, at ang kabalintunaan na epekto ay naulit muli.

Pagkalipas ng anim na taon, noong 1969, tinanong ni Mpemba ang tanong na ito sa propesor ng pisika na si Dennis Osborne, na dumating sa kanyang paaralan. Ang propesor ay interesado sa pagmamasid ng binata, bilang isang resulta, isang eksperimento ang isinagawa na nakumpirma ang pagkakaroon ng epekto, ngunit ang mga dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi naitatag.

Mula noon, tinawag na ang kababalaghan epekto ng Mpemba.

Sa buong kasaysayan ng mga siyentipikong obserbasyon, maraming mga hypotheses ang iniharap tungkol sa mga sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay.

Kaya sa 2012, ang British Royal Society of Chemistry ay mag-aanunsyo ng isang kompetisyon ng mga hypotheses upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba. Ang mga siyentipiko mula sa buong mundo ay lumahok sa kumpetisyon, sa kabuuang 22,000 mga papel na pang-agham ay nakarehistro. Sa kabila ng kahanga-hangang bilang ng mga artikulo, wala sa kanila ang nilinaw ang kabalintunaan ng Mpemba.

Ang pinakakaraniwan ay ang bersyon ayon sa kung saan, mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig, dahil mas mabilis itong sumingaw, nagiging mas maliit ang volume nito, at habang bumababa ang volume, tumataas ang rate ng paglamig nito. Ang pinakakaraniwang bersyon ay kalaunan ay pinabulaanan habang ang isang eksperimento ay isinagawa kung saan ang pagsingaw ay hindi kasama, ngunit ang epekto ay nakumpirma pa rin.

Naniniwala ang ibang mga siyentipiko na ang dahilan ng epekto ng Mpemba ay ang pagsingaw ng mga gas na natunaw sa tubig. Sa kanilang opinyon, sa panahon ng proseso ng pag-init, ang mga gas na natunaw sa tubig ay sumingaw, dahil sa kung saan nakakakuha ito ng mas mataas na density kaysa sa malamig na tubig. Tulad ng nalalaman, ang pagtaas sa density ay humahantong sa isang pagbabago sa mga pisikal na katangian ng tubig (isang pagtaas sa thermal conductivity), at samakatuwid ay isang pagtaas sa rate ng paglamig.

Bilang karagdagan, ang isang bilang ng mga hypotheses ay iniharap na naglalarawan sa rate ng sirkulasyon ng tubig bilang isang function ng temperatura. Sa maraming pag-aaral, isang pagtatangka ang ginawa upang maitatag ang kaugnayan sa pagitan ng materyal ng mga lalagyan kung saan matatagpuan ang likido. Maraming mga teorya ang tila napakatotoo, ngunit hindi sila makumpirma sa siyensiya dahil sa kakulangan ng paunang data, mga kontradiksyon sa iba pang mga eksperimento, o dahil sa ang katunayan na ang mga natukoy na kadahilanan ay hindi maihahambing sa rate ng paglamig ng tubig. Ang ilang mga siyentipiko sa kanilang mga gawa ay nagtanong sa pagkakaroon ng epekto.

Noong 2013, sinabi ng mga mananaliksik sa Nanyang Technological University sa Singapore na nalutas nila ang misteryo ng epekto ng Mpemba. Ayon sa kanilang pag-aaral, ang dahilan ng hindi pangkaraniwang bagay ay nakasalalay sa katotohanan na ang dami ng enerhiya na nakaimbak sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng malamig at mainit na mga molekula ng tubig ay naiiba nang malaki.

Ang mga pamamaraan ng computer simulation ay nagpakita ng mga sumusunod na resulta: kung mas mataas ang temperatura ng tubig, mas malaki ang distansya sa pagitan ng mga molekula dahil sa katotohanan na tumataas ang mga puwersang salungat. Dahil dito, ang mga bono ng hydrogen ng mga molekula ay nakaunat, na nag-iimbak ng mas maraming enerhiya. Kapag pinalamig, ang mga molekula ay nagsisimulang lumapit sa isa't isa, na naglalabas ng enerhiya mula sa mga bono ng hydrogen. Sa kasong ito, ang pagpapalabas ng enerhiya ay sinamahan ng pagbaba ng temperatura.

Noong Oktubre 2017, nalaman ng mga Espanyol na pisiko, sa kurso ng isa pang pag-aaral, na ito ay ang pag-alis ng bagay mula sa equilibrium (malakas na pag-init bago ang malakas na paglamig) na may malaking papel sa pagbuo ng epekto. Tinukoy nila ang mga kondisyon kung saan ang posibilidad ng epekto ay pinakamataas. Bilang karagdagan, kinumpirma ng mga siyentipiko mula sa Espanya ang pagkakaroon ng reverse Mpemba effect. Natagpuan nila na kapag pinainit, ang isang mas malamig na sample ay maaaring umabot sa isang mataas na temperatura nang mas mabilis kaysa sa isang mainit-init.

Sa kabila ng kumpletong impormasyon at maraming mga eksperimento, nilayon ng mga siyentipiko na ipagpatuloy ang pag-aaral ng epekto.

Mpemba effect sa totoong buhay

Naisip mo na ba kung bakit sa taglamig ang ice rink ay puno ng mainit na tubig at hindi malamig? Tulad ng naintindihan mo na, ginagawa nila ito dahil ang isang skating rink na puno ng mainit na tubig ay mas mabilis na magyeyelo kaysa kung ito ay napuno ng malamig na tubig. Para sa parehong dahilan, ang mga slide sa mga bayan ng yelo sa taglamig ay ibinuhos ng mainit na tubig.

Kaya, ang kaalaman tungkol sa pagkakaroon ng hindi pangkaraniwang bagay ay nagpapahintulot sa mga tao na makatipid ng oras kapag naghahanda ng mga site para sa sports sa taglamig.

Bilang karagdagan, minsan ginagamit ang epekto ng Mpemba sa industriya - upang bawasan ang oras ng pagyeyelo ng mga produkto, sangkap at materyales na naglalaman ng tubig.

epekto ng Mpemba(Mpemba paradox) - isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagama't dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang eksperimentong katotohanan na sumasalungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang isang mas mainit na katawan ay nangangailangan ng mas maraming oras upang lumamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang mas malamig na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong panahong iyon nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes, ngunit noong 1963 lamang, nalaman ng Tanzanian schoolboy na si Erasto Mpemba na ang mainit na pinaghalong ice cream ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa sa malamig.

Si Erasto Mpemba ay isang estudyante sa Magambin High School sa Tanzania na gumagawa ng praktikal na gawain sa pagluluto. Kailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, i-dissolve ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, si Mpemba ay hindi partikular na masigasig na mag-aaral at nagpaliban sa unang bahagi ng takdang-aralin. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, inilagay niya ang mainit pa ring gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa isang ibinigay na teknolohiya.

Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig. Sa anumang kaso, isa nang estudyante sa Mkvava High School, tinanong niya si Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salaam (inimbitahan ng direktor ng paaralan na magbigay ng lecture sa physics sa mga estudyante) tungkol sa tubig: "Kung kumuha ka ng dalawang magkatulad na lalagyan na may pantay na dami ng tubig upang sa isa sa kanila ang tubig ay may temperatura na 35 ° C, at sa isa pa - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawa ang tubig ay mag-freeze. mas mabilis. Bakit? Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ng Mpemba, inilathala nila ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal na "Physics Education". Mula noon, ang epekto na kanilang natuklasan ay tinatawag na epekto ng Mpemba.

Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagaman marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang gumaganap ng isang papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, evaporation, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa tubig sa iba't ibang temperatura.

Ang kabalintunaan ng epekto ng Mpemba ay ang oras kung kailan lumalamig ang katawan sa temperatura ng kapaligiran ay dapat na proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan na ito at ng kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag ni Newton at mula noon ay maraming beses nang nakumpirma sa pagsasagawa. Sa parehong epekto, ang tubig sa 100°C ay lumalamig hanggang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig sa 35°C.

Gayunpaman, hindi pa ito nagpapahiwatig ng isang kabalintunaan, dahil ang epekto ng Mpemba ay maaari ding ipaliwanag sa loob ng kilalang pisika. Narito ang ilang mga paliwanag para sa epekto ng Mpemba:

Pagsingaw

Ang mainit na tubig ay sumingaw nang mas mabilis mula sa lalagyan, sa gayon ay binabawasan ang dami nito, at ang isang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nagyeyelo. Ang tubig na pinainit hanggang 100 C ay nawawalan ng 16% ng masa nito kapag pinalamig sa 0 C.

Ang epekto ng pagsingaw ay dobleng epekto. Una, ang masa ng tubig na kinakailangan para sa paglamig ay nabawasan. At pangalawa, bumababa ang temperatura dahil sa ang katunayan na ang init ng pagsingaw ng paglipat mula sa bahagi ng tubig hanggang sa yugto ng singaw ay bumababa.

pagkakaiba sa temperatura

Dahil sa ang katunayan na ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay mas malaki - kaya ang init exchange sa kasong ito ay mas matindi at mainit na tubig cools mas mabilis.

hypothermia

Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0 C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilang partikular na kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling habang patuloy na nananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa -20 C.

Ang dahilan para sa epekto na ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal na yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat na ang mga kristal ay nagsimulang mabuo nang kusang. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng ice slush na magyeyelo upang bumuo ng yelo.

Ang mainit na tubig ay pinaka-madaling kapitan sa hypothermia dahil ang pag-init ay nag-aalis ng mga natunaw na gas at mga bula, na siya namang magsisilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal na yelo.

Bakit ang hypothermia ay nagiging sanhi ng mas mabilis na pagyeyelo ng mainit na tubig? Sa kaso ng malamig na tubig, na hindi supercooled, ang mga sumusunod ay nangyayari. Sa kasong ito, ang isang manipis na layer ng yelo ay bubuo sa ibabaw ng sisidlan. Ang layer ng yelo na ito ay magsisilbing insulator sa pagitan ng tubig at malamig na hangin at mapipigilan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay magiging mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig na sumasailalim sa subcooling, ang subcooled na tubig ay walang protective surface layer ng yelo. Samakatuwid, mas mabilis itong nawawalan ng init sa pamamagitan ng bukas na tuktok.

Kapag natapos ang proseso ng supercooling at nag-freeze ang tubig, mas maraming init ang mawawala at samakatuwid ay mas maraming yelo ang nabuo.

Itinuturing ng maraming mananaliksik ng epektong ito ang hypothermia bilang pangunahing salik sa kaso ng epekto ng Mpemba.

Convection

Ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas, at sa gayon ay lumalala ang mga proseso ng heat radiation at convection, at samakatuwid ay ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba.

Ang epektong ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4 C. Kung palamigin mo ang tubig hanggang 4 C at ilagay ito sa mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mas mabilis na magyeyelo. Dahil ang tubig na ito ay hindi gaanong siksik kaysa sa tubig sa 4°C, ito ay mananatili sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa maikling panahon, ngunit ang layer na ito ng yelo ay magsisilbing insulator na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa temperatura na 4 C. Samakatuwid , ang karagdagang paglamig ay magiging mas mabagal.

Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw na layer ng tubig ay lalamig nang mas mabilis dahil sa pagsingaw at mas malaking pagkakaiba sa temperatura. Gayundin, ang mga layer ng malamig na tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya lulubog ang layer ng malamig na tubig, na itinataas ang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Tinitiyak ng sirkulasyon ng tubig na ito ang mabilis na pagbaba ng temperatura.

Ngunit bakit ang prosesong ito ay hindi umabot sa punto ng ekwilibriyo? Upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba mula sa puntong ito ng view ng convection, kakailanganing ipagpalagay na ang malamig at mainit na layer ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng convection mismo ay nagpapatuloy pagkatapos bumaba ang average na temperatura ng tubig sa ibaba 4 C.

Gayunpaman, walang eksperimentong ebidensya na sumusuporta sa hypothesis na ito na ang malamig at mainit na mga layer ng tubig ay pinaghihiwalay ng convection.

mga gas na natunaw sa tubig

Ang tubig ay palaging naglalaman ng mga gas na natunaw dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang bawasan ang pagyeyelo ng tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura ay mas mababa. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay pinalamig, palaging may mas kaunting mga dissolved gas dito kaysa sa hindi pinainit na malamig na tubig. Samakatuwid, ang punto ng pagyeyelo ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang salik na ito kung minsan ay itinuturing na pangunahing isa sa pagpapaliwanag ng epekto ng Mpemba, bagama't walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.

Thermal conductivity

Malaki ang papel na ginagampanan ng mekanismong ito kapag inilagay ang tubig sa refrigerator freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang lalagyan na may mainit na tubig ay natutunaw ang yelo ng freezer sa ilalim, sa gayon ay nagpapabuti ng thermal contact sa dingding ng freezer at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay tinanggal mula sa lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim nito.

Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit ang isang malinaw na sagot sa tanong - alin sa mga ito ang nagbibigay ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha.

Kaya, halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang impluwensya ng supercooling ng tubig sa epekto na ito. Natuklasan niya na ang mainit na tubig, na umaabot sa supercooled na estado, ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura kaysa malamig na tubig, at samakatuwid ay mas mabilis kaysa sa huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umabot sa supercooled na estado nang mas mabilis kaysa sa mainit na tubig, at sa gayon ay nabayaran ang nakaraang lag.

Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbach ay sumasalungat sa naunang data na ang mainit na tubig ay nakakamit ng higit pang supercooling dahil sa mas kaunting mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na natunaw dito ay tinanggal mula dito, at kapag ito ay pinakuluan, ang ilang mga asin na natunaw dito ay namuo.

Sa ngayon, isang bagay lamang ang maaaring igiit - ang pagpaparami ng epekto na ito ay mahalagang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

O. V. Mosin

pampanitikanpinagmumulan:

"Mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig. Bakit ito ginagawa?", Jearl Walker sa The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, hindi. 3, p. 246-257; Setyembre, 1977.

"Ang Pagyeyelo ng Mainit at Malamig na Tubig", G.S. Kell sa American Journal of Physics, Vol. 37, hindi. 5, pp. 564-565; Mayo 1969.

"Supercooling at ang Mpemba effect", David Auerbach, sa American Journal of Physics, Vol. 63, hindi. 10, pp. 882-885; Okt, 1995.

"The Mpemba effect: The freezing times of hot and cold water", Charles A. Knight, sa American Journal of Physics, Vol. 64, hindi. 5, p 524; Mayo, 1996.

Ang kababalaghan ng mainit na tubig na nagpapatigas sa mas mabilis na bilis kaysa sa malamig na tubig ay kilala sa agham bilang epekto ng Mpemba. Ang mga dakilang isipan tulad nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes ay pinag-isipan ang kabalintunaan na hindi pangkaraniwang bagay na ito, ngunit sa loob ng millennia ay wala pang nakapag-alok ng makatwirang paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Noong 1963 lamang, napansin ng isang mag-aaral mula sa Republika ng Tanganyika, Erasto Mpemba, ang epektong ito sa halimbawa ng ice cream, ngunit wala sa mga matatanda ang nagbigay sa kanya ng paliwanag. Gayunpaman, sineseryoso ng mga physicist at chemist ang tungkol sa isang simple, ngunit hindi maintindihan na kababalaghan.

Simula noon, iba't ibang mga bersyon ang ipinahayag, ang isa ay ang mga sumusunod: ang bahagi ng mainit na tubig ay sumingaw lamang sa simula, at pagkatapos, kapag ang isang mas maliit na halaga ay nananatili, ang tubig ay mas mabilis na tumigas. Ang bersyon na ito, dahil sa pagiging simple nito, ay naging pinakasikat, ngunit ang mga siyentipiko ay hindi ganap na nasiyahan.

Ngayon, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Nanyang Technological University sa Singapore, na pinamumunuan ng chemist na si Xi Zhang, ang nagsasabing nalutas na nila ang lumang misteryo kung bakit mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig. Tulad ng nalaman ng mga ekspertong Tsino, ang sikreto ay nasa dami ng enerhiyang nakaimbak sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng tubig.

Tulad ng alam mo, ang mga molekula ng tubig ay binubuo ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms na pinagsasama-sama ng mga covalent bond, na sa antas ng particle ay mukhang isang pagpapalitan ng mga electron. Ang isa pang kilalang katotohanan ay ang mga atomo ng hydrogen ay naaakit sa mga atomo ng oxygen mula sa mga kalapit na molekula - ito ay bumubuo ng mga bono ng hydrogen.

Kasabay nito, ang mga molekula ng tubig sa kabuuan ay nagtataboy sa isa't isa. Napansin ng mga siyentipiko mula sa Singapore na ang mas mainit na tubig, mas malaki ang distansya sa pagitan ng mga molekula ng likido dahil sa pagtaas ng mga puwersa ng salungat. Bilang resulta, ang mga bono ng hydrogen ay nakaunat, at samakatuwid ay nag-iimbak ng mas maraming enerhiya. Ang enerhiya na ito ay inilabas kapag ang tubig ay lumalamig - ang mga molekula ay lumalapit sa isa't isa. At ang pagbabalik ng enerhiya, tulad ng alam mo, ay nangangahulugan ng paglamig.

Habang nagsusulat ang mga chemist sa kanilang artikulo, na makikita sa arXiv.org preprint site, ang mga hydrogen bond ay mas malakas na nakaunat sa mainit na tubig kaysa sa malamig na tubig. Kaya, lumalabas na mas maraming enerhiya ang nakaimbak sa mga bono ng hydrogen ng mainit na tubig, na nangangahulugan na higit pa sa mga ito ang pinakawalan kapag pinalamig sa mga sub-zero na temperatura. Para sa kadahilanang ito, ang pagyeyelo ay mas mabilis.

Sa ngayon, nalutas ng mga siyentipiko ang bugtong na ito sa teorya lamang. Kapag nagpakita sila ng nakakumbinsi na katibayan ng kanilang bersyon, kung gayon ang tanong kung bakit ang mainit na tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig ay maaaring ituring na sarado.

Sa magandang lumang formula H 2 O, tila walang mga lihim. Ngunit sa katunayan, ang tubig - ang pinagmumulan ng buhay at ang pinakatanyag na likido sa mundo - ay puno ng maraming misteryo na kung minsan kahit na ang mga siyentipiko ay hindi malulutas.

Narito ang 5 pinaka-kagiliw-giliw na katotohanan tungkol sa tubig:

1. Mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig

Kumuha ng dalawang lalagyan ng tubig: ibuhos ang mainit na tubig sa isa at malamig na tubig sa isa pa, at ilagay ang mga ito sa freezer. Ang mainit na tubig ay magyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig, bagaman lohikal, ang malamig na tubig ay dapat na unang naging yelo: pagkatapos ng lahat, ang mainit na tubig ay dapat munang lumamig sa malamig na temperatura, at pagkatapos ay maging yelo, habang ang malamig na tubig ay hindi kailangang lumamig. Bakit ito nangyayari?

Noong 1963, napansin ni Erasto B. Mpemba, isang senior high school na estudyante sa Tanzania, habang nagyeyelo ng inihandang pinaghalong ice cream, na mas mabilis na tumigas ang mainit na timpla sa freezer kaysa sa malamig. Nang ibahagi ng binata ang kanyang natuklasan sa isang guro sa pisika, tinawanan lamang siya nito. Sa kabutihang palad, ang mag-aaral ay matiyaga at nakumbinsi ang guro na magsagawa ng isang eksperimento, na nagpapatunay sa kanyang pagtuklas: sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mainit na tubig ay talagang nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig.

Ngayon ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ng mainit na tubig na nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig ay tinatawag na epekto ng Mpemba. Totoo, matagal na bago sa kanya, ang natatanging pag-aari ng tubig na ito ay napansin ni Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes.

Ang mga siyentipiko ay hindi lubos na nauunawaan ang likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, na nagpapaliwanag nito alinman sa pamamagitan ng pagkakaiba sa hypothermia, evaporation, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa mainit at malamig na tubig.

Tandaan mula sa Х.RU sa paksang "Mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig".

Dahil ang mga isyu sa paglamig ay mas malapit sa amin, mga espesyalista sa pagpapalamig, suriin natin nang kaunti ang kakanyahan ng problemang ito at magbigay ng dalawang opinyon tungkol sa likas na katangian ng gayong misteryosong kababalaghan.

1. Isang siyentista ng Unibersidad ng Washington ang nag-alok ng paliwanag para sa isang mahiwagang kababalaghan na kilala mula pa noong panahon ni Aristotle: bakit ang mainit na tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig.

Ang phenomenon, na tinatawag na Mpemba effect, ay malawakang ginagamit sa pagsasanay. Halimbawa, pinapayuhan ng mga eksperto ang mga motorista na magbuhos ng malamig sa halip na mainit na tubig sa washer reservoir sa taglamig. Ngunit kung ano ang pinagbabatayan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nanatiling hindi alam sa loob ng mahabang panahon.

Si Dr. Jonathan Katz ng Unibersidad ng Washington ay nag-imbestiga sa hindi pangkaraniwang bagay na ito at napagpasyahan na ang mga sangkap na natunaw sa tubig ay may mahalagang papel dito, na namuo kapag pinainit, ang ulat ng EurekAlert.

Sa pamamagitan ng mga solute, ang ibig sabihin ni Dr. Katz ay ang calcium at magnesium bicarbonates na matatagpuan sa matigas na tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga sangkap na ito ay namuo, na bumubuo ng sukat sa mga dingding ng takure. Ang tubig na hindi pa nainitan ay naglalaman ng mga dumi na ito. Habang nagyeyelo ito at nabubuo ang mga kristal na yelo, ang konsentrasyon ng mga dumi sa tubig ay tumataas ng 50 beses. Pinapababa nito ang pagyeyelo ng tubig. "At ngayon ang tubig ay kailangang lumamig upang mag-freeze," paliwanag ni Dr. Katz.

Mayroong pangalawang dahilan na pumipigil sa pagyeyelo ng hindi pinainit na tubig. Ang pagpapababa sa nagyeyelong punto ng tubig ay binabawasan ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng solid at likidong mga phase. "Dahil ang bilis ng pagkawala ng init ng tubig ay nakasalalay sa pagkakaiba ng temperatura na ito, ang tubig na hindi pa pinainit ay lumalamig," komento ni Dr. Katz.

Ayon sa siyentipiko, ang kanyang teorya ay maaaring masubok sa eksperimento, dahil. ang epekto ng Mpemba ay nagiging mas malinaw para sa mas matigas na tubig.

2. Ang oxygen at hydrogen at malamig ay lumilikha ng yelo. Sa unang sulyap, ang transparent na sangkap na ito ay tila napakasimple. Sa katunayan, ang yelo ay puno ng maraming misteryo. Ang yelo na nilikha ng African Erasto Mpemba ay hindi nag-isip tungkol sa kaluwalhatian. Mainit ang mga araw. Gusto niya ng popsicle. Kumuha siya ng isang karton ng juice at inilagay sa freezer. Ginawa niya ito ng higit sa isang beses at samakatuwid ay napansin na ang juice ay nagyeyelo lalo na mabilis, kung hawak mo ito sa araw bago iyon - painitin mo lang! Ito ay kakaiba, naisip ng Tanzanian schoolboy, na kumilos laban sa makamundong karunungan. Posible bang para mas mabilis na maging yelo ang likido, kailangan munang ... painitin? Nagulat ang binata kaya ibinahagi niya ang kanyang hula sa guro. Iniulat niya ang kuryusidad na ito sa press.

Nangyari ang kwentong ito noong 1960s. Ngayon ang "Mpemba effect" ay kilala sa mga siyentipiko. Ngunit sa mahabang panahon ang tila simpleng phenomenon na ito ay nanatiling misteryo. Bakit mas mabilis mag-freeze ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig?

Noong 1996 lamang nakahanap ng solusyon ang physicist na si David Auerbach. Upang masagot ang tanong na ito, nagsagawa siya ng isang eksperimento sa loob ng isang buong taon: nagpainit siya ng tubig sa isang baso at muling pinalamig. So ano ang nalaman niya? Kapag pinainit, ang mga bula ng hangin na natunaw sa tubig ay sumingaw. Ang tubig na walang mga gas ay mas madaling nagyeyelo sa mga dingding ng sisidlan. "Siyempre, ang tubig na may mataas na nilalaman ng hangin ay mag-freeze din," sabi ni Auerbach, "ngunit hindi sa zero degrees Celsius, ngunit lamang sa minus apat hanggang anim na degree." Siyempre, kailangan mong maghintay nang mas matagal. Kaya, ang mainit na tubig ay nagyeyelo bago ang malamig na tubig, ito ay isang siyentipikong katotohanan.

Halos walang substance na makikita sa ating mga mata na kasingdali ng yelo. Binubuo lamang ito ng mga molekula ng tubig - iyon ay, mga elementarya na molekula na naglalaman ng dalawang atomo ng hydrogen at isang oxygen. Gayunpaman, ang yelo ay marahil ang pinaka mahiwagang sangkap sa uniberso. Sa ngayon ay hindi pa naipaliwanag ng mga siyentipiko ang ilan sa mga katangian nito.

2. Supercooling at "flash" freezing

Alam ng lahat na ang tubig ay palaging nagiging yelo kapag lumamig ito hanggang 0 °C... maliban sa ilang mga kaso! Ang ganitong kaso ay, halimbawa, "supercooling", na kung saan ay ang pag-aari ng napakadalisay na tubig upang manatiling likido kahit na pinalamig sa ilalim ng pagyeyelo. Nagiging posible ang hindi pangkaraniwang bagay na ito dahil sa katotohanan na ang kapaligiran ay hindi naglalaman ng mga sentro ng pagkikristal o nuclei na maaaring makapukaw ng pagbuo ng mga kristal na yelo. Kaya't ang tubig ay nananatili sa likidong anyo, kahit na pinalamig sa mga temperaturang mababa sa zero degrees Celsius. Ang proseso ng pagkikristal ay maaaring ma-trigger, halimbawa, sa pamamagitan ng mga bula ng gas, mga impurities (polusyon), hindi pantay na ibabaw ng lalagyan. Kung wala ang mga ito, ang tubig ay mananatili sa isang likidong estado. Kapag nagsimula ang proseso ng pagkikristal, maaari mong panoorin kung paano agad na nagiging yelo ang super-cooled na tubig.

Panoorin ang video (2 901 Kb, 60 c) ni Phil Medina (www.mrsciguy.com) at tingnan para sa iyong sarili >>

Magkomento. Ang sobrang init na tubig ay nananatiling likido kahit na pinainit sa itaas ng kumukulong punto nito.

3. "Glass" na tubig

Mabilis at walang pag-aalinlangan, pangalanan kung ilang iba't ibang estado ang mayroon ang tubig?

Kung tatlo ang sagot mo (solid, liquid, gas), mali ka. Nakikilala ng mga siyentipiko ang hindi bababa sa 5 magkakaibang estado ng tubig sa likidong anyo at 14 na estado ng yelo.

Tandaan ang pag-uusap tungkol sa sobrang lamig na tubig? Kaya, kahit anong gawin mo, sa -38 ° C, kahit na ang pinakadalisay na super-cooled na tubig ay biglang nagiging yelo. Ano ang mangyayari sa karagdagang pagbaba

temperatura? Sa -120 °C, may kakaibang nagsisimulang mangyari sa tubig: ito ay nagiging sobrang lagkit o malapot, tulad ng pulot, at sa temperaturang mababa sa -135 °C ito ay nagiging "malasalamin" o "malasalamin" na tubig - isang solidong sangkap kung saan walang kristal na istraktura.

4. Quantum properties ng tubig

Sa antas ng molekular, ang tubig ay mas nakakagulat. Noong 1995, ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng isang eksperimento sa neutron scattering ay nagbigay ng hindi inaasahang resulta: natuklasan ng mga physicist na ang mga neutron na naglalayong sa mga molekula ng tubig ay "nakikita" ng 25% na mas kaunting hydrogen proton kaysa sa inaasahan.

Ito ay lumabas na sa bilis ng isang attosecond (10 -18 segundo) isang hindi pangkaraniwang quantum effect ang nagaganap, at ang kemikal na formula ng tubig sa halip na ang karaniwang isa - H 2 O, ay nagiging H 1.5 O!

5. May memory ba ang tubig?

Ang homyopatya, isang alternatibo sa tradisyonal na gamot, ay nagsasabi na ang isang dilute na solusyon ng isang produktong panggamot ay maaaring magkaroon ng nakapagpapagaling na epekto sa katawan, kahit na ang dilution factor ay napakahusay na walang natitira sa solusyon kundi ang mga molekula ng tubig. Ipinapaliwanag ng mga tagapagtaguyod ng homeopathy ang kabalintunaan na ito sa pamamagitan ng isang konsepto na tinatawag na "memory of water", ayon sa kung saan ang tubig sa antas ng molekular ay may "memorya" ng sangkap sa sandaling natunaw dito at pinapanatili ang mga katangian ng solusyon ng orihinal na konsentrasyon pagkatapos ng hindi isang Ang isang molekula ng sangkap ay nananatili sa loob nito.

Isang internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Propesor Madeleine Ennis mula sa Queen's University of Belfast, na pumuna sa mga prinsipyo ng homeopathy, ay nagsagawa ng isang eksperimento noong 2002 upang pabulaanan ang konseptong ito minsan at para sa lahat. Ang resulta ay kabaligtaran. Pagkatapos, sinabi ng mga siyentipiko na nagawa nilang patunayan ang katotohanan ng epekto ng "memorya ng tubig. Gayunpaman, ang mga eksperimento na isinagawa sa ilalim ng pangangasiwa ng mga independiyenteng eksperto, ay hindi nagdala ng mga resulta. Ang mga pagtatalo tungkol sa pagkakaroon ng hindi pangkaraniwang bagay ng "memorya ng tubig" ay nagpapatuloy.

Ang tubig ay may maraming iba pang hindi pangkaraniwang mga katangian na hindi namin saklaw sa artikulong ito.

Panitikan.

1. 5 Talagang Kakaibang Bagay Tungkol sa Tubig / http://www.neatorama.com.
2. Ang misteryo ng tubig: ang teorya ng Aristotle-Mpemba effect ay nilikha / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Mga lihim ng walang buhay na kalikasan. Ang pinaka-mahiwagang sangkap sa uniberso / http://www.bibliotekar.ru.

Noong 1963, ang isang schoolboy mula sa Tanzania na nagngangalang Erasto Mpemba ay nagtanong sa kanyang guro ng isang hangal na tanong - bakit ang mainit na ice cream ay mas mabilis na nag-freeze kaysa sa malamig na ice cream sa kanyang freezer?

Si Erasto Mpemba ay isang estudyante sa Magambin High School sa Tanzania na gumagawa ng praktikal na gawain sa pagluluto. Kailangan niyang gumawa ng homemade ice cream - pakuluan ang gatas, i-dissolve ang asukal dito, palamig ito sa temperatura ng kuwarto, at pagkatapos ay ilagay ito sa refrigerator upang mag-freeze. Tila, si Mpemba ay hindi partikular na masigasig na mag-aaral at nagpaliban sa unang bahagi ng takdang-aralin. Sa takot na hindi siya makarating sa oras sa pagtatapos ng aralin, naglagay siya ng mainit na gatas sa refrigerator. Sa kanyang sorpresa, ito ay nagyelo kahit na mas maaga kaysa sa gatas ng kanyang mga kasama, na inihanda ayon sa isang ibinigay na teknolohiya.

Bumaling siya sa guro ng pisika para sa paglilinaw, ngunit tinawanan lamang niya ang mag-aaral, sinabi ang sumusunod: "Hindi ito pisika ng mundo, ngunit ang pisika ng Mpemba." Pagkatapos nito, nag-eksperimento si Mpemba hindi lamang sa gatas, kundi pati na rin sa ordinaryong tubig.

Sa anumang kaso, isa nang estudyante ng Mkwawa High School, tinanong niya si Propesor Dennis Osborne mula sa University College sa Dar es Salaam (inimbitahan ng direktor ng paaralan na magbigay ng lecture sa physics sa mga estudyante) tungkol sa tubig: “Kung kumuha ka ng dalawang magkatulad na lalagyan na may pantay na dami ng tubig upang sa isa sa kanila ang tubig ay may temperatura na 35 ° C, at sa isa pa - 100 ° C, at ilagay ang mga ito sa freezer, pagkatapos ay sa pangalawa ang tubig ay mag-freeze. mas mabilis. Bakit?" Naging interesado si Osborne sa isyung ito at sa lalong madaling panahon noong 1969, kasama ng Mpemba, inilathala nila ang mga resulta ng kanilang mga eksperimento sa journal Physics Education. Simula noon, ang epekto na natuklasan nila ay tinatawag na epekto ng Mpemba.

Gusto mo bang malaman kung bakit ito nangyayari? Ilang taon lamang ang nakalilipas, nagawang ipaliwanag ng mga siyentipiko ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ...

Ang epekto ng Mpemba (Mpemba Paradox) ay isang kabalintunaan na nagsasaad na ang mainit na tubig sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay mas mabilis na nagyeyelo kaysa malamig na tubig, bagama't dapat itong pumasa sa temperatura ng malamig na tubig sa proseso ng pagyeyelo. Ang kabalintunaan na ito ay isang eksperimentong katotohanan na sumasalungat sa karaniwang mga ideya, ayon sa kung saan, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang isang mas mainit na katawan ay nangangailangan ng mas maraming oras upang lumamig sa isang tiyak na temperatura kaysa sa isang mas malamig na katawan upang lumamig sa parehong temperatura.

Ang kababalaghang ito ay napansin noong panahong iyon nina Aristotle, Francis Bacon at Rene Descartes. Hanggang ngayon, walang nakakaalam nang eksakto kung paano ipaliwanag ang kakaibang epekto na ito. Ang mga siyentipiko ay walang iisang bersyon, bagaman marami. Ang lahat ay tungkol sa pagkakaiba sa mga katangian ng mainit at malamig na tubig, ngunit hindi pa malinaw kung aling mga katangian ang gumaganap ng isang papel sa kasong ito: ang pagkakaiba sa supercooling, evaporation, pagbuo ng yelo, convection, o ang epekto ng mga tunaw na gas sa tubig sa iba't ibang temperatura. Ang kabalintunaan ng epekto ng Mpemba ay ang oras kung kailan lumalamig ang katawan sa temperatura ng kapaligiran ay dapat na proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan na ito at ng kapaligiran. Ang batas na ito ay itinatag ni Newton at mula noon ay maraming beses nang nakumpirma sa pagsasagawa. Sa parehong epekto, ang tubig sa 100°C ay lumalamig hanggang 0°C na mas mabilis kaysa sa parehong dami ng tubig sa 35°C.

Simula noon, iba't ibang mga bersyon ang ipinahayag, ang isa ay ang mga sumusunod: ang bahagi ng mainit na tubig ay sumingaw lamang sa simula, at pagkatapos, kapag ang isang mas maliit na halaga ay nananatili, ang tubig ay mas mabilis na tumigas. Ang bersyon na ito, dahil sa pagiging simple nito, ay naging pinakasikat, ngunit ang mga siyentipiko ay hindi ganap na nasiyahan.

Ngayon, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Nanyang Technological University sa Singapore, na pinamumunuan ng chemist na si Xi Zhang, ang nagsasabing nalutas na nila ang lumang misteryo kung bakit mas mabilis na nagyeyelo ang mainit na tubig kaysa malamig na tubig. Tulad ng nalaman ng mga ekspertong Tsino, ang sikreto ay nasa dami ng enerhiyang nakaimbak sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng tubig.

Tulad ng alam mo, ang mga molekula ng tubig ay binubuo ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms na pinagsasama-sama ng mga covalent bond, na sa antas ng particle ay mukhang isang pagpapalitan ng mga electron. Ang isa pang kilalang katotohanan ay ang mga atomo ng hydrogen ay naaakit sa mga atomo ng oxygen mula sa mga kalapit na molekula - nabuo ang mga bono ng hydrogen.

Kasabay nito, ang mga molekula ng tubig sa kabuuan ay nagtataboy sa isa't isa. Napansin ng mga siyentipiko mula sa Singapore na ang mas mainit na tubig, mas malaki ang distansya sa pagitan ng mga molekula ng likido dahil sa pagtaas ng mga puwersa ng salungat. Bilang resulta, ang mga bono ng hydrogen ay nakaunat, at samakatuwid ay nag-iimbak ng mas maraming enerhiya. Ang enerhiya na ito ay inilabas kapag ang tubig ay lumalamig - ang mga molekula ay lumalapit sa isa't isa. At ang pagbabalik ng enerhiya, tulad ng alam mo, ay nangangahulugan ng paglamig.

Narito ang mga hypotheses na iniharap ng mga siyentipiko:

Pagsingaw

Ang mainit na tubig ay sumingaw nang mas mabilis mula sa lalagyan, sa gayon ay binabawasan ang dami nito, at ang isang mas maliit na dami ng tubig na may parehong temperatura ay mas mabilis na nagyeyelo. Ang tubig na pinainit hanggang 100°C ay nawawalan ng 16% ng masa nito kapag pinalamig hanggang 0°C. Ang epekto ng pagsingaw ay dobleng epekto. Una, ang masa ng tubig na kinakailangan para sa paglamig ay nabawasan. At pangalawa, dahil sa evaporation, bumababa ang temperatura nito.

pagkakaiba sa temperatura

Dahil sa ang katunayan na ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mainit na tubig at malamig na hangin ay mas malaki - samakatuwid, ang paglipat ng init sa kasong ito ay mas matindi at ang mainit na tubig ay lumalamig nang mas mabilis.

hypothermia
Kapag ang tubig ay pinalamig sa ibaba 0°C, hindi ito palaging nagyeyelo. Sa ilang partikular na kundisyon, maaari itong sumailalim sa supercooling habang patuloy na nananatiling likido sa mga temperaturang mas mababa sa freezing point. Sa ilang mga kaso, ang tubig ay maaaring manatiling likido kahit na sa -20°C. Ang dahilan para sa epekto na ito ay upang magsimulang mabuo ang mga unang kristal na yelo, kailangan ang mga sentro ng pagbuo ng kristal. Kung wala ang mga ito sa likidong tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang supercooling hanggang sa bumaba ang temperatura nang sapat na ang mga kristal ay nagsimulang mabuo nang kusang. Kapag nagsimula silang mabuo sa supercooled na likido, magsisimula silang lumaki nang mas mabilis, na bumubuo ng ice slush na magyeyelo upang bumuo ng yelo. Ang mainit na tubig ay pinaka-madaling kapitan sa hypothermia dahil ang pag-init ay nag-aalis ng mga natunaw na gas at mga bula, na siya namang magsisilbing mga sentro para sa pagbuo ng mga kristal na yelo. Bakit ang hypothermia ay nagiging sanhi ng mas mabilis na pagyeyelo ng mainit na tubig? Sa kaso ng malamig na tubig na hindi supercooled, ang mangyayari ay ang isang manipis na layer ng yelo ay nabubuo sa ibabaw nito, na nagsisilbing insulator sa pagitan ng tubig at ng malamig na hangin, at sa gayon ay pinipigilan ang karagdagang pagsingaw. Ang rate ng pagbuo ng mga kristal ng yelo sa kasong ito ay magiging mas mababa. Sa kaso ng mainit na tubig na sumasailalim sa subcooling, ang subcooled na tubig ay walang protective surface layer ng yelo. Samakatuwid, mas mabilis itong nawawalan ng init sa pamamagitan ng bukas na tuktok. Kapag natapos ang proseso ng supercooling at nag-freeze ang tubig, mas maraming init ang mawawala at samakatuwid ay mas maraming yelo ang nabuo. Itinuturing ng maraming mananaliksik ng epektong ito ang hypothermia bilang pangunahing salik sa kaso ng epekto ng Mpemba.
Convection

Ang malamig na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa itaas, at sa gayon ay lumalala ang mga proseso ng heat radiation at convection, at samakatuwid ay ang pagkawala ng init, habang ang mainit na tubig ay nagsisimulang mag-freeze mula sa ibaba. Ang epektong ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng isang anomalya sa density ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa 4°C. Kung ang tubig ay pinalamig sa 4°C at inilagay sa isang kapaligiran na may mas mababang temperatura, ang ibabaw na layer ng tubig ay mas mabilis na magyeyelo. Dahil ang tubig na ito ay hindi gaanong siksik kaysa sa tubig sa 4°C, ito ay mananatili sa ibabaw, na bumubuo ng isang manipis na malamig na layer. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, isang manipis na layer ng yelo ang bubuo sa ibabaw ng tubig sa loob ng maikling panahon, ngunit ang layer na ito ng yelo ay magsisilbing insulator na nagpoprotekta sa mas mababang mga layer ng tubig, na mananatili sa 4°C. Samakatuwid, ang karagdagang proseso ng paglamig ay magiging mas mabagal. Sa kaso ng mainit na tubig, ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Ang ibabaw na layer ng tubig ay lalamig nang mas mabilis dahil sa pagsingaw at mas malaking pagkakaiba sa temperatura. Gayundin, ang mga layer ng malamig na tubig ay mas siksik kaysa sa mga layer ng mainit na tubig, kaya lulubog ang layer ng malamig na tubig, na itinataas ang layer ng mainit na tubig sa ibabaw. Tinitiyak ng sirkulasyon ng tubig na ito ang mabilis na pagbaba ng temperatura. Ngunit bakit ang prosesong ito ay hindi umabot sa punto ng ekwilibriyo? Upang ipaliwanag ang epekto ng Mpemba mula sa punto ng view ng convection, dapat ipagpalagay na ang malamig at mainit na layer ng tubig ay pinaghihiwalay at ang proseso ng convection mismo ay nagpapatuloy pagkatapos bumaba ang average na temperatura ng tubig sa ibaba 4°C. Gayunpaman, walang pang-eksperimentong ebidensya na sumusuporta sa hypothesis na ito na ang malamig at mainit na mga layer ng tubig ay pinaghihiwalay ng convection.

mga gas na natunaw sa tubig

Ang tubig ay palaging naglalaman ng mga gas na natunaw dito - oxygen at carbon dioxide. Ang mga gas na ito ay may kakayahang bawasan ang pagyeyelo ng tubig. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na ito ay inilabas mula sa tubig dahil ang kanilang solubility sa tubig sa mataas na temperatura ay mas mababa. Samakatuwid, kapag ang mainit na tubig ay pinalamig, palaging may mas kaunting mga dissolved gas dito kaysa sa hindi pinainit na malamig na tubig. Samakatuwid, ang punto ng pagyeyelo ng pinainit na tubig ay mas mataas at mas mabilis itong nagyeyelo. Ang salik na ito kung minsan ay itinuturing na pangunahing isa sa pagpapaliwanag ng epekto ng Mpemba, bagama't walang pang-eksperimentong data na nagpapatunay sa katotohanang ito.

Thermal conductivity

Malaki ang papel na ginagampanan ng mekanismong ito kapag inilagay ang tubig sa refrigerator freezer sa maliliit na lalagyan. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, naobserbahan na ang lalagyan na may mainit na tubig ay natutunaw ang yelo ng freezer sa ilalim, sa gayon ay nagpapabuti ng thermal contact sa dingding ng freezer at thermal conductivity. Bilang resulta, ang init ay tinanggal mula sa lalagyan ng mainit na tubig nang mas mabilis kaysa sa malamig. Sa turn, ang lalagyan na may malamig na tubig ay hindi natutunaw ang niyebe sa ilalim nito. Ang lahat ng ito (pati na rin ang iba pang) mga kondisyon ay pinag-aralan sa maraming mga eksperimento, ngunit isang hindi malabo na sagot sa tanong - alin sa mga ito ang nagbibigay ng 100% na pagpaparami ng epekto ng Mpemba - ay hindi nakuha. Kaya, halimbawa, noong 1995, pinag-aralan ng German physicist na si David Auerbach ang impluwensya ng supercooling ng tubig sa epekto na ito. Natuklasan niya na ang mainit na tubig, na umaabot sa supercooled na estado, ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura kaysa malamig na tubig, at samakatuwid ay mas mabilis kaysa sa huli. Ngunit ang malamig na tubig ay umabot sa isang supercooled na estado nang mas mabilis kaysa sa mainit na tubig, sa gayon ay nagbabayad para sa nakaraang lag. Bilang karagdagan, ang mga resulta ng Auerbach ay sumasalungat sa naunang data na ang mainit na tubig ay nakakamit ng higit pang supercooling dahil sa mas kaunting mga crystallization center. Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga gas na natunaw dito ay inaalis mula dito, at kapag ito ay pinakuluan, ang ilang mga asing-gamot na natunaw dito ay namuo. Sa ngayon, isang bagay lamang ang maaaring igiit - ang pagpaparami ng epekto na ito ay makabuluhang nakasalalay sa mga kondisyon kung saan isinasagawa ang eksperimento. Eksakto dahil hindi ito palaging pinalalabas.

At narito ang malamang na dahilan.

Habang nagsusulat ang mga chemist sa kanilang artikulo, na makikita sa arXiv.org preprint site, ang mga hydrogen bond ay mas malakas na nakaunat sa mainit na tubig kaysa sa malamig na tubig. Kaya, lumalabas na mas maraming enerhiya ang nakaimbak sa mga bono ng hydrogen ng mainit na tubig, na nangangahulugan na higit pa sa mga ito ang pinakawalan kapag pinalamig sa mga sub-zero na temperatura. Para sa kadahilanang ito, ang pagyeyelo ay mas mabilis.

Sa ngayon, nalutas ng mga siyentipiko ang bugtong na ito sa teorya lamang. Kapag nagpakita sila ng nakakumbinsi na katibayan ng kanilang bersyon, kung gayon ang tanong kung bakit ang mainit na tubig ay nagyeyelo nang mas mabilis kaysa sa malamig na tubig ay maaaring ituring na sarado.