ทำไมน้ำร้อนถึงแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น? ทำไมน้ำร้อนถึงแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น? เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา

นักวิจัยหลายคนได้หยิบยกและเสนอแนวทางของตนเองว่าทำไมน้ำร้อนถึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ดูเหมือนจะเป็นเรื่องที่ขัดแย้งกัน - เพื่อแช่แข็ง น้ำร้อนจะต้องเย็นก่อน อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงนี้ยังคงเป็นข้อเท็จจริง และนักวิทยาศาสตร์ก็อธิบายเรื่องนี้ด้วยวิธีที่ต่างกันออกไป

รุ่นหลัก

ในขณะนี้ มีหลายเวอร์ชันที่อธิบายข้อเท็จจริงนี้:

เนื่องจากน้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น ปริมาตรจึงลดลง และการแข็งตัวของน้ำปริมาณน้อยที่อุณหภูมิเดียวกันจะเกิดขึ้นเร็วกว่า
ช่องแช่แข็งของตู้เย็นมีแผ่นบุหิมะ ภาชนะที่บรรจุน้ำร้อนละลายหิมะที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับช่องแช่แข็ง
การแช่แข็งน้ำเย็นซึ่งแตกต่างจากน้ำร้อนเริ่มต้นที่ด้านบน ในเวลาเดียวกัน การพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน ส่งผลให้การสูญเสียความร้อนแย่ลง
น้ำเย็นมีศูนย์กลางการตกผลึก - สารที่ละลายอยู่ในนั้น หากเนื้อหาในน้ำมีน้อย การทำไอซิ่งก็ทำได้ยาก แม้ว่าในขณะเดียวกันก็สามารถทำการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลได้ - เมื่อที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์จะมีสถานะเป็นของเหลว

แม้ว่าในความเป็นธรรมเราสามารถพูดได้ว่าผลกระทบนี้ไม่ได้สังเกตเสมอไป บ่อยครั้งที่น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำร้อน

น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิเท่าใด

ทำไมน้ำถึงแข็งตัวเลย? ประกอบด้วยแร่ธาตุหรืออนุภาคอินทรีย์จำนวนหนึ่ง สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอนุภาคขนาดเล็กมากของทราย ฝุ่น หรือดินเหนียว เมื่ออุณหภูมิอากาศลดลง อนุภาคเหล่านี้จะเป็นศูนย์กลางที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัว

บทบาทของนิวเคลียสของการตกผลึกสามารถเกิดขึ้นได้จากฟองอากาศและรอยแตกในภาชนะที่บรรจุน้ำ ความเร็วของกระบวนการเปลี่ยนน้ำให้เป็นน้ำแข็งนั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากจำนวนศูนย์กลางดังกล่าว - หากมีหลายแห่งของเหลวก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ภายใต้สภาวะปกติที่ความดันบรรยากาศปกติ น้ำจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะของแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศา

สาระสำคัญของเอฟเฟกต์ Mpemba

เอฟเฟกต์ Mpemba เป็นสิ่งที่ขัดแย้งกัน โดยมีสาระสำคัญคือภายใต้สถานการณ์บางอย่าง น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น อริสโตเติลและเดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียตัดสินใจว่าไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวในเวลาที่สั้นกว่าไอศกรีมเย็น ๆ เขาสรุปเรื่องนี้ขณะทำงานทำอาหารเสร็จ

เขาต้องละลายน้ำตาลในนมต้มแล้วเมื่อเย็นแล้วนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ได้ขยันเป็นพิเศษและเริ่มทำงานส่วนแรกให้เสร็จช้า ดังนั้นเขาจึงไม่รอให้นมเย็นลงแล้วจึงนำไปแช่ในตู้เย็นที่ร้อน เขาประหลาดใจมากเมื่อมันแข็งตัวเร็วกว่าเพื่อนร่วมชั้นที่ทำงานตามเทคโนโลยีที่กำหนด

ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ชายหนุ่มสนใจเป็นอย่างมาก และเขาเริ่มทดลองกับน้ำเปล่า ในปี 1969 วารสาร Physics Education ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของ Mpemba และศาสตราจารย์ Dennis Osborne แห่งมหาวิทยาลัย Dar Es Salaam เอฟเฟกต์ที่พวกเขาอธิบายนั้นถูกเรียกว่า Mpemba อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับปรากฏการณ์นี้ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนเห็นพ้องกันว่าบทบาทหลักในเรื่องนี้มาจากความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำเย็นและน้ำร้อน แต่ยังไม่ทราบแน่ชัด

เวอร์ชั่นสิงคโปร์

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งหนึ่งในสิงคโปร์สนใจคำถามที่ว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น ทีมนักวิจัยที่นำโดยซี จาง อธิบายความขัดแย้งนี้อย่างแม่นยำด้วยคุณสมบัติของน้ำ ทุกคนรู้องค์ประกอบของน้ำจากโรงเรียน - อะตอมออกซิเจนและอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม ออกซิเจนจะดึงอิเล็กตรอนออกจากไฮโดรเจนในระดับหนึ่ง ดังนั้นโมเลกุลจึงเป็น "แม่เหล็ก" ชนิดหนึ่ง

เป็นผลให้โมเลกุลบางชนิดในน้ำถูกดึงดูดเข้าหากันเล็กน้อยและรวมเป็นหนึ่งเดียวกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ความแข็งแรงของมันต่ำกว่าพันธะโควาเลนต์หลายเท่า นักวิจัยชาวสิงคโปร์เชื่อว่าคำอธิบายของความขัดแย้งของ Mpemba นั้นอยู่ที่พันธะไฮโดรเจนอย่างแน่นอน ถ้าโมเลกุลของน้ำถูกวางชิดกันแน่นหนา ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโมเลกุลอาจทำให้พันธะโควาเลนต์ที่อยู่ตรงกลางโมเลกุลเปลี่ยนรูปได้

แต่เมื่อน้ำร้อนขึ้น โมเลกุลที่จับกันจะเคลื่อนออกจากกันเล็กน้อย เป็นผลให้การคลายตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นตรงกลางโมเลกุลพร้อมกับปล่อยพลังงานส่วนเกินและการเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าน้ำร้อนเริ่มเย็นลงอย่างรวดเร็ว อย่างน้อยที่สุด นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ชาวสิงคโปร์แสดงการคำนวณทางทฤษฎี

น้ำแช่แข็งทันที - 5 เคล็ดลับที่น่าทึ่ง: วิดีโอ

เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา(ความขัดแย้งของ Mpemba) เป็นความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในระหว่างกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

อริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรเน เดส์การตส์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ในคราวเดียว แต่ในปี 1963 Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียค้นพบว่าส่วนผสมไอศกรีมร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าไอศกรีมเย็น

Erasto Mpemba เป็นนักเรียนที่ Magambi High School ในประเทศแทนซาเนีย โดยทำงานภาคปฏิบัติเป็นพ่อครัว เขาต้องทำไอศกรีมโฮมเมด โดยต้มนม ละลายน้ำตาล ปล่อยให้เย็นจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นนำไปแช่ในตู้เย็นเพื่อแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่า Mpemba ไม่ใช่นักเรียนที่ขยันเป็นพิเศษและล่าช้าในการทำส่วนแรกของงานให้เสร็จล่าช้า ด้วยกลัวว่าเรียนไม่ทันจึงเอานมร้อนใส่ตู้เย็น เขาประหลาดใจที่มันแข็งตัวเร็วกว่านมของสหายของเขาที่เตรียมตามเทคโนโลยีที่กำหนด

หลังจากนั้น Mpemba ไม่เพียงทดลองกับนมเท่านั้น แต่ยังทดลองกับน้ำธรรมดาด้วย ไม่ว่าในกรณีใด ในฐานะนักเรียนที่โรงเรียนมัธยม Mkwava เขาขอให้ศาสตราจารย์เดนนิส ออสบอร์น จากวิทยาลัยมหาวิทยาลัยในดาร์ เอส ซาลาม (ได้รับเชิญจากผู้อำนวยการโรงเรียนให้บรรยายเรื่องฟิสิกส์แก่นักเรียน) โดยเฉพาะเกี่ยวกับน้ำ: “ถ้าคุณเรียน ภาชนะสองใบที่เหมือนกันซึ่งมีปริมาณน้ำเท่ากัน โดยภาชนะใบหนึ่งมีอุณหภูมิ 35°C และอีกใบมีอุณหภูมิ 100°C แล้วนำไปแช่ในช่องแช่แข็ง จากนั้นในวินาทีนั้นน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น ทำไม?" ออสบอร์นเริ่มสนใจประเด็นนี้ และในไม่ช้า ในปี 1969 เขาและเอ็มเพมบาก็ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของพวกเขาในวารสาร Physics Education ตั้งแต่นั้นมา ผลกระทบที่พวกเขาค้นพบก็ถูกเรียกว่า เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา.

จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าจะอธิบายผลกระทบประหลาดนี้ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ไม่มีเวอร์ชันเดียวแม้ว่าจะมีหลายเวอร์ชันก็ตาม ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับความแตกต่างในคุณสมบัติของน้ำร้อนและน้ำเย็น แต่ยังไม่ชัดเจนว่าคุณสมบัติใดมีบทบาทในกรณีนี้: ความแตกต่างในการทำความเย็นยิ่งยวด การระเหย การก่อตัวของน้ำแข็ง การพาความร้อน หรือผลกระทบของก๊าซเหลวที่มีต่อน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ความขัดแย้งของเอฟเฟกต์ Mpemba ก็คือช่วงเวลาที่ร่างกายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิโดยรอบควรเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกายนี้กับสิ่งแวดล้อม กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยนิวตันและได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา ด้วยเหตุนี้ น้ำที่มีอุณหภูมิ 100°C จะเย็นลงถึงอุณหภูมิ 0°C เร็วกว่าน้ำที่มีอุณหภูมิ 35°C ในปริมาณเท่ากัน

อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่ได้หมายความถึงความขัดแย้ง เนื่องจากสามารถอธิบายเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ภายในกรอบของฟิสิกส์ที่รู้จัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba:

การระเหย

น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้นจากภาชนะ จึงทำให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100 C จะสูญเสียมวล 16% เมื่อเย็นลงเหลือ 0 C

ผลการระเหยเป็นผลสองเท่า ประการแรก มวลน้ำที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นจะลดลง และประการที่สองอุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากความร้อนของการระเหยของการเปลี่ยนจากเฟสน้ำไปเป็นเฟสไอน้ำลดลง

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนและอากาศเย็นมีมากกว่า ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนในกรณีนี้จึงมีความรุนแรงมากขึ้นและน้ำร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้น

อุณหภูมิต่ำ

เมื่อน้ำเย็นลงต่ำกว่า 0 C น้ำจะไม่แข็งตัวเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวเครื่องอาจผ่านการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลลิ่ง โดยยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ในบางกรณี น้ำสามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิ –20 C

สาเหตุของผลกระทบนี้คือเพื่อให้ผลึกน้ำแข็งก้อนแรกเริ่มก่อตัว จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางการก่อตัวของคริสตัล หากไม่มีอยู่ในน้ำของเหลว ซูเปอร์คูลลิ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงเพียงพอสำหรับผลึกที่จะก่อตัวได้เอง เมื่อพวกมันเริ่มก่อตัวในของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวด พวกมันจะเริ่มเติบโตเร็วขึ้น กลายเป็นน้ำแข็งโคลน ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง

น้ำร้อนจะไวต่อภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าปกติมากที่สุดเนื่องจากการให้ความร้อนจะขจัดก๊าซและฟองที่ละลายในน้ำ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางในการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งได้

เหตุใดภาวะอุณหภูมิต่ำจึงทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วขึ้น ในกรณีของน้ำเย็นที่ไม่ได้ทำความเย็นยิ่งยวดจะเกิดสิ่งต่อไปนี้ ในกรณีนี้ จะมีชั้นน้ำแข็งบางๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของภาชนะ ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนระหว่างน้ำกับอากาศเย็น และจะป้องกันการระเหยออกไปอีก อัตราการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในกรณีนี้จะลดลง ในกรณีของน้ำร้อนที่ต้องทำความเย็นแบบพิเศษ น้ำที่เย็นเป็นพิเศษนั้นจะไม่มีชั้นผิวป้องกันเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นจึงสูญเสียความร้อนได้เร็วกว่ามากเมื่อผ่านหลังคาแบบเปิด

เมื่อกระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดสิ้นสุดลงและน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ความร้อนจะสูญเสียไปอย่างมาก และทำให้เกิดน้ำแข็งมากขึ้น

นักวิจัยหลายคนเกี่ยวกับผลกระทบนี้ถือว่าภาวะอุณหภูมิร่างกายลดลงเป็นปัจจัยหลักในกรณีของผลกระทบ Mpemba

การพาความร้อน

น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง

ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 C ถ้าคุณทำให้น้ำเย็นลงถึง 4 C และตั้งไว้ที่อุณหภูมิต่ำลง ชั้นผิวน้ำก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น เนื่องจากน้ำนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่อุณหภูมิ 4 C น้ำจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวจนเกิดเป็นชั้นเย็นบางๆ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ชั้นน้ำแข็งบางๆ จะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำภายในระยะเวลาอันสั้น แต่ชั้นน้ำแข็งนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันชั้นล่างของน้ำซึ่งจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 4 C ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นต่อจะช้าลง

ในกรณีของน้ำร้อน สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชั้นผิวของน้ำจะเย็นตัวเร็วขึ้นเนื่องจากการระเหยและความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น นอกจากนี้ชั้นน้ำเย็นยังมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นน้ำร้อน ดังนั้นชั้นน้ำเย็นจะจมลง ทำให้ชั้นน้ำอุ่นลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ การไหลเวียนของน้ำนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่เหตุใดกระบวนการนี้จึงไม่ถึงจุดสมดุล? เพื่ออธิบายผลกระทบของ Mpemba จากมุมมองของการพาความร้อน จำเป็นต้องถือว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกัน และกระบวนการพาความร้อนจะดำเนินต่อไปหลังจากที่อุณหภูมิของน้ำเฉลี่ยลดลงต่ำกว่า 4 C

อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนสมมติฐานนี้ว่าชั้นน้ำเย็นและร้อนถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

น้ำมักจะมีก๊าซที่ละลายอยู่ - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้มีความสามารถในการลดจุดเยือกแข็งของน้ำ เมื่อน้ำร้อน ก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกจากน้ำเนื่องจากความสามารถในการละลายในน้ำจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ก็จะมีก๊าซละลายน้อยกว่าน้ำเย็นที่ไม่อุ่นเสมอ ดังนั้นจุดเยือกแข็งของน้ำร้อนจึงสูงขึ้นและแข็งตัวเร็วขึ้น บางครั้งปัจจัยนี้ถือเป็นปัจจัยหลักในการอธิบายผลกระทบของ Mpemba แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ก็ตาม

การนำความร้อน

กลไกนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการใส่น้ำลงในช่องแช่แข็งของตู้เย็นในภาชนะขนาดเล็ก ภายใต้สภาวะเหล่านี้ สังเกตได้ว่าภาชนะบรรจุน้ำร้อนละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสความร้อนกับผนังช่องแช่แข็งและการนำความร้อน ส่งผลให้ความร้อนถูกดึงออกจากภาชนะน้ำร้อนได้เร็วกว่าภาชนะที่เย็น ในทางกลับกัน ภาชนะที่มีน้ำเย็นจะไม่ทำให้หิมะที่อยู่ด้านล่างละลาย

เงื่อนไขทั้งหมดเหล่านี้ (รวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ ) ได้รับการศึกษาในการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามใดที่ให้การสร้างเอฟเฟกต์ Mpemba ได้ร้อยเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างเช่น ในปี 1995 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน David Auerbach ได้ศึกษาผลกระทบของน้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดต่อผลกระทบนี้ เขาค้นพบว่าน้ำร้อนซึ่งมีอุณหภูมิเย็นจัดเป็นพิเศษ จะแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น และเร็วกว่าน้ำเย็นอย่างหลัง แต่น้ำเย็นจะเข้าสู่สถานะเย็นยิ่งยวดได้เร็วกว่าน้ำร้อน จึงชดเชยความล่าช้าก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของ Auerbach ยังขัดแย้งกับข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ว่าน้ำร้อนสามารถให้ความเย็นยิ่งยวดได้มากขึ้นเนื่องจากมีศูนย์การตกผลึกน้อยลง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นจะถูกกำจัดออกไป และเมื่อถูกต้ม เกลือบางส่วนที่ละลายอยู่ในนั้นก็จะตกตะกอน

ในตอนนี้มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้ - การสร้างเอฟเฟกต์นี้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ทำการทดลอง แม่นยำเพราะมันไม่ได้ทำซ้ำเสมอไป

เอฟเฟ็กต์เอ็มเพมบา(ความขัดแย้งของ Mpemba) - ความขัดแย้งที่ระบุว่าน้ำร้อนภายใต้เงื่อนไขบางประการจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น แม้ว่าจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็นในกระบวนการแช่แข็งก็ตาม ความขัดแย้งนี้เป็นข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ขัดแย้งกับแนวคิดปกติ โดยที่ภายใต้สภาวะเดียวกัน วัตถุที่ได้รับความร้อนมากกว่าจะใช้เวลาในการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดมากกว่าวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าเพื่อทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

การระเหย

ความแตกต่างของอุณหภูมิ

อุณหภูมิต่ำ

การพาความร้อน

ก๊าซที่ละลายในน้ำ

การนำความร้อน

โอ.วี. โมซิน

วรรณกรรมแหล่งที่มา:

"น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น เหตุใดจึงทำเช่นนั้น?" เจียร์ล วอล์คเกอร์ ใน The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237 เลขที่ 3, หน้า 246-257; กันยายน พ.ศ. 2520

"การแช่แข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", G.ส. เคลล์ใน American Journal of Physics, Vol. 37, เลขที่. 5, หน้า 564-565; พฤษภาคม 1969.

"Supercooling และเอฟเฟกต์ Mpemba", David Auerbach ใน American Journal of Physics, Vol. 63, เลขที่. 10, หน้า 882-885; ต.ค. 1995

"ผลกระทบของ Mpemba: เวลาเยือกแข็งของน้ำร้อนและน้ำเย็น", Charles A. Knight, ใน American Journal of Physics, Vol. 64, เลขที่. 5, หน้า 524; พฤษภาคม 1996

นี่เป็นเรื่องจริง แม้ว่าจะฟังดูเหลือเชื่อก็ตาม เพราะในระหว่างกระบวนการแช่แข็ง น้ำที่อุ่นจะต้องผ่านอุณหภูมิของน้ำเย็น ในขณะเดียวกัน เอฟเฟกต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น ลานสเก็ตและสไลเดอร์จะเต็มไปด้วยน้ำร้อนมากกว่าน้ำเย็นในฤดูหนาว ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ผู้ขับขี่รถยนต์เทน้ำเย็นไม่ร้อนลงในอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้าในฤดูหนาว ความขัดแย้งนี้เป็นที่รู้จักในโลกในชื่อ "ผลกระทบ Mpemba"

ปรากฏการณ์นี้ถูกกล่าวถึงในครั้งเดียวโดยอริสโตเติล, ฟรานซิส เบคอน และเรอเน เดการ์ต แต่ในปี 1963 เท่านั้นที่อาจารย์ฟิสิกส์ให้ความสนใจและพยายามศึกษามัน ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้นเมื่อ Erasto Mpemba เด็กนักเรียนชาวแทนซาเนียสังเกตเห็นว่านมรสหวานที่เขาใช้ทำไอศกรีมจะแข็งตัวเร็วขึ้นหากอุ่นไว้ และตั้งสมมติฐานว่าน้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น เขาหันไปหาครูฟิสิกส์เพื่อชี้แจง แต่เขาเพียงแต่หัวเราะเยาะนักเรียนคนนั้น โดยพูดว่า: "นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์สากล แต่เป็นฟิสิกส์ Mpemba"

โชคดีที่วันหนึ่ง เดนนิส ออสบอร์น ศาสตราจารย์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยดาร์เอสซาลามมาเยี่ยมโรงเรียนแห่งนี้ และ Mpemba ก็หันมาหาเขาด้วยคำถามเดียวกัน ศาสตราจารย์ไม่ค่อยขี้ระแวง โดยบอกว่าเขาไม่สามารถตัดสินสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนได้ และเมื่อกลับถึงบ้าน เขาก็ขอให้เจ้าหน้าที่ทำการทดลองที่เหมาะสม ดูเหมือนพวกเขาจะยืนยันคำพูดของเด็กชาย ไม่ว่าในกรณีใดในปี 1969 ออสบอร์นพูดถึงการทำงานร่วมกับ Mpemba ในนิตยสารภาษาอังกฤษ ฟิสิกส์การศึกษา" ในปีเดียวกันนั้นเอง George Kell แห่งสภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดาได้ตีพิมพ์บทความที่บรรยายปรากฏการณ์นี้เป็นภาษาอังกฤษ อเมริกันวารสารของฟิสิกส์».

มีคำอธิบายที่เป็นไปได้หลายประการสำหรับความขัดแย้งนี้:

น้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น จึงทำให้ปริมาตรลดลง และปริมาณน้ำน้อยลงที่อุณหภูมิเดียวกันก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น น้ำเย็นควรแข็งเร็วขึ้นในภาชนะสุญญากาศ
ความพร้อมของซับหิมะ ภาชนะที่มีน้ำร้อนละลายหิมะที่อยู่ด้านล่าง จึงช่วยเพิ่มการสัมผัสความร้อนกับพื้นผิวทำความเย็น น้ำเย็นไม่ละลายหิมะที่อยู่เบื้องล่าง หากไม่มีแผ่นบุหิมะ ถังน้ำเย็นควรจะแข็งเร็วขึ้น
น้ำเย็นเริ่มแข็งตัวจากด้านบน ส่งผลให้กระบวนการแผ่รังสีความร้อนและการพาความร้อนแย่ลง ส่งผลให้สูญเสียความร้อน ในขณะที่น้ำร้อนเริ่มแข็งตัวจากด้านล่าง หากมีการผสมน้ำเชิงกลเพิ่มเติมในภาชนะ น้ำเย็นควรจะแข็งตัวเร็วขึ้น
การมีอยู่ของการตกผลึกเป็นศูนย์กลางในน้ำเย็น - สารที่ละลายอยู่ในนั้น เนื่องจากมีจุดศูนย์กลางดังกล่าวในน้ำเย็นจำนวนไม่มาก การเปลี่ยนน้ำให้เป็นน้ำแข็งจึงเป็นเรื่องยาก และแม้แต่การทำความเย็นแบบซูเปอร์คูลก็เป็นไปได้ เมื่อน้ำยังคงอยู่ในสถานะของเหลว โดยมีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์

คำอธิบายอื่นถูกเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ ดร. โจนาธาน แคทซ์ จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ศึกษาปรากฏการณ์นี้และสรุปว่าสารที่ละลายในน้ำซึ่งตกตะกอนเมื่อถูกความร้อน มีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์นี้
เมื่อใช้ตัวละลาย ดร. แคทซ์หมายถึงแคลเซียมและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนตที่พบในน้ำกระด้าง เมื่อน้ำร้อน สารเหล่านี้จะตกตะกอนและน้ำจะ “อ่อนตัว” น้ำที่ไม่เคยได้รับความร้อนจะมีสิ่งเจือปนเหล่านี้และ "แข็ง" เมื่อมันกลายเป็นน้ำแข็งและเกิดผลึกน้ำแข็ง ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในน้ำจะเพิ่มขึ้น 50 เท่า ด้วยเหตุนี้จุดเยือกแข็งของน้ำจึงลดลง

คำอธิบายนี้ดูไม่น่าเชื่อถือสำหรับฉันเพราะ... เราต้องไม่ลืมว่าผลนี้ถูกค้นพบในการทดลองกับไอศกรีม ไม่ใช่กับน้ำกระด้าง เป็นไปได้มากว่าสาเหตุของปรากฏการณ์นี้เกิดจากอุณหฟิสิกส์ ไม่ใช่ทางเคมี

จนถึงขณะนี้ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับความขัดแย้งของ Mpemba ต้องบอกว่านักวิทยาศาสตร์บางคนไม่ถือว่าความขัดแย้งนี้สมควรได้รับความสนใจ อย่างไรก็ตามเป็นเรื่องที่น่าสนใจมากที่เด็กนักเรียนธรรมดา ๆ ได้รับการยอมรับถึงผลกระทบทางกายภาพและได้รับความนิยมเนื่องจากความอยากรู้อยากเห็นและความอุตสาหะของเขา

เพิ่มเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2014

บันทึกนี้เขียนขึ้นในปี 2554 ตั้งแต่นั้นมาก็มีการศึกษาใหม่เกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba และความพยายามใหม่ในการอธิบายปรากฏการณ์นี้ ในปี 2012 Royal Society of Chemistry of Great Britain ได้ประกาศการแข่งขันระดับนานาชาติเพื่อไขปริศนาทางวิทยาศาสตร์ "Mpemba Effect" ด้วยเงินรางวัล 1,000 ปอนด์ กำหนดเส้นตายคือวันที่ 30 กรกฎาคม 2012 ผู้ชนะคือ Nikola Bregovic จากห้องทดลองของมหาวิทยาลัยซาเกร็บ เขาตีพิมพ์ผลงานของเขาซึ่งเขาวิเคราะห์ความพยายามก่อนหน้านี้ในการอธิบายปรากฏการณ์นี้และได้ข้อสรุปว่าพวกเขาไม่น่าเชื่อถือ แบบจำลองที่เขาเสนอนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพื้นฐานของน้ำ ผู้สนใจสามารถหางานได้ที่ http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

การวิจัยไม่ได้สิ้นสุดเพียงแค่นั้น ในปี 2013 นักฟิสิกส์จากสิงคโปร์ได้พิสูจน์สาเหตุของปรากฏการณ์เมเปมบาตามทฤษฎีแล้ว สามารถดูผลงานได้ที่ http://arxiv.org/abs/1310.6514

บทความที่เกี่ยวข้องบนเว็บไซต์:

บทความอื่น ๆ ในส่วนนี้

ความคิดเห็น:

อเล็กเซย์ มิชเนฟ. 06.10.2012 04:14

ทำไมน้ำร้อนจึงระเหยเร็วขึ้น? นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วในทางปฏิบัติว่าน้ำร้อนหนึ่งแก้วจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ด้วยเหตุผลที่พวกเขาไม่เข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์: ความร้อนและความเย็น! ความร้อนและความเย็นเป็นความรู้สึกทางกายภาพที่ทำให้เกิดอันตรกิริยาของอนุภาคของสสาร ในรูปแบบของการบีบอัดตอบโต้ของคลื่นแม่เหล็กที่เคลื่อนที่จากอวกาศและจากศูนย์กลางของโลก ดังนั้น ยิ่งแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กมีความต่างศักย์มากเท่าใด การแลกเปลี่ยนพลังงานจะเกิดขึ้นเร็วขึ้นโดยวิธีการเจาะทะลุของคลื่นหนึ่งไปยังอีกคลื่นหนึ่ง นั่นก็คือโดยวิธีการแพร่กระจาย! ในการตอบบทความของฉัน ฝ่ายตรงข้ามคนหนึ่งเขียนว่า: 1) “..น้ำร้อนระเหยเร็วขึ้น ส่งผลให้น้อยลง จึงแข็งตัวเร็วขึ้น” คำถาม! พลังงานอะไรทำให้น้ำระเหยเร็วขึ้น? 2) บทความของฉันเกี่ยวกับแก้วและไม่เกี่ยวกับรางไม้ซึ่งฝ่ายตรงข้ามอ้างว่าเป็นการโต้แย้ง ซึ่งมันไม่ถูกต้อง! ฉันตอบคำถาม: “ทำไมน้ำถึงระเหยในธรรมชาติ?” คลื่นแม่เหล็กซึ่งเคลื่อนที่จากจุดศูนย์กลางของโลกสู่อวกาศเสมอ เอาชนะแรงต้านของคลื่นแม่เหล็กอัด (ซึ่งเคลื่อนที่จากอวกาศไปยังศูนย์กลางโลกเสมอ) ในเวลาเดียวกันก็พ่นอนุภาคน้ำตั้งแต่เคลื่อนที่เข้าสู่อวกาศ พวกมันมีปริมาณเพิ่มขึ้น นั่นคือพวกเขากำลังขยายตัว! หากเอาชนะคลื่นแม่เหล็กอัดได้ ไอน้ำเหล่านี้จะถูกบีบอัด (ควบแน่น) และภายใต้อิทธิพลของแรงอัดแม่เหล็ก น้ำจะกลับสู่พื้นโลกในรูปของการตกตะกอน! ขอแสดงความนับถือ! อเล็กเซย์ มิชเนฟ. 6 ตุลาคม 2555

อเล็กเซย์ มิชเนฟ. 06.10.2012 04:19 น

อุณหภูมิคืออะไร? อุณหภูมิคือระดับความตึงแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กที่มีพลังงานการบีบอัดและการขยายตัว ในกรณีที่พลังงานเหล่านี้มีสภาวะสมดุล อุณหภูมิของร่างกายหรือสารจะอยู่ในสภาวะคงที่ เมื่อสภาวะสมดุลของพลังงานเหล่านี้ถูกรบกวน ไปสู่พลังงานแห่งการขยายตัว ร่างกายหรือสสารจะมีปริมาตรของอวกาศเพิ่มขึ้น หากพลังงานของคลื่นแม่เหล็กเกินทิศทางการบีบอัด ร่างกายหรือสสารจะมีปริมาตรของอวกาศลดลง ระดับแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยระดับของการขยายตัวหรือการบีบอัดของตัวอ้างอิง อเล็กเซย์ มิชเนฟ.

มอยเซวา นาตาเลีย 23.10.2012 11:36 | วนิม

Alexey คุณกำลังพูดถึงบทความบางบทความที่ระบุความคิดของคุณเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องอุณหภูมิ แต่ไม่มีใครอ่านเลย กรุณาให้ลิงค์แก่ฉัน โดยทั่วไปแล้ว มุมมองของคุณเกี่ยวกับฟิสิกส์มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวมาก ฉันไม่เคยได้ยินเรื่อง "การขยายตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้าของตัววัตถุอ้างอิง" มาก่อน

ยูริ คุซเนตซอฟ 04.12.2012 12:32 น

มีการเสนอสมมติฐานว่านี่เกิดจากการสั่นพ้องระหว่างโมเลกุลและแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่มันสร้างขึ้น ในน้ำเย็น โมเลกุลจะเคลื่อนที่และสั่นสะเทือนอย่างวุ่นวายที่ความถี่ต่างกัน เมื่อน้ำร้อนด้วยความถี่ของการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นช่วงของมันจะแคบลง (ความแตกต่างของความถี่จากน้ำร้อนของเหลวจนถึงจุดที่กลายเป็นไอลดลง) ความถี่การสั่นสะเทือนของโมเลกุลจะเข้าใกล้กันซึ่งเป็นผลมาจากการสั่นพ้อง เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล ในระหว่างการทำความเย็น เสียงสะท้อนนี้จะถูกรักษาไว้บางส่วนและไม่หายไปทันที ลองกดสายกีตาร์สายใดสายหนึ่งจากสองสายที่มีเสียงสะท้อน ปล่อยมือไป - เชือกจะเริ่มสั่นอีกครั้ง เสียงสะท้อนจะฟื้นฟูการสั่นสะเทือนของมัน ในทำนองเดียวกัน ในน้ำแช่แข็ง โมเลกุลที่ระบายความร้อนภายนอกจะพยายามสูญเสียแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นสะเทือน แต่โมเลกุล "อุ่น" ภายในถังจะ "ดึง" การสั่นสะเทือนกลับไป โดยทำหน้าที่เป็นเครื่องสั่น และโมเลกุลภายนอกเป็นตัวสะท้อนเสียง แรงดึงดูดแบบพอนเดอโรโมทีฟ* เกิดขึ้นระหว่างเครื่องสั่นและเครื่องสะท้อนเสียง เมื่อแรงสะท้อนกลับมีมากกว่าแรงที่เกิดจากพลังงานจลน์ของโมเลกุล (ซึ่งไม่เพียงแต่สั่นเท่านั้น แต่ยังเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วย) การตกผลึกแบบเร่งจะเกิดขึ้น - "เอฟเฟกต์ Mpemba" การเชื่อมต่อแบบ Ponderomotive ไม่เสถียรมาก ผลกระทบของ Mpemba ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่เกี่ยวข้องทั้งหมด: ปริมาตรของน้ำที่จะแช่แข็ง ธรรมชาติของการทำความร้อน สภาวะการแช่แข็ง อุณหภูมิ การพาความร้อน สภาวะการแลกเปลี่ยนความร้อน ความอิ่มตัวของก๊าซ การสั่นสะเทือนของหน่วยทำความเย็น , การระบายอากาศ, สิ่งเจือปน, การระเหย ฯลฯ อาจเกิดขึ้นได้จากแสง... ดังนั้นเอฟเฟกต์นี้จึงมีคำอธิบายมากมายและบางครั้งก็ยากที่จะทำซ้ำ ด้วยเหตุผล "เสียงสะท้อน" เดียวกัน น้ำต้มจะเดือดเร็วกว่าน้ำที่ไม่ได้ต้ม - เสียงสะท้อนจะรักษาความเข้มของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของน้ำไว้ระยะหนึ่งหลังจากการต้ม (การสูญเสียพลังงานระหว่างการทำความเย็นส่วนใหญ่เกิดจากการสูญเสียพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงเส้น ของโมเลกุล) ในระหว่างการให้ความร้อนอย่างเข้มข้น โมเลกุลของเครื่องสั่นจะเปลี่ยนบทบาทกับโมเลกุลของตัวสะท้อนกลับเมื่อเปรียบเทียบกับการแช่แข็ง - ความถี่ของเครื่องสั่นจะน้อยกว่าความถี่ของเครื่องสะท้อนเสียง ซึ่งหมายความว่าไม่ใช่แรงดึงดูด แต่แรงผลักเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล ซึ่งเร่งการเปลี่ยนไปสู่สถานะอื่น ของการรวมตัว (คู่)

วลาด 12/11/2555 03:42

สมองฉันแตก...

แอนตัน 02/04/2556 02:02 น

1. แรงดึงดูดจากไตร่ตรองนี้ยิ่งใหญ่มากจนส่งผลต่อกระบวนการถ่ายเทความร้อนหรือไม่? 2. นี่หมายความว่าเมื่อวัตถุทั้งหมดได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง อนุภาคโครงสร้างของวัตถุจะเกิดการสั่นพ้องใช่หรือไม่ 3. เหตุใดเสียงสะท้อนนี้จึงหายไปเมื่อถูกทำให้เย็นลง? 4. นี่คือการเดาของคุณใช่ไหม? ถ้ามีแหล่งกรุณาระบุด้วย 5. ตามทฤษฎีนี้ รูปร่างของภาชนะจะมีบทบาทสำคัญ และถ้ามันบางและแบน ความแตกต่างของเวลาในการแช่แข็งก็จะไม่มาก เช่น คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้

กุดรัต 11/03/2556 10:12 | เมแทค

ในน้ำเย็นมีอะตอมของไนโตรเจนอยู่แล้ว และระยะห่างระหว่างโมเลกุลของน้ำก็ใกล้กว่าในน้ำร้อน นั่นคือข้อสรุป: น้ำร้อนดูดซับอะตอมไนโตรเจนได้เร็วกว่าและในขณะเดียวกันก็แข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็นซึ่งเทียบได้กับการแข็งตัวของเหล็กเนื่องจากน้ำร้อนกลายเป็นน้ำแข็งและเหล็กร้อนจะแข็งตัวด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว!

วลาดิมีร์ 13/03/2556 06:50 น

หรืออาจเป็นเช่นนี้: ความหนาแน่นของน้ำร้อนและน้ำแข็งน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำเย็น ดังนั้นน้ำจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนความหนาแน่น ทำให้เสียเวลาและกลายเป็นน้ำแข็ง

Alexey Mishnev 21/03/2013 11:50 น

ก่อนที่จะพูดถึงเสียงสะท้อน การดึงดูด และการสั่นของอนุภาค เราต้องเข้าใจและตอบคำถาม: แรงอะไรที่ทำให้อนุภาคสั่นสะเทือน เนื่องจากหากไม่มีพลังงานจลน์ก็ไม่สามารถบีบอัดได้ หากไม่มีการบีบอัด ก็ไม่สามารถขยายได้ หากไม่มีการขยายตัว ก็จะไม่มีพลังงานจลน์! เมื่อคุณเริ่มพูดถึงเสียงสะท้อนของสาย คุณต้องพยายามเพื่อให้สายเส้นใดเส้นหนึ่งสั่นสะเทือน! เมื่อพูดถึงแรงดึงดูด ก่อนอื่นต้องระบุแรงดึงดูดที่ทำให้ร่างกายเหล่านี้ดึงดูด! ฉันอ้างว่าวัตถุทั้งหมดถูกบีบอัดด้วยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของบรรยากาศ และบีบอัดวัตถุ สาร และอนุภาคมูลฐานทั้งหมดด้วยแรง 1.33 กิโลกรัม ไม่ใช่ต่อ cm2 แต่ต่ออนุภาคมูลฐาน เนื่องจากความดันบรรยากาศไม่สามารถเลือกได้!อย่าสับสนกับปริมาณแรง!

โดดิก 31/05/2556 02:59 น

สำหรับฉันดูเหมือนว่าคุณจะลืมความจริงข้อหนึ่ง - "วิทยาศาสตร์เริ่มต้นที่การวัดเริ่มต้น" อุณหภูมิของน้ำ "ร้อน" คืออะไร? อุณหภูมิของน้ำ "เย็น" คืออะไร? บทความไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้ จากนี้เราสามารถสรุปได้ - บทความทั้งหมดเป็นเรื่องไร้สาระ!

กริกอรี 06/04/2556 12:17 น

Dodik ก่อนที่จะเรียกบทความไร้สาระคุณต้องคิดถึงการเรียนรู้อย่างน้อยก็นิดหน่อย และไม่ใช่แค่การวัดเท่านั้น

มิทรี 24/12/2556 10:57

โมเลกุลของน้ำร้อนเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าในน้ำเย็นด้วยเหตุนี้จึงมีการสัมผัสใกล้ชิดกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ดูเหมือนว่าพวกมันจะดูดซับความเย็นทั้งหมดและช้าลงอย่างรวดเร็ว

อีวาน 10/01/2557 05:53

น่าแปลกใจที่บทความที่ไม่เปิดเผยตัวตนดังกล่าวปรากฏบนเว็บไซต์นี้ บทความนี้ไม่มีหลักวิทยาศาสตร์เลย ทั้งผู้เขียนและผู้วิจารณ์ต่างแข่งขันกันเพื่อค้นหาคำอธิบายของปรากฏการณ์นี้ โดยไม่ต้องกังวลว่าปรากฏการณ์ดังกล่าวจะเกิดขึ้นเลยหรือไม่ และหากสังเกตพบภายใต้เงื่อนไขใด ยิ่งไปกว่านั้น ยังไม่มีข้อตกลงเกี่ยวกับสิ่งที่เราสังเกตอยู่จริง ๆ เลยด้วยซ้ำ! ดังนั้นผู้เขียนจึงยืนกรานถึงความจำเป็นที่จะต้องอธิบายผลของการแช่แข็งไอศกรีมร้อนอย่างรวดเร็วแม้ว่าจากข้อความทั้งหมด (และคำว่า "ค้นพบผลในการทดลองกับไอศกรีม") ก็ตามมาด้วยตัวเขาเองไม่ได้ดำเนินการเช่นนั้น การทดลอง จากตัวเลือกสำหรับ "คำอธิบาย" ของปรากฏการณ์ที่ระบุไว้ในบทความ เห็นได้ชัดว่ามีการอธิบายการทดลองที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งดำเนินการภายใต้สภาวะที่ต่างกันด้วยสารละลายในน้ำที่แตกต่างกัน ทั้งสาระสำคัญของคำอธิบายและอารมณ์เสริมในตัวพวกเขาแนะนำว่าแม้แต่การตรวจสอบความคิดขั้นพื้นฐานที่แสดงออกก็ไม่ได้รับการดำเนินการ มีคนได้ยินเรื่องตลกโดยบังเอิญและแสดงข้อสรุปเชิงคาดเดาโดยไม่ตั้งใจ ขออภัย นี่ไม่ใช่การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เชิงกายภาพ แต่เป็นการสนทนาในห้องสูบบุหรี่

อีวาน 10/01/2014 06:10

เกี่ยวกับความคิดเห็นในบทความเกี่ยวกับการเติมลูกกลิ้งด้วยน้ำร้อนและอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้ากระจกหน้ารถด้วยน้ำเย็น ทุกอย่างเป็นเรื่องง่ายที่นี่จากมุมมองของฟิสิกส์ระดับประถมศึกษา ลานสเก็ตเต็มไปด้วยน้ำร้อนอย่างแม่นยำเพราะมันจะแข็งตัวช้ากว่า ลานสเก็ตต้องเรียบและเรียบ ลองเติมน้ำเย็นลงไป - คุณจะเจออาการบวมและ “บวม” เพราะ... น้ำจะแข็งตัว _อย่างรวดเร็ว_ โดยไม่มีเวลากระจายออกเป็นชั้นเท่าๆ กัน และอันที่ร้อนจะมีเวลาในการกระจายเป็นชั้นเท่า ๆ กันและจะละลายน้ำแข็งและก้อนหิมะที่มีอยู่ เครื่องซักผ้าก็ไม่ยากเช่นกัน: ไม่มีประโยชน์ที่จะเทน้ำสะอาดในสภาพอากาศหนาวเย็น - มันค้างบนกระจก (แม้จะร้อน); และของเหลวที่ไม่ร้อนจัดสามารถนำไปสู่การแตกร้าวของกระจกเย็นได้แถมแก้วจะมีจุดเยือกแข็งเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระเหยของแอลกอฮอล์แบบเร่งระหว่างทางไปที่กระจก (ทุกคนคุ้นเคยกับหลักการทำงานของแสงจันทร์หรือยัง ? - แอลกอฮอล์ระเหยแต่น้ำยังคงอยู่)

อีวาน 10/01/2557 06:34

แต่ในแก่นแท้ของปรากฏการณ์นี้ มันเป็นเรื่องโง่ที่จะถามว่าทำไมการทดลองสองครั้งที่ต่างกันภายใต้เงื่อนไขที่ต่างกันจึงมีการดำเนินการต่างกัน หากทำการทดลองเพียงอย่างเดียวคุณต้องใช้น้ำร้อนและน้ำเย็นที่มีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน - เราใช้น้ำเดือดที่ระบายความร้อนไว้ล่วงหน้าจากกาต้มน้ำเดียวกัน เทลงในภาชนะที่เหมือนกัน (เช่น แก้วที่มีผนังบาง) เราไม่ได้วางไว้บนหิมะ แต่วางบนฐานที่แห้งและเรียบเท่ากัน เช่น โต๊ะไม้ และไม่ได้อยู่ในตู้แช่แข็งขนาดเล็ก แต่อยู่ในเทอร์โมสตัทที่ค่อนข้างใหญ่ - ฉันทำการทดลองเมื่อสองสามปีที่แล้วที่เดชาเมื่อสภาพอากาศภายนอกคงที่และหนาวจัดประมาณ -25C น้ำจะตกผลึกที่อุณหภูมิหนึ่งหลังจากปล่อยความร้อนของการตกผลึกออกมา สมมติฐานมีพื้นฐานมาจากข้อความที่ว่าน้ำร้อนเย็นเร็วขึ้น (ซึ่งเป็นเรื่องจริง ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิก อัตราการถ่ายเทความร้อนเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ) แต่ยังคงรักษาอัตราการทำความเย็นที่เพิ่มขึ้นแม้ว่าอุณหภูมิจะเท่ากับ อุณหภูมิของน้ำเย็น คำถามคือ น้ำที่ทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิ +20C ภายนอกแตกต่างจากน้ำเดียวกันกับที่ทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิ +20C เมื่อหนึ่งชั่วโมงก่อน แต่อยู่ในห้องได้อย่างไร ฟิสิกส์คลาสสิก (โดยวิธีการไม่ได้ขึ้นอยู่กับการพูดคุยในห้องสูบบุหรี่ แต่เป็นจากการทดลองนับแสนล้านครั้ง) พูดว่า: ไม่มีอะไรการเปลี่ยนแปลงของการทำความเย็นต่อไปจะเหมือนเดิม (เฉพาะน้ำเดือดเท่านั้นที่จะไปถึงจุด +20 ภายหลัง). และการทดลองแสดงให้เห็นสิ่งเดียวกัน: เมื่อน้ำเย็นเริ่มแรกหนึ่งแก้วมีเปลือกน้ำแข็งแข็งอยู่แล้ว น้ำร้อนไม่ได้คิดถึงการแช่แข็งด้วยซ้ำ ป.ล. ถึงความคิดเห็นของ Yuri Kuznetsov การมีอยู่ของผลกระทบบางอย่างสามารถพิจารณาได้เมื่อมีการอธิบายเงื่อนไขของการเกิดขึ้นและทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอ และเมื่อเรามีการทดลองที่ไม่ทราบเงื่อนไขที่ไม่ทราบ ยังเร็วเกินไปที่จะสร้างทฤษฎีเพื่ออธิบายสิ่งเหล่านั้น และสิ่งนี้ไม่ได้ให้อะไรจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ พี.พี.เอส. เป็นไปไม่ได้ที่จะอ่านความคิดเห็นของ Alexei Mishnev โดยไม่มีน้ำตาแห่งความอ่อนโยน - บุคคลนั้นอาศัยอยู่ในโลกสมมุติบางประเภทที่ไม่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์และการทดลองจริง

เกรกอรี 13/01/2557 10:58

อีวาน ฉันเข้าใจว่าคุณกำลังหักล้างเอฟเฟกต์ Mpemba? มันไม่มีจริงอย่างที่การทดลองของคุณแสดงเหรอ? เหตุใดจึงมีชื่อเสียงในด้านฟิสิกส์ และเหตุใดหลายคนจึงพยายามอธิบายเรื่องนี้

อีวาน 14/02/2557 01:51

สวัสดีตอนบ่ายเกรกอรี! ผลกระทบของการทดลองที่ไม่บริสุทธิ์มีอยู่ แต่อย่างที่คุณเข้าใจนี่ไม่ใช่เหตุผลที่ต้องมองหากฎใหม่ในฟิสิกส์ แต่เป็นเหตุผลในการพัฒนาทักษะของผู้ทดลอง ดังที่ฉันได้กล่าวไว้ในความคิดเห็นแล้ว ในความพยายามทั้งหมดที่กล่าวมาเพื่ออธิบาย "เอฟเฟกต์ Mpemba" นักวิจัยไม่สามารถระบุได้ชัดเจนว่าอะไรกันแน่และภายใต้เงื่อนไขใดที่พวกเขาวัด และคุณอยากจะบอกว่าคนเหล่านี้เป็นนักฟิสิกส์ทดลองใช่ไหม? อย่าทำให้ฉันหัวเราะ. เอฟเฟกต์นี้ไม่เป็นที่รู้จักในวิชาฟิสิกส์ แต่เป็นการสนทนาเชิงวิทยาศาสตร์หลอกในฟอรัมและบล็อกต่าง ๆ ซึ่งตอนนี้มีทะเลแล้ว มันถูกมองว่าเป็นผลทางกายภาพที่แท้จริง (ในแง่ที่เป็นผลจากกฎทางกายภาพใหม่บางอย่าง และไม่ใช่ผลจากการตีความที่ไม่ถูกต้องหรือเพียงตำนาน) โดยคนที่ห่างไกลจากฟิสิกส์ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะพูดถึงผลลัพธ์ของการทดลองต่างๆ ที่ดำเนินการภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงว่าเป็นผลกระทบทางกายภาพเพียงอย่างเดียว

พาเวล 18/02/2557 09:59 น

อืมเพื่อนๆ... บทความ "Speed Info"... ไม่มีความผิด... ;) อีวานพูดถูกทุกเรื่อง...

กริกอรี 19/02/2557 12:50 น

อีวาน, ฉันยอมรับว่าขณะนี้มีไซต์หลอกวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่เผยแพร่เนื้อหาที่น่าตื่นเต้นที่ไม่ได้รับการยืนยัน? ท้ายที่สุดแล้ว ผลกระทบของ Mpemba ยังอยู่ระหว่างการศึกษา นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยกำลังทำการวิจัย ตัวอย่างเช่น ในปี 2013 กลุ่มหนึ่งจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีในสิงคโปร์ได้ศึกษาผลกระทบนี้ ดูที่ลิงค์ http://arxiv.org/abs/1310.6514 พวกเขาเชื่อว่าพวกเขาได้พบคำอธิบายสำหรับผลกระทบนี้แล้ว ฉันจะไม่เขียนรายละเอียดเกี่ยวกับแก่นแท้ของการค้นพบนี้ แต่ในความเห็นของพวกเขา ผลกระทบนั้นเกี่ยวข้องกับความแตกต่างของพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะไฮโดรเจน

มอยเซวา เอ็น.พี. 02/19/2557 03:04

สำหรับทุกคนที่สนใจค้นคว้าเกี่ยวกับเอฟเฟกต์ Mpemba ฉันได้เสริมเนื้อหาในบทความเล็กน้อยและให้ลิงก์ที่คุณสามารถทำความคุ้นเคยกับผลลัพธ์ล่าสุด (ดูข้อความ) ขอบคุณสำหรับความคิดเห็นของคุณ

อิลดาร์ 24/02/2557 04:12 | ไม่มีประโยชน์ที่จะแสดงรายการทุกอย่าง

หากปรากฏการณ์ Mpemba นี้เกิดขึ้นจริง ฉันคิดว่าจะต้องค้นหาคำอธิบายในโครงสร้างโมเลกุลของน้ำ น้ำ (ตามที่ฉันเรียนรู้จากวรรณกรรมวิทยาศาสตร์ยอดนิยม) ไม่ได้ดำรงอยู่เป็นโมเลกุล H2O แต่ละโมเลกุล แต่เป็นกลุ่มของหลายโมเลกุล (หลายสิบโมเลกุล) เมื่ออุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น กระจุกจะแตกตัวกัน และพันธะเวเลนซ์ของโมเลกุลไม่มีเวลาที่จะประกอบกระจุกขนาดใหญ่ การก่อตัวของกระจุกดาวจะใช้เวลานานกว่าความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่ลดลงเล็กน้อย และเนื่องจากกระจุกมีขนาดเล็กกว่า การก่อตัวของโครงผลึกจึงเกิดขึ้นเร็วขึ้น เห็นได้ชัดว่ากระจุกขนาดใหญ่และค่อนข้างเสถียรในน้ำเย็นป้องกันการก่อตัวของโครงตาข่ายและต้องใช้เวลาพอสมควรในการทำลายพวกมัน ฉันเองเห็นผลที่น่าสงสัยในทีวีเมื่อน้ำเย็นที่ยืนอยู่อย่างสงบในขวดยังคงเป็นของเหลวเป็นเวลาหลายชั่วโมงในความเย็น แต่ทันทีที่หยิบขวดขึ้นมา นั่นคือขยับออกจากที่เล็กน้อย น้ำในขวดก็ตกผลึกทันทีกลายเป็นทึบแสง และขวดก็แตก นักบวชที่แสดงให้เห็นผลกระทบนี้อธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำได้รับพร อย่างไรก็ตามปรากฎว่าน้ำเปลี่ยนความหนืดอย่างมากขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สิ่งนี้เป็นสิ่งที่มองไม่เห็นสำหรับเราในฐานะสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ แต่ในระดับของสัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็งที่มีขนาดเล็ก (มม. หรือเล็กกว่า) และยิ่งกว่านั้นแบคทีเรีย ความหนืดของน้ำเป็นปัจจัยที่สำคัญมาก ฉันคิดว่าความหนืดนี้จะถูกกำหนดโดยขนาดของกระจุกน้ำด้วย

สีเทา 15/03/2557 05:30 น

ทุกสิ่งรอบตัวเราที่เราเห็นเป็นเพียงลักษณะผิวเผิน (คุณสมบัติ) เราจึงยอมรับเป็นพลังงานเฉพาะสิ่งที่เราสามารถวัดหรือพิสูจน์ได้ว่ามีอยู่ในทางใดทางหนึ่งเท่านั้น ไม่เช่นนั้นจะเป็นทางตัน ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งก็คือเอฟเฟกต์ Mpemba สามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีปริมาตรอย่างง่ายเท่านั้น ที่จะรวมแบบจำลองทางกายภาพทั้งหมดให้เป็นโครงสร้างอันตรกิริยาเดียว จริงๆ แล้วมันเป็นเรื่องง่ายมาก

นิกิต้า 06/06/2014 04:27 | รถ

แต่คุณจะมั่นใจได้อย่างไรว่าน้ำจะเย็นมากกว่าอุ่นเมื่อคุณขับรถ?

อเล็กซ์ 03.10.2014 01:09

นี่คือ "การค้นพบ" อีกประการหนึ่งระหว่างทาง น้ำในขวดพลาสติกจะแข็งตัวเร็วขึ้นมากเมื่อเปิดฝา เพื่อความสนุกสนาน ฉันทำการทดลองหลายครั้งท่ามกลางน้ำค้างแข็งรุนแรง เห็นผลชัดเจน สวัสดีนักทฤษฎี!

เยฟเจนีย์ 27/12/2557 08:40 น

หลักการของเครื่องทำความเย็นแบบระเหย เราใช้ขวดปิดผนึกอย่างแน่นหนาสองขวดด้วยน้ำเย็นและน้ำร้อน เราใส่ไว้ในที่เย็น น้ำเย็นจะแข็งตัวเร็วขึ้น ตอนนี้เราใช้ขวดเดียวกันกับน้ำเย็นและน้ำร้อนเปิดแล้วนำไปแช่ในที่เย็น น้ำร้อนจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น ถ้าเราเอาน้ำเย็นและน้ำร้อนสองกะละมัง น้ำร้อนก็จะแข็งตัวเร็วขึ้นมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเรากำลังสัมผัสกับบรรยากาศมากขึ้น ยิ่งการระเหยเข้มข้น อุณหภูมิจะลดลงเร็วยิ่งขึ้น ที่นี่เราต้องพูดถึงปัจจัยความชื้น ยิ่งความชื้นต่ำ การระเหยก็จะยิ่งดีขึ้นและการทำความเย็นก็จะยิ่งดีขึ้น

ทอมสค์สีเทา 03/01/2558 10:55

GREY, 15/03/2014 05:30 - ต่อ สิ่งที่คุณรู้เกี่ยวกับอุณหภูมิไม่ใช่ทุกอย่าง มีอย่างอื่นอยู่ที่นั่น หากคุณสร้างแบบจำลองทางกายภาพของอุณหภูมิอย่างถูกต้อง แบบจำลองนั้นจะกลายเป็นกุญแจสำคัญในการอธิบายกระบวนการพลังงานตั้งแต่การแพร่กระจาย การหลอม และการตกผลึก จนถึงระดับต่างๆ เช่น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความดันเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แม้แต่แบบจำลองทางกายภาพของพลังงานของดวงอาทิตย์ก็ยังชัดเจนจากที่กล่าวมาข้างต้น ฉันอยู่ในฤดูหนาว . ในต้นฤดูใบไม้ผลิปี 2556 ฉันได้รวบรวมแบบจำลองอุณหภูมิทั่วไปเมื่อดูแบบจำลองอุณหภูมิ สองสามเดือนต่อมา ฉันจำความขัดแย้งเรื่องอุณหภูมิได้ แล้วฉันก็รู้ว่า... แบบจำลองอุณหภูมิของฉันก็อธิบายถึงความขัดแย้งเรื่อง Mpemba เช่นกัน คือช่วงเดือนพฤษภาคม-มิถุนายน 2556 ฉันมาช้าไปหนึ่งปี แต่ขอให้ดีที่สุด แบบจำลองทางกายภาพของฉันเป็นเฟรมหยุดนิ่งและสามารถย้อนกลับได้ทั้งไปข้างหน้าและข้างหลัง และมีการเคลื่อนไหวของมอเตอร์ ซึ่งเป็นกิจกรรมเดียวกับที่ทุกสิ่งเคลื่อนไหว ฉันมีโรงเรียน 8 ปีและวิทยาลัย 2 ปีโดยมีหัวข้อซ้ำซาก 20 ปีผ่านไปแล้ว ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถระบุแหล่งที่มาของแบบจำลองทางกายภาพใดๆ ว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง และฉันก็ไม่สามารถระบุแหล่งที่มาของสูตรต่างๆ ได้ด้วย ขอโทษจริงๆ.

อันเดรย์ 08.11.2015 08:52

โดยทั่วไป ฉันมีความคิดว่าเหตุใดน้ำร้อนจึงแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น และในคำอธิบายของฉันทุกอย่างง่ายมาก หากคุณสนใจ เขียนถึงฉันทางอีเมล: [ป้องกันอีเมล]

อันเดรย์ 08.11.2015 08:58

ฉันขอโทษ ฉันให้ที่อยู่อีเมลผิด นี่คืออีเมลที่ถูกต้อง: [ป้องกันอีเมล]

วิคเตอร์ 23/12/2558 10:37 น

สำหรับฉันดูเหมือนว่าทุกอย่างจะง่ายขึ้น หิมะตกที่นี่ มันเป็นก๊าซระเหย เย็นลง ดังนั้นบางทีในสภาพอากาศหนาวเย็น สิ่งที่ร้อนจะเย็นลงเร็วขึ้นเพราะมันระเหยและตกผลึกทันทีโดยไม่ลอยไปไกล และน้ำในสถานะก๊าซจะเย็นลงเร็วขึ้น กว่าในสถานะของเหลว)

เบ็คชาน 28/01/2559 09:18

แม้ว่าจะมีใครเปิดเผยกฎของโลกที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบเหล่านี้เขาก็คงไม่เขียนที่นี่ จากมุมมองของฉัน มันคงไม่สมเหตุสมผลที่จะเปิดเผยความลับของมันต่อผู้ใช้อินเทอร์เน็ตเมื่อเขาสามารถตีพิมพ์ในทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง บันทึกประจำวันและพิสูจน์ตัวเองต่อหน้าประชาชน ดังนั้น สิ่งที่จะเขียนที่นี่เกี่ยวกับผลกระทบนี้ส่วนใหญ่ไม่สมเหตุสมผล)))

อเล็กซ์ 22/02/2559 12:48

สวัสดีนักทดลอง คุณพูดถูกแล้วที่บอกว่าวิทยาศาสตร์เริ่มต้นที่... ไม่ใช่การวัด แต่เป็นการคำนวณ “การทดลอง” เป็นข้อโต้แย้งชั่วนิรันดร์และขาดไม่ได้สำหรับผู้ที่ขาดจินตนาการและการคิดเชิงเส้น มันทำให้ทุกคนขุ่นเคือง ในกรณีของ E= mc2 - ทุกคนจำได้ไหม? ความเร็วของโมเลกุลที่บินออกจากน้ำเย็นสู่ชั้นบรรยากาศจะกำหนดปริมาณพลังงานที่โมเลกุลถูกพาออกไปจากน้ำ (การทำความเย็นคือการสูญเสียพลังงาน) ความเร็วของโมเลกุลจากน้ำร้อนจะสูงกว่ามากและพลังงานที่ถูกพาออกไปนั้นมีกำลังสอง ( อัตราการระบายความร้อนของมวลน้ำที่เหลืออยู่) เพียงเท่านี้ หากคุณหลีกหนีจาก "การทดลอง" และจำหลักพื้นฐานของวิทยาศาสตร์

วลาดิมีร์ 25/04/2559 10:53 | เมเทโอ

ในสมัยนั้นเมื่อสารป้องกันการแข็งตัวหาได้ยาก น้ำจากระบบทำความเย็นของรถยนต์ในโรงรถที่ไม่มีเครื่องทำความร้อนจะถูกระบายออกหลังจากวันทำงานเพื่อไม่ให้ละลายน้ำแข็งบล็อกกระบอกสูบหรือหม้อน้ำ - บางครั้งทั้งสองอย่างพร้อมกัน ในตอนเช้าเทน้ำร้อน ในสภาพอากาศหนาวเย็นจัด เครื่องยนต์สตาร์ทได้โดยไม่มีปัญหา เนื่องจากขาดน้ำร้อนน้ำจึงถูกเทออกจากก๊อกน้ำ น้ำก็แข็งตัวทันที การทดลองนี้มีราคาแพง - เท่ากับค่าใช้จ่ายในการซื้อและเปลี่ยนบล็อกกระบอกสูบและหม้อน้ำของรถยนต์ ZIL-131 ใครไม่เชื่อก็ให้เขาตรวจสอบดู และ Mpemba ทดลองกับไอศกรีม ในไอศกรีม การตกผลึกเกิดขึ้นแตกต่างจากในน้ำ ลองกัดไอศกรีมและน้ำแข็งชิ้นหนึ่งด้วยฟันของคุณ เป็นไปได้มากว่ามันจะไม่แข็งตัว แต่จะหนาขึ้นเนื่องจากการระบายความร้อน และน้ำจืดไม่ว่าจะร้อนหรือเย็น จะเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0*C น้ำเย็นรวดเร็ว แต่น้ำร้อนต้องใช้เวลาในการทำให้เย็นลง

คนพเนจร 05/06/2016 12:54 | ถึงอเล็กซ์

"c" - ความเร็วแสงในสุญญากาศ E=mc^2 - สูตรแสดงความสมมูลของมวลและพลังงาน

อัลเบิร์ต 27/07/2559 08:22

ขั้นแรก การเปรียบเทียบกับของแข็ง (ไม่มีกระบวนการระเหย) ฉันเพิ่งบัดกรีท่อน้ำทองแดง กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยการให้ความร้อนแก่เตาแก๊สจนถึงอุณหภูมิหลอมละลายของโลหะบัดกรี เวลาในการทำความร้อนสำหรับข้อต่อหนึ่งตัวที่มีข้อต่อคือประมาณหนึ่งนาที ฉันบัดกรีข้อต่อหนึ่งอันเข้ากับข้อต่อ และหลังจากนั้นไม่กี่นาที ฉันก็รู้ว่าฉันบัดกรีมันไม่ถูกต้อง จำเป็นต้องหมุนท่อเล็กน้อยในข้อต่อ ฉันเริ่มให้ความร้อนข้อต่ออีกครั้งด้วยหัวเผา และที่น่าประหลาดใจคือต้องใช้เวลาประมาณ 3-4 นาทีในการให้ความร้อนข้อต่อจนถึงอุณหภูมิหลอมละลาย ยังไงล่ะ!? ท้ายที่สุดแล้วท่อยังร้อนอยู่และดูเหมือนว่าจะต้องใช้พลังงานน้อยลงมากในการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหลอมละลาย แต่ทุกอย่างกลับกลายเป็นตรงกันข้าม มันเป็นเรื่องของการนำความร้อน ซึ่งสูงขึ้นอย่างมากในท่อที่ได้รับความร้อนอยู่แล้ว และขอบเขตระหว่างท่อความร้อนและท่อเย็นสามารถเคลื่อนตัวออกจากข้อต่อได้ไกลภายในสองนาที ตอนนี้เกี่ยวกับน้ำ เราจะดำเนินการโดยใช้แนวคิดของเรือร้อนและกึ่งร้อน ในภาชนะร้อน ขอบเขตอุณหภูมิแคบจะเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่ร้อนและเคลื่อนที่ได้สูงกับอนุภาคเย็นที่เคลื่อนที่ช้า ซึ่งเคลื่อนที่ค่อนข้างเร็วจากรอบนอกไปยังศูนย์กลาง เพราะที่ขอบเขตนี้อนุภาคเร็วจะสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว (เย็นลง) โดยอนุภาคที่อยู่อีกด้านหนึ่งของขอบเขต เนื่องจากปริมาตรของอนุภาคความเย็นภายนอกมีขนาดใหญ่กว่า อนุภาคที่รวดเร็ว ทำให้พลังงานความร้อนหมดไป จึงไม่สามารถทำให้อนุภาคเย็นภายนอกอุ่นขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นน้ำร้อนจึงเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว น้ำกึ่งร้อนมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่ามาก และความกว้างของขอบเขตระหว่างอนุภาคกึ่งร้อนและเย็นนั้นกว้างกว่ามาก การเลื่อนไปที่ศูนย์กลางของขอบเขตกว้างดังกล่าวเกิดขึ้นช้ากว่าในกรณีของภาชนะร้อนมาก ส่งผลให้ภาชนะที่ร้อนเย็นตัวเร็วกว่าภาชนะที่อุ่น ฉันคิดว่าเราจำเป็นต้องติดตามไดนามิกของกระบวนการทำให้เย็นลงของน้ำที่มีอุณหภูมิต่างกันโดยการวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิหลายตัวจากตรงกลางไปจนถึงขอบของถัง

สูงสุด 19/11/2559 05:07 น

ได้รับการตรวจสอบแล้ว: ใน Yamal เมื่ออากาศเย็น ท่อที่มีน้ำร้อนจะแข็งตัวและคุณต้องทำให้อุ่นขึ้น แต่ท่อที่เย็นไม่เป็นเช่นนั้น!

อาร์เต็ม 09.12.2016 01:25

เป็นเรื่องยาก แต่ฉันคิดว่าน้ำเย็นมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำร้อน ดีกว่าน้ำต้มด้วยซ้ำ และที่นี่มีความเร่งในการทำความเย็น เป็นต้น น้ำร้อนถึงอุณหภูมิเย็นและแซงหน้าและหากคุณคำนึงถึงความจริงที่ว่าน้ำร้อนแข็งตัวจากด้านล่างและไม่ได้มาจากด้านบนดังที่เขียนไว้ข้างต้น กระบวนการนี้จะเร็วขึ้นมาก!

อเล็กซานเดอร์ เซอร์เกเยฟ, 21.08.2017 10:52

ไม่มีผลกระทบดังกล่าว อนิจจา. ในปี 2559 บทความโดยละเอียดในหัวข้อนี้ตีพิมพ์ใน Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect จากนั้นเป็นที่ชัดเจนว่าด้วยการทดลองอย่างระมัดระวัง (หากตัวอย่างของน้ำอุ่นและน้ำเย็นเหมือนกันในทุกสิ่ง ยกเว้นอุณหภูมิ) ไม่พบผลกระทบ

ซัฟแล็บ 22/08/2560 05:31 น

วิคเตอร์ 27/10/2017 03:52

"มันเป็นอย่างนั้นจริงๆ" - ถ้าที่โรงเรียนคุณไม่เข้าใจว่าความจุความร้อนและกฎการอนุรักษ์พลังงานคืออะไร ตรวจสอบได้ง่าย - คุณต้องมีความปรารถนา หัว มือ น้ำ ตู้เย็น และนาฬิกาปลุก และลานสเก็ตตามที่ผู้เชี่ยวชาญเขียนไว้นั้นถูกแช่แข็ง (เติม) ด้วยน้ำเย็นและน้ำแข็งที่ตัดแล้วจะถูกปรับระดับด้วยน้ำอุ่น และในฤดูหนาวคุณจะต้องเทน้ำยาป้องกันการแข็งตัวลงในอ่างเก็บน้ำเครื่องซักผ้า ไม่ใช่น้ำ น้ำจะแข็งตัวไม่ว่าในกรณีใด และน้ำเย็นจะแข็งเร็วขึ้น

อิริน่า 23/01/2561 10:58 น

นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่อสู้กับความขัดแย้งนี้มาตั้งแต่สมัยของอริสโตเติลและกลายเป็นคนที่ฉลาดที่สุดอย่าง Victor, Zavlab และ Sergeev

เดนิส 02/01/2018 08:51

ทุกอย่างเขียนอย่างถูกต้องในบทความ แต่เหตุผลค่อนข้างแตกต่างออกไป ในระหว่างกระบวนการเดือด อากาศที่ละลายในอากาศจะระเหยออกจากน้ำ ดังนั้น เมื่อน้ำเดือดเย็นลง ความหนาแน่นของมันจะน้อยกว่าน้ำดิบที่อุณหภูมิเดียวกันในที่สุด ไม่มีเหตุผลอื่นใดที่ทำให้ค่าการนำความร้อนแตกต่างกันนอกจากความหนาแน่นต่างกัน

ซัฟแล็บ 03/01/2561 08:58 | หัวหน้าห้องปฏิบัติการ

Irina:) "นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก" ไม่ได้ต่อสู้กับ "ความขัดแย้ง" นี้ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่แท้จริง "ความขัดแย้ง" นี้ไม่มีอยู่จริง - สามารถตรวจสอบได้ง่ายภายใต้เงื่อนไขที่สามารถทำซ้ำได้ดี “ความขัดแย้ง” ปรากฏขึ้นเนื่องจากการทดลองที่ไม่สามารถทำซ้ำได้ของเด็กชายชาวแอฟริกัน Mpemba และถูกขยายโดย “นักวิทยาศาสตร์” ที่คล้ายกัน :)

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการที่น้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น ร้อนหรือเย็น แต่คำถามนั้นดูแปลกไปเล็กน้อย ความหมายโดยนัยซึ่งทราบจากฟิสิกส์ก็คือ น้ำร้อนยังต้องใช้เวลาในการทำให้เย็นลงเมื่อเทียบกับอุณหภูมิของน้ำเย็นที่ถูกเปรียบเทียบเพื่อที่จะกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำเย็นสามารถข้ามขั้นตอนนี้ได้และด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้เวลาเพิ่มขึ้น

แต่คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าน้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน - ข้างนอกในที่เย็นผู้อยู่อาศัยในละติจูดตอนเหนือรู้ดี ในความเป็นจริง ตามทางวิทยาศาสตร์ ปรากฎว่าไม่ว่าในกรณีใด น้ำเย็นมักจะแข็งตัวเร็วขึ้น

ครูฟิสิกส์ซึ่งได้รับการติดต่อจากเด็กนักเรียน Erasto Mpemba ในปีพ. ศ. 2506 คิดแบบเดียวกันโดยขอให้อธิบายว่าเหตุใดส่วนผสมเย็นของไอศกรีมในอนาคตจึงใช้เวลาในการแข็งตัวนานกว่าไอศกรีมที่คล้ายกัน แต่ร้อน

“นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์สากล แต่เป็นฟิสิกส์ Mpemba บางประเภท”

ในเวลานั้นครูเพียงหัวเราะกับสิ่งนี้ แต่เดนิสออสบอร์นศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ซึ่งครั้งหนึ่งเคยไปเยี่ยมโรงเรียนเดียวกันกับที่ Erasto ศึกษาอยู่ยืนยันการทดลองแล้วว่ามีผลกระทบดังกล่าวแม้ว่าจะไม่มีคำอธิบายก็ตาม ในปี 1969 บทความร่วมกันของสองคนนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ยอดนิยมซึ่งบรรยายถึงผลกระทบที่แปลกประหลาดนี้

ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา คำถามที่ว่าน้ำใดที่แข็งตัวเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - มีชื่อของตัวเอง - เอฟเฟกต์ Mpemba หรือความขัดแย้ง

คำถามนี้มีมานานแล้ว

โดยธรรมชาติแล้วปรากฏการณ์ดังกล่าวเคยเกิดขึ้นมาก่อนและมีการกล่าวถึงในผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ไม่เพียงแต่เด็กนักเรียนเท่านั้นที่สนใจปัญหานี้ แต่ Rene Descartes และแม้แต่ Aristotle ก็คิดถึงเรื่องนี้ในคราวเดียวด้วย

แต่พวกเขาเริ่มมองหาแนวทางในการแก้ไขความขัดแย้งนี้เมื่อปลายศตวรรษที่ 20 เท่านั้น

เงื่อนไขที่ Paradox จะเกิดขึ้น

เช่นเดียวกับไอศกรีม ไม่ใช่แค่น้ำเปล่าเท่านั้นที่จะแข็งตัวในระหว่างการทดลอง ต้องมีเงื่อนไขบางประการเพื่อที่จะเริ่มโต้เถียงว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วขึ้น - เย็นหรือร้อน อะไรมีอิทธิพลต่อกระบวนการนี้?

ในปัจจุบัน ในศตวรรษที่ 21 มีการเสนอทางเลือกหลายประการที่สามารถอธิบายความขัดแย้งนี้ได้ น้ำแบบไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า ร้อนหรือเย็น อาจขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่ามีอัตราการระเหยสูงกว่าน้ำเย็น ดังนั้น ปริมาตรจึงลดลง และเมื่อปริมาตรลดลง ระยะเวลาการแช่แข็งจะสั้นลงกว่าถ้าเราใช้น้ำเย็นที่มีปริมาตรเริ่มแรกเท่าเดิม

คุณละลายน้ำแข็งในช่องแช่แข็งมานานแล้ว

น้ำใดที่แข็งตัวเร็วกว่าและเหตุใดจึงเกิดขึ้นอาจได้รับอิทธิพลจากชั้นหิมะที่อาจมีอยู่ในช่องแช่แข็งของตู้เย็นที่ใช้ในการทดลอง หากคุณนำภาชนะสองใบที่มีปริมาตรเท่ากัน แต่ภาชนะหนึ่งมีน้ำร้อนและอีกภาชนะเย็น ภาชนะที่มีน้ำร้อนจะทำให้หิมะละลายอยู่ข้างใต้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสัมผัสระดับความร้อนกับผนังตู้เย็น ภาชนะใส่น้ำเย็นไม่สามารถทำได้ หากไม่มีหิมะในช่องตู้เย็น น้ำเย็นควรจะแข็งเร็วขึ้น

บน-ล่าง

นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ที่น้ำกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - อธิบายได้ดังนี้ ตามกฎหมายบางประการ น้ำเย็นจะเริ่มแข็งตัวจากชั้นบน เมื่อน้ำร้อนทำสิ่งที่ตรงกันข้าม - จะเริ่มแข็งตัวจากล่างขึ้นบน ปรากฎว่าน้ำเย็นซึ่งมีชั้นเย็นอยู่ด้านบนโดยมีน้ำแข็งก่อตัวอยู่แล้วทำให้กระบวนการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนแย่ลงจึงอธิบายว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน มีการแนบภาพถ่ายจากการทดลองสมัครเล่นมาด้วย ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนที่นี่

ความร้อนออกไปพุ่งขึ้นด้านบนและไปบรรจบกับชั้นที่เย็นมาก ไม่มีเส้นทางอิสระสำหรับการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้นกระบวนการทำความเย็นจึงทำได้ยาก น้ำร้อนไม่มีอุปสรรคขวางทางอย่างแน่นอน อันไหนแข็งเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน อะไรเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ คุณสามารถขยายคำตอบโดยบอกว่าน้ำใด ๆ มีสารบางอย่างละลายอยู่ในนั้น

สิ่งเจือปนในน้ำเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อผลลัพธ์

หากคุณไม่โกงและใช้น้ำที่มีส่วนประกอบเหมือนกันซึ่งมีความเข้มข้นของสารบางชนิดเท่ากัน น้ำเย็นก็จะแข็งตัวเร็วขึ้น แต่ถ้าสถานการณ์เกิดขึ้นซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีที่ละลายอยู่ในน้ำร้อนเท่านั้นและน้ำเย็นไม่มีองค์ประกอบเหล่านั้น น้ำร้อนก็มีโอกาสแข็งตัวเร็วขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสารที่ละลายในน้ำจะสร้างจุดศูนย์กลางการตกผลึก และด้วยจุดศูนย์กลางเหล่านี้จำนวนไม่มาก การเปลี่ยนน้ำให้เป็นสถานะของแข็งจึงเป็นเรื่องยาก อาจเป็นไปได้ด้วยซ้ำว่าน้ำจะถูกทำให้เย็นลงเป็นพิเศษ ในแง่ที่ว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ น้ำจะอยู่ในสถานะของเหลว

แต่เห็นได้ชัดว่าเวอร์ชันเหล่านี้ไม่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์และพวกเขายังคงดำเนินการในประเด็นนี้ต่อไป ในปี 2013 ทีมนักวิจัยในสิงคโปร์กล่าวว่าพวกเขาได้ไขปริศนาอันเก่าแก่ได้

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนกลุ่มหนึ่งอ้างว่าความลับของผลกระทบนี้อยู่ที่ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างโมเลกุลของน้ำในพันธะของมัน เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

คำตอบจากนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน

ต่อไปนี้เป็นข้อมูลเพื่อทำความเข้าใจว่าคุณต้องมีความรู้ด้านเคมีอะไรบ้างเพื่อที่จะเข้าใจว่าน้ำใดแข็งตัวเร็วกว่า - ร้อนหรือเย็น ดังที่ทราบกันดีว่าประกอบด้วยอะตอม H (ไฮโดรเจน) สองอะตอมและอะตอม O (ออกซิเจน) หนึ่งอะตอมซึ่งยึดติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์

แต่อะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งก็ถูกดึงดูดไปยังโมเลกุลข้างเคียงด้วยไปยังส่วนประกอบของออกซิเจน พันธะเหล่านี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

เป็นที่น่าจดจำว่าในเวลาเดียวกันโมเลกุลของน้ำก็มีผลที่น่ารังเกียจต่อกัน นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อน้ำร้อน ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของมันจะเพิ่มขึ้น และสิ่งนี้จะอำนวยความสะดวกด้วยแรงผลัก ปรากฎว่าเมื่ออยู่ในระยะห่างเท่ากันระหว่างโมเลกุลในสภาวะเย็น พวกมันสามารถยืดออกได้และมีพลังงานมากขึ้น มันเป็นพลังงานสำรองที่ปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของน้ำเริ่มเคลื่อนที่เข้ามาใกล้กันนั่นคือการระบายความร้อนเกิดขึ้น ปรากฎว่าพลังงานสำรองที่มากขึ้นในน้ำร้อน และการปลดปล่อยพลังงานที่มากขึ้นเมื่อเย็นลงถึงอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์นั้น เกิดขึ้นเร็วกว่าในน้ำเย็น ซึ่งมีพลังงานสำรองน้อยกว่า แล้วน้ำไหนที่แข็งตัวเร็วกว่า - เย็นหรือร้อน? บนท้องถนนและในห้องปฏิบัติการ ความขัดแย้งของ Mpemba ควรเกิดขึ้น และน้ำร้อนควรกลายเป็นน้ำแข็งเร็วขึ้น

แต่คำถามยังคงเปิดอยู่

มีเพียงการยืนยันทางทฤษฎีของวิธีแก้ปัญหานี้ - ทั้งหมดนี้เขียนด้วยสูตรที่สวยงามและดูเป็นไปได้ แต่เมื่อนำข้อมูลการทดลองที่ทำให้น้ำเย็นเร็วขึ้น - ร้อนหรือเย็น - ถูกนำมาใช้จริงและนำเสนอผลลัพธ์ คำถามเกี่ยวกับความขัดแย้งของ Mpemba ก็ถือว่าปิดได้