Ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα, ζεστό ή κρύο, επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, αλλά η ίδια η ερώτηση φαίνεται λίγο περίεργη. Υπονοείται, και είναι γνωστό από τη φυσική, ότι το ζεστό νερό χρειάζεται ακόμα χρόνο για να κρυώσει στη θερμοκρασία του συγκρίσιμου κρύου νερού για να μετατραπεί σε πάγο. Με κρύο νερό, αυτό το στάδιο μπορεί να παραλειφθεί και, κατά συνέπεια, κερδίζει εγκαίρως.
Αλλά την απάντηση στο ερώτημα ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό - στο δρόμο στον παγετό, γνωρίζει οποιοσδήποτε κάτοικος των βόρειων γεωγραφικών πλάτων. Στην πραγματικότητα, επιστημονικά, αποδεικνύεται ότι σε κάθε περίπτωση, το κρύο νερό πρέπει απλά να παγώσει πιο γρήγορα.
Το ίδιο έκανε και ο καθηγητής φυσικής, τον οποίο πλησίασε ο μαθητής Erasto Mpemba το 1963 με αίτημα να εξηγήσει γιατί το κρύο μείγμα του μελλοντικού παγωτού παγώνει περισσότερο από το ίδιο, αλλά καυτό.
Αυτό δεν είναι παγκόσμια φυσική, αλλά κάποιο είδος φυσικής Mpemba
Εκείνη την εποχή, ο δάσκαλος μόνο γέλασε με αυτό, αλλά ο Deniss Osborn, καθηγητής φυσικής, ο οποίος κάποτε πήγαινε στο ίδιο σχολείο όπου σπούδαζε ο Erasto, επιβεβαίωσε πειραματικά την ύπαρξη ενός τέτοιου φαινομένου, αν και υπήρχε καμία εξήγηση για αυτό τότε. Το 1969 ένα δημοφιλές επιστημονικό περιοδικό δημοσίευσε ένα κοινό άρθρο των δύο ανδρών που περιέγραψαν αυτό το περίεργο αποτέλεσμα.
Από τότε, παρεμπιπτόντως, το ερώτημα ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο, έχει το δικό του όνομα - το αποτέλεσμα, ή το παράδοξο, Mpemba.
Η ερώτηση προέκυψε πριν από πολύ καιρό
Φυσικά, ένα τέτοιο φαινόμενο έχει συμβεί στο παρελθόν, και αναφέρθηκε σε εργασίες άλλων επιστημόνων. Όχι μόνο ένας μαθητής ενδιαφέρθηκε για αυτή την ερώτηση, αλλά ο Φράνσις Μπέικον, ο Ρενέ Ντεκάρτ, ακόμη και ο Αριστοτέλης το σκέφτηκαν κάποτε.
Αυτές ακριβώς οι προσεγγίσεις για την επίλυση αυτού του παραδόξου άρχισαν να φαίνονται μόλις στο τέλος του εικοστού αιώνα.
Προϋποθέσεις για να συμβεί ένα παράδοξο
Όπως και με το παγωτό, δεν είναι μόνο το συνηθισμένο νερό που παγώνει κατά τη διάρκεια του πειράματος. Πρέπει να υπάρχουν ορισμένες συνθήκες για να αρχίσετε να διαφωνείτε ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό. Τι επηρεάζει αυτή τη διαδικασία;
Τώρα, στον 21ο αιώνα, έχουν προταθεί αρκετές επιλογές που μπορούν να εξηγήσουναυτό το παράδοξο. Ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα, ζεστό ή κρύο, μπορεί να εξαρτάται από το γεγονός ότι το ζεστό νερό έχει υψηλότερο ρυθμό εξάτμισης από το κρύο. Έτσι, ο όγκος του μειώνεται και με τη μείωση του όγκου του, ο χρόνος κατάψυξης γίνεται μικρότερος από ό,τι αν πάρετε παρόμοιο αρχικό όγκο κρύου νερού.
Η κατάψυξη έχει αποψυχθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα
Ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα και γιατί παγώνει, μπορεί να επηρεαστεί από την επένδυση χιονιού που μπορεί να βρίσκεται στον καταψύκτη του ψυγείου που χρησιμοποιήθηκε για το πείραμα. Εάν πάρετε δύο δοχεία που είναι πανομοιότυπα σε όγκο, αλλά το ένα από αυτά θα έχει ζεστό νερό και το άλλο κρύο νερό, το δοχείο με ζεστό νερό θα λιώσει το χιόνι κάτω από αυτό, βελτιώνοντας έτσι την επαφή του θερμικού επιπέδου με τον τοίχο του ψυγείου. Ένα δοχείο κρύου νερού δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Εάν δεν υπάρχει τέτοια επένδυση με χιόνι στο χώρο του ψυγείου, το κρύο νερό θα πρέπει να παγώσει πιο γρήγορα.
Επάνω - κάτω
Επίσης, το φαινόμενο του οποίου το νερό παγώνει πιο γρήγορα - ζεστό ή κρύο, εξηγείται ως εξής. Ακολουθώντας ορισμένους νόμους, το κρύο νερό αρχίζει να παγώνει από τα ανώτερα στρώματα, όταν το ζεστό νερό το κάνει αντίστροφα - αρχίζει να παγώνει από κάτω προς τα πάνω. Αποδεικνύεται ότι το κρύο νερό, έχοντας ένα κρύο στρώμα στην κορυφή με πάγο που έχει ήδη σχηματιστεί σε ορισμένα σημεία, επηρεάζει έτσι τις διαδικασίες μεταφοράς και θερμικής ακτινοβολίας, εξηγώντας έτσι ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό. Φωτογραφίες από ερασιτεχνικόεπισυνάπτονται πειράματα και αυτό είναι σαφώς ορατό εδώ.
Η θερμότητα βγαίνει, τείνει προς τα πάνω, και εκεί συναντά ένα πολύ παγωμένο στρώμα. Δεν υπάρχει ελεύθερη διαδρομή για την ακτινοβολία θερμότητας, επομένως η διαδικασία ψύξης γίνεται δύσκολη. Το ζεστό νερό δεν έχει κανένα απολύτως τέτοιο εμπόδιο στο πέρασμά του. Ποιο παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό, από το οποίο εξαρτάται το πιθανό αποτέλεσμα, μπορείτε να επεκτείνετε την απάντηση λέγοντας ότι οποιοδήποτε νερό έχει ορισμένες ουσίες διαλυμένες σε αυτό.
Ακαθαρσίες στη σύνθεση του νερού ως παράγοντας που επηρεάζει το αποτέλεσμα
Αν δεν απατήσετε και χρησιμοποιήσετε νερό με την ίδια σύνθεση, όπου οι συγκεντρώσεις ορισμένων ουσιών είναι ίδιες, τότε το κρύο νερό θα πρέπει να παγώσει πιο γρήγορα. Αλλά εάν συμβεί μια κατάσταση όταν διαλυμένα χημικά στοιχεία υπάρχουν μόνο στο ζεστό νερό, ενώ το κρύο νερό δεν τα διαθέτει, τότε το ζεστό νερό έχει την ευκαιρία να παγώσει νωρίτερα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι διαλυμένες ουσίες στο νερό δημιουργούν κέντρα κρυστάλλωσης και με έναν μικρό αριθμό από αυτά τα κέντρα, η μετατροπή του νερού σε στερεή κατάσταση είναι δύσκολη. Ακόμη και η υπερψύξη του νερού είναι δυνατή, με την έννοια ότι σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν θα είναι σε υγρή κατάσταση.
Όμως όλες αυτές οι εκδόσεις, προφανώς, δεν ταιριάζουν πλήρως στους επιστήμονες και συνέχισαν να εργάζονται για αυτό το θέμα. Το 2013, μια ομάδα ερευνητών στη Σιγκαπούρη είπε ότι είχε λύσει το παλιό μυστήριο.
Μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων ισχυρίζεται ότι το μυστικό αυτού του αποτελέσματος βρίσκεται στην ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται μεταξύ των μορίων του νερού στους δεσμούς του, που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου.
Στοιχεία από Κινέζους επιστήμονες
Θα ακολουθήσουν οι ακόλουθες πληροφορίες, για την κατανόηση των οποίων πρέπει να έχετε κάποιες γνώσεις στη χημεία για να καταλάβετε ποιο νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο. Όπως γνωρίζετε, ένα μόριο νερού αποτελείται από δύο άτομα Η (υδρογόνου) και ένα άτομο Ο (οξυγόνο) που συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς.
Αλλά τα άτομα υδρογόνου ενός μορίου έλκονται επίσης από γειτονικά μόρια, από το συστατικό οξυγόνου τους. Αυτοί είναι οι δεσμοί που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου.
Αξίζει να θυμόμαστε ότι την ίδια στιγμή, τα μόρια του νερού δρουν απωθητικά μεταξύ τους. Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι όταν το νερό θερμαίνεται, η απόσταση μεταξύ των μορίων του αυξάνεται και αυτό διευκολύνεται από απωθητικές δυνάμεις. Αποδεικνύεται ότι οι δεσμοί υδρογόνου, που καταλαμβάνουν μία απόσταση μεταξύ των μορίων σε ψυχρή κατάσταση, μπορούμε να πούμε ότι είναι τεντωμένοι και έχουν μεγαλύτερη παροχή ενέργειας. Είναι αυτό το ενεργειακό απόθεμα που απελευθερώνεται όταν τα μόρια του νερού αρχίζουν να πλησιάζουν το ένα το άλλο, δηλαδή συμβαίνει ψύξη. Αποδεικνύεται ότι μια μεγαλύτερη παροχή ενέργειας στο ζεστό νερό και η μεγαλύτερη απελευθέρωσή του όταν ψύχεται σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν, συμβαίνει πιο γρήγορα από ό,τι στο κρύο νερό, το οποίο έχει τέτοια παροχή.λιγότερη ενέργεια. Ποιο νερό λοιπόν παγώνει γρηγορότερα - κρύο ή ζεστό; Το παράδοξο Mpemba θα πρέπει να συμβαίνει έξω και στο εργαστήριο και το ζεστό νερό θα πρέπει να μετατρέπεται σε πάγο πιο γρήγορα.
Αλλά ακόμα ανοιχτό
Υπάρχει μόνο θεωρητική επιβεβαίωση αυτής της ένδειξης - όλα αυτά είναι γραμμένα με όμορφους τύπους και φαίνονται εύλογα. Αλλά όταν τα πειραματικά δεδομένα, τα οποία το νερό παγώνει γρηγορότερα - ζεστό ή κρύο, θα τεθούν σε πρακτική έννοια και θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματά τους, τότε θα είναι δυνατό να θεωρηθεί ότι το ζήτημα του παραδόξου Mpemba έχει κλείσει.
