זה נכון, למרות שזה נשמע מדהים, כי בתהליך ההקפאה, מים מחוממים מראש חייבים לעבור את הטמפרטורה של מים קרים. בינתיים, אפקט זה נמצא בשימוש נרחב. לדוגמה, משטחי החלקה על קרח ומגלשות מלאים במים חמים בחורף, לא מים קרים. מומחים ממליצים לנהגים לשפוך מים קרים ולא חמים למאגר הכביסה בחורף. הפרדוקס ידוע בעולם כ"אפקט המפמבה".

תופעה זו הוזכרה פעם על ידי אריסטו, פרנסיס בייקון ורנה דקארט, אך רק ב-1963 שמו לה פרופסורים לפיזיקה וניסו לחקור אותה. הכל התחיל כאשר תלמיד בית הספר הטנזני ארסטו מפמבה שם לב שהחלב הממותק שהוא השתמש בו להכנת גלידה מתמצק מהר יותר כאשר הוא חומם מראש והציע מים חמיםקופא מהר יותר מאשר קר. הוא פנה למורה לפיזיקה לבירור, אבל הוא רק צחק על התלמיד, ואמר את הדברים הבאים: "זו לא פיזיקת העולם, אלא הפיזיקה של מפמבה".

למרבה המזל, דניס אוסבורן, פרופסור לפיזיקה מאוניברסיטת דאר א-סלאם, ביקר בבית הספר יום אחד. ומפמבה פנתה אליו באותה שאלה. הפרופסור היה פחות סקפטי, אמר שהוא לא יכול לשפוט את מה שמעולם לא ראה, ועם שובו הביתה ביקש מהצוות לערוך ניסויים מתאימים. נראה שהם אישרו את דבריו של הילד. בכל מקרה, בשנת 1969, אוסבורן דיבר על העבודה עם Mpemba במגזין "Eng. פיזיקהחינוך". באותה שנה פרסם ג'ורג' קל מהמועצה הלאומית למחקר קנדית מאמר המתאר את התופעה באנגלית. אֲמֶרִיקָאִיכתב עתשֶׁלפיזיקה».

ישנם מספר הסברים אפשריים לפרדוקס זה:

• מים חמים מתאדים מהר יותר, ובכך מפחיתים את נפחם, ונפח קטן יותר של מים עם אותה טמפרטורה קופא מהר יותר. במיכלים אטומים מים קריםצריך להקפיא מהר יותר.
• נוכחות של רירית שלג. מיכל עם מים חמיםמפשיר שלג מתחת, ובכך משפר את המגע התרמי עם משטח הקירור. מים קרים אינם ממיסים שלג תחתיהם. ללא רירית שלג, מיכל המים הקרים אמור לקפוא מהר יותר.
• מים קרים מתחילים לקפוא מלמעלה, ובכך מחמירים את תהליכי קרינת החום וההסעה, ומכאן איבוד החום, בעוד מים חמים מתחילים לקפוא מלמטה. עם ערבול מכני נוסף של המים במיכלים, המים הקרים צריכים לקפוא מהר יותר.
• הימצאות מרכזי התגבשות במים המקוררים - חומרים המומסים בהם. עם מספר קטן של מרכזים כאלה במים קרים, הפיכת המים לקרח קשה, ואפילו הקירור העל שלהם אפשרי כאשר הם נשארים בפנים. מצב נוזליעם טמפרטורות מתחת לאפס.

הסבר נוסף פורסם לאחרונה. ד"ר ג'ונתן כץ מאוניברסיטת וושינגטון חקר תופעה זו והגיע למסקנה כי חומרים המומסים במים ממלאים בה תפקיד חשוב, אשר משקעים בעת חימום.
תחת מומס חומרים דרכץ מתייחס לביקרבונטים של סידן ומגנזיום המצויים במים קשים. כאשר המים מחוממים, חומרים אלו משקעים, המים הופכים "רכים". מים שמעולם לא חוממו מכילים את הזיהומים הללו והם "קשים". ככל שהוא קופא ונוצרים גבישי קרח, ריכוז הזיהומים במים עולה פי 50. זה מוריד את נקודת הקיפאון של המים.

ההסבר הזה לא נראה לי משכנע, כי. אסור לשכוח שהאפקט נמצא בניסויים עם גלידה, ולא עם מים קשים. ככל הנראה, הגורמים לתופעה הם תרמופיזיים, ולא כימיים.

עד כה, לא התקבל הסבר חד משמעי לפרדוקס המפמבה. אני חייב לומר שחלק מהמדענים לא רואים את הפרדוקס הזה ראוי לתשומת לב. עם זאת, מעניין מאוד שתלמיד בית ספר פשוט השיג הכרה בהשפעה הפיזית וצבר פופולריות בגלל סקרנותו והתמדה שלו.

נוסף בפברואר 2014

הפתק נכתב בשנת 2011. מאז הופיעו מחקרים חדשים על אפקט Mpemba וניסיונות חדשים להסביר אותו. אז, בשנת 2012, האגודה המלכותית לכימיה של בריטניה הכריזה על תחרות בינלאומית כדי לפענח את התעלומה המדעית "אפקט המפמבה" עם קרן פרסים של 1000 פאונד. המועד האחרון נקבע ל-30 ביולי 2012. הזוכה היה ניקולה ברגוביק מהמעבדה של אוניברסיטת זאגרב. הוא פרסם את עבודתו, שבה ניתח ניסיונות קודמים להסביר תופעה זו והגיע למסקנה שהם לא משכנעים. המודל שהציע מבוסס על תכונות היסוד של המים. המעוניינים יכולים למצוא עבודה בכתובת http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

המחקר לא הסתיים בכך. בשנת 2013, פיזיקאים מסינגפור הוכיחו תיאורטית את הסיבה לאפקט המפמבה. את העבודה ניתן למצוא בכתובת http://arxiv.org/abs/1310.6514.

מאמרים קשורים באתר:

מאמרים נוספים של המדור

הערות:

אלכסיי משנב. , 06.10.2012 04:14

מדוע מים חמים מתאדים מהר יותר? מדענים הוכיחו למעשה שכוס מים חמים קופאת מהר יותר ממים קרים. מדענים לא יכולים להסביר את התופעה הזו מהסיבה שהם לא מבינים את מהות התופעות: חום וקור! חום וקור הם תחושות פיזיקליות הנגרמות מאינטראקציה של חלקיקי חומר, בצורה של דחיסה נגדית של גלים מגנטיים הנעים מצד החלל וממרכז כדור הארץ. לכן, ככל שהפרש הפוטנציאל של המתח המגנטי הזה גדול יותר, כך חילופי האנרגיה מתבצעים מהר יותר בשיטה של ​​חדירה נגדית של גל אחד לאחר. כלומר, על ידי דיפוזיה! בתגובה למאמר שלי כותב אחד המתנגדים: 1) "..מים חמים מתאדים מהר יותר, כתוצאה מכך יש פחות מהם, אז הם קופאים מהר יותר" שאלה! איזו אנרגיה גורמת למים להתאדות מהר יותר? 2) במאמרי מדברים על כוס, ולא על שוקת עץ, שהיריב מביא אותה כטיעון נגד. מה לא נכון! אני עונה על השאלה: "מאיזו סיבה מתאדה מים בטבע?" גלים מגנטיים, הנעים תמיד ממרכז כדור הארץ לחלל, מתגברים על הלחץ הנגדי של גלי דחיסה מגנטיים (שנעים תמיד מהחלל למרכז כדור הארץ), בו-זמנית, מרססים חלקיקי מים, מאז שהם עוברים לחלל , הם גדלים בנפח. כלומר, הרחב! במקרה של התגברות על גלי הדחיסה המגנטיים, אדי מים אלו נדחסים (מתעבים) ובהשפעת כוחות הדחיסה המגנטיים הללו, המים חוזרים לקרקע בצורה של משקעים! בכנות! אלכסיי משנב. 6 באוקטובר 2012.

אלכסיי משנב. , 06.10.2012 04:19

מהי טמפרטורה. טמפרטורה היא מידת הלחץ האלקטרומגנטי של גלים מגנטיים עם אנרגיית הדחיסה וההתפשטות. במקרה של מצב שיווי משקל של אנרגיות אלו, הטמפרטורה של הגוף או החומר במצב יציב. אם מצב שיווי המשקל של האנרגיות הללו מופר, לקראת אנרגיית ההתפשטות, הגוף או החומר גדלים בנפח החלל. במקרה של חריגה מאנרגיה של גלים מגנטיים בכיוון הדחיסה, הגוף או החומר יורד בנפח החלל. מידת הלחץ האלקטרומגנטי נקבעת על פי מידת ההתרחבות או ההתכווצות של גוף הייחוס. אלכסיי משנב.

מויסיבה נטליה, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

אלכסיי, אתה מדבר על איזה מאמר שמתאר את המחשבות שלך על מושג הטמפרטורה. אבל אף אחד לא קרא את זה. בבקשה תן לי קישור. באופן כללי, הדעות שלך על פיזיקה מאוד מוזרות. מעולם לא שמעתי על "הרחבה אלקטרומגנטית של גוף הייחוס".

יורי קוזנצוב , 04.12.2012 12:32

מוצעת השערה שזוהי העבודה של תהודה בין-מולקולרית והמשיכה הפונדרומטיבית בין מולקולות שנוצרות על ידה. במים קרים, מולקולות נעות ורוטטות באקראי, בתדרים שונים. כאשר מחממים מים, עם עלייה בתדירות התנודות, הטווח שלהם מצטמצם (הפרש התדרים ממים חמים נוזליים לנקודת האידוי יורד), תדרי התנודה של המולקולות מתקרבים זה לזה, וכתוצאה מכך נוצרת תהודה. בין המולקולות. כאשר מתקרר, תהודה זו נשמרת חלקית, היא לא מתה מיד. נסה ללחוץ על אחד משני מיתרי הגיטרה שנמצאים בתהודה. עכשיו שחררו - המיתר יתחיל לרטוט שוב, התהודה תחזיר את הרעידות שלו. אז במים קפואים, המולקולות החיצוניות המקוררות מנסות לאבד את המשרעת והתדירות של התנודות, אבל המולקולות ה"חמות" בתוך הכלי "מושכות" את התנודות אחורה, פועלות כוויברטורים, והחיצוניות פועלות כתהודה. בין הרטט לבין התהודה מתעוררת המשיכה המהירה*. כאשר הכוח הפונדרומטיבי הופך להיות גדול יותר מהכוח הנגרם מהאנרגיה הקינטית של המולקולות (שלא רק רוטטות, אלא גם נעות באופן ליניארי), מתרחשת התגבשות מואצת - "אפקט המפמבה". חיבור ה-poneromotive מאוד לא יציב, אפקט Mpemba תלוי מאוד בכל הגורמים הנלווים: נפח המים שיש להקפיא, אופי החימום שלהם, תנאי הקפאה, טמפרטורה, הסעה, תנאי חילופי חום, רוויית גז, רטט של יחידת הקירור , אוורור, זיהומים, אידוי וכו' אולי אפילו מתאורה... לכן להשפעה יש הרבה הסברים ולעיתים קשה לשחזר. מאותה סיבה "מהדהדת". מים רותחיםרותח מהר יותר מאשר לא מבושל - תהודה למשך זמן מה לאחר הרתיחה שומרת על עוצמת התנודות של מולקולות מים (אובדן אנרגיה במהלך הקירור נובע בעיקר מאובדן האנרגיה הקינטית של התנועה הליניארית של מולקולות). בחימום אינטנסיבי מולקולות הוויברטור מחליפות תפקידים עם מולקולות התהודה בהשוואה להקפאה - תדירות הרטט נמוכה מתדירות המהודים, כלומר אין משיכה בין המולקולות, אלא דחייה שמאיצה את המעבר לאחרת. מצב צבירה (זוג).

ולאד, 11.12.2012 03:42

שבר לי את המוח...

אנטון , 04.02.2013 02:02

1. האם המשיכה המהירה הזו באמת כל כך גדולה שהיא משפיעה על תהליך העברת החום? 2. האם זה אומר שכאשר כל הגופים מחוממים לטמפרטורה מסוימת, החלקיקים המבניים שלהם נכנסים לתהודה? 3. מדוע התהודה הזו נעלמת עם התקררות? 4. האם זה הניחוש שלך? אם יש מקור נא לציין. 5. לפי תיאוריה זו, צורת הכלי תמלא תפקיד חשוב, ואם הוא דק ושטוח אזי ההבדל בזמן ההקפאה לא יהיה גדול, כלומר. אתה יכול לבדוק את זה.

גודראט , 11.03.2013 10:12 | METAK

במים קרים יש כבר אטומי חנקן והמרחקים בין מולקולות המים קרובים יותר מאשר במים חמים. כלומר, המסקנה: מים חמים סופגים אטומי חנקן מהר יותר ובמקביל הם קופאים במהירות ממים קרים - הדבר דומה להתקשות של ברזל, שכן מים חמים הופכים לקרח וברזל חם מתקשה בקירור מהיר!

ולדימיר , 13/03/2013 06:50

או אולי זה: צפיפות המים החמים והקרח קטנה מצפיפות המים הקרים, ולכן המים אינם צריכים לשנות את הצפיפות שלהם, מאבדים זמן על כך והם קופאים.

אלכסיי משנב , 21/03/2013 11:50

לפני שמדברים על רזוננסים, משיכה ורעידות של חלקיקים, יש צורך להבין ולענות על השאלה: אילו כוחות גורמים לחלקיקים לרטוט? מאז, ללא אנרגיה קינטית, לא יכול להיות דחיסה. ללא דחיסה, לא יכולה להיות התרחבות. ללא התרחבות, לא יכולה להיות אנרגיה קינטית! כשאתה מתחיל לדבר על תהודה של מיתרים, אתה קודם כל התאמצת לגרום לאחד המיתרים האלה להתחיל לרטוט! כשמדברים על משיכה צריך קודם כל לציין את הכוח שגורם לגופים האלה למשוך! אני מאשר שכל הגופים נדחסים על ידי האנרגיה האלקטרומגנטית של האטמוספירה ואשר דוחסת את כל הגופים, החומרים והחלקיקים היסודיים בכוח של 1.33 ק"ג. לא לסמ"ר אלא לחלקיק יסודי. היות והלחץ של האטמוספירה לא יכול להיות סלקטיבי! אין לבלבל אותו עם כמות הכוח!

דודיק , 31/05/2013 02:59

נראה לי ששכחת אמת אחת - "המדע מתחיל היכן שמתחילות המדידות". מהי הטמפרטורה של המים ה"חמים"? מהי הטמפרטורה של מים "קרים"? הכתבה לא אומרת על זה מילה. מכאן אפשר להסיק - כל הכתבה היא שטות!

גריגורי, 06/04/2013 12:17

דודיק, לפני שקוראים למאמר שטויות, צריך לחשוב כדי ללמוד, לפחות קצת. ולא רק למדוד.

דמיטרי , 24/12/2013 10:57

מולקולות מים חמים נעות מהר יותר מאשר במים קרים, בגלל זה יש מגע קרוב יותר עם סביבה, נראה שהם סופגים את כל הקור ומאט במהירות.

איוון, 10.01.2014 05:53

מפתיע שמאמר אנונימי שכזה הופיע באתר זה. המאמר אינו מדעי לחלוטין. גם המחבר וגם הפרשנים התחרו זה בזה בחיפוש אחר הסבר לתופעה, ולא טרחו לברר אם התופעה נצפית בכלל, ואם היא נצפית, אז באילו תנאים. יתרה מכך, אין אפילו הסכמה על מה שאנו רואים בפועל! אז המחבר מתעקש על הצורך להסביר את ההשפעה של הקפאה מהירה של גלידה חמה, אם כי מכל הטקסט (והמלים "ההשפעה נמצאה בניסויים עם גלידה") עולה שהוא עצמו לא הקים כזו. ניסויים. מהווריאציות של "הסבר" של התופעה המפורטות במאמר, ניתן לראות שמתוארים ניסויים שונים לחלוטין, המוגדרים ב תנאים שוניםעם שונה תמיסות מימיות. הן מהות ההסברים והן הלך הרוח המשנה בהם מעידים על כך שאפילו אימות יסודי של הרעיונות שהובעו לא בוצע. מישהו שמע בטעות סיפור מוזר והביע כלאחר יד את מסקנתו הספקולטיבית. אני מצטער אבל זה לא פיזי מחקר מדעי, ושיחה בחדר עישון.

איוון , 01/10/2014 06:10

לגבי ההערות בכתבה על מילוי הגלילים במים חמים ומאגרי כביסה קרים. הכל פשוט מנקודת המבט של הפיזיקה היסודית. משטח ההחלקה מלא במים חמים רק בגלל שהוא קופא לאט יותר. המשטח חייב להיות מפולס וחלק. נסו למלא אותו במים קרים - תקבלו בליטות ו"זרימות", כי. מים _במהירות_ יקפאו מבלי להספיק להתפשט בשכבה אחידה. ולחם יהיה זמן להתפשט בשכבה אחידה, והוא ימיס את בליטות הקרח והשלג הקיימות. עם מכונת כביסה גם לא קשה: לשפוך מים נקייםזה לא הגיוני בכפור - זה קופא על זכוכית (אפילו חם); וחומר נגד קפיאה חם יכול לגרום לזכוכית קרה להיסדק, בנוסף לזכוכית תהיה טמפרטורה גבוההמקפיאה עקב אידוי מואץ של אלכוהול עדיין בדרך לכוס (האם כולם מכירים את עקרון הפעולה של דומם הירח? - אלכוהול מתנדף, מים נשארים).

איוון , 01/10/2014 06:34

אבל למעשה התופעה, זה טיפשי לשאול מדוע שני ניסויים שונים בתנאים שונים מתקדמים בצורה שונה. אם הניסוי מוגדר בצורה נקייה, אז אתה צריך לקחת מים חמים וקרים מאותו הדבר תרכובת כימית- קח מים רותחים מקוררים מראש מאותו קומקום. מוזגים לכלים זהים (למשל כוסות דקיקות). שמנו לא על השלג, אלא על אותו בסיס אחיד ויבש, למשל, שולחן עץ. ולא במיקרו-מקפיא, אלא בתרמוסטט בעל נפח מספיק - ערכתי ניסוי לפני כמה שנים בארץ, כשבחוץ היה מזג אוויר כפור יציב, בערך -25C. מים מתגבשים בטמפרטורה מסוימת לאחר שחרור חום ההתגבשות. ההשערה מסתכמת באמירה שמים חמים מתקררים מהר יותר (זה נכון, בהתאם לפיזיקה הקלאסית, קצב העברת החום הוא פרופורציונלי להפרש הטמפרטורות), אך שומרת מהירות מוגברתקירור גם כאשר הטמפרטורה שלו שווה לטמפרטורת המים הקרים. השאלה היא, במה שונים מים שהתקררו לטמפרטורה של +20C בחוץ מאותם מים בדיוק שהתקררו לטמפרטורה של +20C שעה לפני כן, אבל בחדר? הפיזיקה הקלאסית (אגב, לא מבוססת על פטפוט בחדר עישון, אלא על מאות אלפי ומיליוני ניסויים) אומרת: כן, שום דבר, דינמיקת קירור נוספת תהיה זהה (רק מים רותחים יגיעו לנקודת +20 מאוחר יותר ). והניסוי מראה את אותו הדבר: כשכבר יש קרום מוצק של קרח בכוס מים קרים בתחילה, מים חמים אפילו לא חשבו על הקפאה. נ.ב. להערותיו של יורי קוזנצוב. נוכחות של השפעה מסוימת יכולה להיחשב מבוססת כאשר מתוארים התנאים להתרחשותה והיא משוכפלת ביציבות. וכשיש לנו ניסויים לא מובנים עם תנאים לא ידועים, זה מוקדם לבנות תיאוריות של ההסבר שלהם וזה לא נותן כלום עם נקודה מדעיתחָזוֹן. P.P.S. ובכן, אי אפשר לקרוא את ההערות של אלכסיי משנב בלי דמעות של רגש - אדם חי באיזשהו עולם בדיוני שאין לו שום קשר לפיזיקה ולניסויים אמיתיים.

גריגורי, 13/01/2014 10:58

איוון, אני מבין שאתה מפריך את אפקט המפמבה? זה לא קיים, כפי שהניסויים שלך מראים? למה זה כל כך מפורסם בפיזיקה, ולמה רבים מנסים להסביר את זה?

איוון , 14/02/2014 01:51

צהריים טובים, גרגורי! ההשפעה של ניסוי מבויים לא טהור קיימת. אבל, כפי שאתם מבינים, זו לא סיבה לחפש דפוסים חדשים בפיזיקה, אלא סיבה לשפר את המיומנות של הנסיין. כפי שכבר ציינתי בהערות, בכל הניסיונות המוזכרים להסביר את "אפקט המפמבה", החוקרים לא יכולים אפילו לבטא בבירור מה בדיוק ובאילו תנאים הם מודדים. ואתה רוצה להגיד שאלו פיזיקאים ניסויים? אל תצחיק אותי. ההשפעה ידועה לא בפיזיקה, אלא בדיונים פסאודו-מדעיים בפורומים ובבלוגים שונים, שהים הוא כיום. כהשפעה פיזיקלית אמיתית (במובן זה כתוצאה מכמה חוקים פיזיקליים חדשים, ולא כתוצאה מפרשנות לא נכונה או סתם מיתוס), אנשים הרחוקים מפיזיקה תופסים זאת. אז אין סיבה לדבר כאחד השפעה פיזיתעל תוצאות ניסויים שונים שנקבעו בתנאים שונים לחלוטין.

פאבל, 18/02/2014 09:59

הממ, חבר'ה... מאמר ל"Speed ​​​​Info"... בלי להעליב... ;) איוון צודק בכל דבר...

גרגורי, 19/02/2014 12:50

איוון, אני מסכים שיש הרבה אתרים פסאודו-מדעיים שמפרסמים חומר סנסציוני לא מאומת עכשיו.? אחרי הכל, ההשפעה של Mpemba עדיין נחקרת. יתרה מכך, מדענים מאוניברסיטאות חוקרים. לדוגמה, בשנת 2013, השפעה זו נחקרה על ידי קבוצה מאוניברסיטת הטכנולוגיה בסינגפור. עיין בקישור http://arxiv.org/abs/1310.6514. הם מאמינים שמצאו הסבר להשפעה הזו. לא אכתוב בהרחבה על מהות התגלית, אבל לדעתם, ההשפעה קשורה להבדל באנרגיות האגורות בקשרי מימן.

Moiseeva N.P. , 19/02/2014 03:04

לכל מי שמתעניין במחקר על אפקט Mpemba, השלמתי מעט את החומר של המאמר ונתתי קישורים שבהם תוכלו לקרוא התוצאות האחרונות(ראה טקסט). תודה על ההערות.

אילדאר , 24/02/2014 04:12 | זה לא הגיוני לרשום הכל

אם אפקט המפמבה הזה באמת מתרחש, אז יש לחפש את ההסבר, לדעתי, במבנה המולקולרי של המים. מים (כפי שלמדתי מהספרות המדעית הפופולרית) קיימים לא כמולקולות H2O בודדות, אלא כצבירים של כמה מולקולות (אפילו עשרות). עם עלייה בטמפרטורת המים, מהירות התנועה של מולקולות עולה, הצבירים מתפרקים זה בזה ולקשרי הערכיות של המולקולות אין זמן להרכיב צבירים גדולים. לוקח קצת יותר זמן ליצור אשכולות מאשר להאט את מהירות המולקולות. ומכיוון שהצבירים קטנים יותר, היווצרות סריג הגביש מהירה יותר. במים קרים, ככל הנראה, אשכולות גדולים ויציבים למדי מונעים היווצרות של סריג; לוקח קצת זמן עד להשמדתם. אני עצמי ראיתי בטלוויזיה אפקט מוזר, כאשר מים קרים שעומדים בשקט בצנצנת נשארו נוזליים במשך מספר שעות בקור. אבל ברגע שהרימו את הצנצנת, כלומר הזיזו מעט ממקומה, המים בצנצנת התגבשו מיד, הפכו אטומים והצנצנת התפוצצה. ובכן, הכומר שהראה השפעה זו הסביר זאת בכך שהמים קודשו. אגב, מסתבר שהמים משנים מאוד את צמיגותם בהתאם לטמפרטורה. אנחנו, כיצורים גדולים, לא שמים לב לכך, אבל ברמת סרטנים קטנים (מ"מ ופחות), ועוד יותר חיידקים, צמיגות המים היא גורם משמעותי ביותר. הצמיגות הזו, לדעתי, ניתנת גם על ידי גודלם של אשכולות המים.

אפור , 15/03/2014 05:30

כל מה שמסביב שאנו רואים הוא מאפיינים פני השטח (מאפיינים), אז אנחנו לוקחים לאנרגיה רק ​​מה שאנחנו יכולים למדוד או להוכיח קיום בכל דרך שהיא, אחרת זה מבוי סתום. ניתן להסביר את התופעה הזו, אפקט Mpemba, רק על ידי תיאוריה נפחית פשוטה שתאחד את כל המודלים הפיזיקליים למבנה אחד של אינטראקציה. למעשה זה פשוט

ניקיטה, 06/06/2014 04:27 | אוטו

אבל איך לגרום למים להישאר קרים ולא להיות חמים כשאתה נכנס למכונית!

אלכסי, 03.10.2014 01:09

והנה עוד "תגלית", בדרכים. מים בבקבוק פלסטיק קופאים הרבה יותר מהר עם פקק פתוח. למען הכיף התנסיתי פעמים רבות בכפור עז. ההשפעה ברורה. שלום לתיאורטיקנים!

יוג'ין, 27/12/2014 08:40

העיקרון של מצנן אידוי. אנחנו לוקחים שני בקבוקים סגורים הרמטית עם מים קרים וחמים. שמנו אותו בקור. מים קרים קופאים מהר יותר. עכשיו אנחנו לוקחים את אותם בקבוקים עם מים קרים וחמים, פותחים אותם ומכניסים לקר. מים חמים יקפאו מהר יותר ממים קרים. אם ניקח שני אגנים עם מים קרים וחמים, אז מים חמים יקפאו הרבה יותר מהר. זאת בשל העובדה שאנו מגבירים את המגע עם האטמוספרה. ככל שהאידוי חזק יותר, כך הטמפרטורה יורדת מהר יותר. כאן יש צורך להזכיר את גורם הלחות. ככל שהלחות נמוכה יותר, האידוי חזק יותר והקירור חזק יותר.

אפור TOMSK, 03/01/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - המשך מה שאתה יודע על טמפרטורה זה לא הכל. יש משהו אחר. אם תרכיב נכון מודל פיזיקלי של טמפרטורה, אז זה יהפוך למפתח לתיאור תהליכי אנרגיה מדיפוזיה, התכה והתגבשות לסולמות כגון עלייה בטמפרטורה עם עלייה בלחץ, עלייה בלחץ עם עלייה בטמפרטורה. אפילו המודל הפיזי של אנרגיית השמש יתבהר מהאמור לעיל. אני בחורף. . בתחילת האביב של 20013, לאחר שבדקתי את דגמי הטמפרטורה, ערכתי מודל טמפרטורה כללי. אחרי כמה חודשים נזכרתי בפרדוקס הטמפרטורה, ואז הבנתי... שמודל הטמפרטורה שלי מתאר גם את פרדוקס המפמבה. זה היה בחודשים מאי - יוני 2013. באיחור של שנה, אבל זה לטובה. המודל הפיזי שלי הוא מסגרת הקפאה וניתן לגלול אותו גם קדימה וגם אחורה ויש לו את הכישורים המוטוריים של הפעילות, עצם הפעילות שבה הכל זז. יש לי 8 כיתות בית ספר ושנתיים בקולג' עם חזרה על הנושא. עברו 20 שנה. אז אני לא יכול לייחס שום סוג של מודלים פיזיים של מדענים מפורסמים, כמו גם נוסחאות. כל כך מצטער.

אנדריי , 08.11.2015 08:52

באופן כללי, יש לי רעיון למה מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים. ובהסברים שלי הכל מאוד פשוט אם אתה מעוניין אז תכתוב לי מייל: [מוגן באימייל]

אנדריי , 08.11.2015 08:58

אני מצטער, נתתי את תיבת הדואר הלא נכונה הנה האימייל הנכון: [מוגן באימייל]

ויקטור , 23/12/2015 10:37

נראה לי שהכל יותר פשוט, שלג יורד איתנו, זה גז אידוי, מקורר, אז אולי בכפור הוא מתקרר מהר יותר חם כי הוא מתאדה ומיד מתגבש רחוק מלעלות, ומים במצב גז מתקררים מהר יותר מאשר בנוזל. )

בקז'אן , 28/01/2016 09:18

גם אם מישהו היה חושף את חוקי העולם האלה שקשורים להשפעה הזו, הוא לא היה כותב כאן.מנקודת מבטי, זה לא יהיה הגיוני לחשוף את סודותיו למשתמשי האינטרנט כשהוא יכול לפרסם את זה בכתבי עת מדעיים מפורסמים. הוכיח זאת בעצמו בפני האנשים. אז מה שיכתוב על האפקט הזה כאן, כל הרוב הזה לא הגיוני.)))

אלכס , 22/02/2016 12:48

שלום נסיינים אתה צודק באמירת המדע מתחיל איפה... לא מדידות, אלא חישובים. "ניסוי" - טיעון נצחי והכרחי לחסרי דמיון וחשיבה לינארית פגע בכולם, עכשיו במקרה של E \u003d mc2 - האם כולם זוכרים? מהירות הטיסה של מולקולות מתוך מים קרים לאטמוספירה קובעת את כמות האנרגיה שהן מובילות מהמים (קירור - אובדן אנרגיה) מהירות המולקולות ממים חמים גבוהה בהרבה והאנרגיה הנישאת בריבוע (הקצב של קירור של מסת המים הנותרת) זה הכל, אם תעזוב מ"ניסוי" ותזכור יסודותמַדָע

ולדימיר , 25/04/2016 10:53 | מטאו

באותם ימים שבהם חומר מונע קפיאה היה דבר נדיר, המים ממערכת הקירור של מכוניות במוסך לא מחומם של צי רכב נוקזו לאחר יום עבודה כדי לא להפשיר את בלוק הצילינדר או הרדיאטור - לפעמים שניהם יחד. מים חמים נשפכו בבוקר. בכפור עז, המנועים התניעו ללא בעיות. איכשהו, בגלל המחסור במים חמים, נשפכו מים מהברז. המים קפאו מיד. הניסוי היה יקר - בדיוק כמו שעולה לקנות ולהחליף את בלוק הצילינדר והרדיאטור של מכונית ZIL-131. מי שלא מאמין שיבדוק. ומפמבה התנסו בגלידה. בגלידה, ההתגבשות מתנהלת אחרת מאשר במים. נסה לנגוס חתיכת גלידה וחתיכת קרח עם השיניים. סביר להניח שהוא לא קפא, אלא התעבה כתוצאה מהקירור. ומים טריים, בין אם הם חמים או קרים, קופאים ב-0*C. מים קרים הם מהירים, אבל מים חמים צריכים זמן להתקרר.

נודד , 06.05.2016 12:54 | לאלכס

"c" - מהירות האור בוואקום E=mc^2 - נוסחה המבטאת את השקילות של מסה ואנרגיה

אלברט, 27/07/2016 08:22

ראשית, אנלוגיה עם גופים מוצקים(אין תהליך אידוי). צינורות מים נחושת מולחמים לאחרונה. התהליך מתרחש על ידי חימום מבער הגז לטמפרטורת ההיתוך של ההלחמה. זמן החימום של מפרק אחד עם הצימוד הוא כדקה אחת. הלחמתי מפרק אחד עם הצימוד ואחרי כמה דקות הבנתי שהלחמתי אותו לא נכון. זה לקח קצת כדי לגלול את הצינור בחיבור. התחלתי לחמם את הג'וינט שוב ​​עם מבער ולמרבה ההפתעה לקח 3-4 דקות לחמם את הג'וינט לנקודת ההיתוך. איך זה!? אחרי הכל, הצינור עדיין חם ונראה שצריך הרבה פחות אנרגיה כדי לחמם אותו לנקודת ההיתוך, אבל הכל התברר להיפך. הכל קשור למוליכות התרמית, שהיא הרבה יותר גבוהה עבור צינור שכבר מחומם והגבול בין הצינורות המחוממים והקרים הצליח להתרחק מהצומת תוך שתי דקות. עכשיו לגבי מים. נפעל עם המושגים של כלי חם וחצי מחומם. בכלי חם נוצר גבול טמפרטורה צר בין חלקיקים חמים וניידים מאוד לבין חלקיקים קרים הנעים במהירות יחסית מהפריפריה למרכז, מכיוון שבגבול זה חלקיקים מהירים מוותרים במהירות על האנרגיה שלהם (קרר). ) על ידי חלקיקים בצד השני של הגבול. מאז הנפח של חלקיקים קרים חיצוניים הוא גדול יותר, אז חלקיקים מהירים, נותן שלהם אנרגיית תרמית, לא יכול לחמם באופן משמעותי את החלקיקים הקרים החיצוניים. לכן, תהליך קירור המים החמים מתרחש מהר יחסית. למים מחוממים למחצה, לעומת זאת, יש מוליכות תרמית נמוכה בהרבה, ורוחב הגבול בין חלקיקים מחוממים למחצה וקרים הרבה יותר רחב. העקירה למרכז גבול כה רחב מתרחשת הרבה יותר לאט מאשר במקרה של כלי חם. כתוצאה מכך, כלי חם מתקרר מהר יותר מכלי חם. אני חושב שיש צורך לעקוב אחר הדינמיקה של תהליך הקירור של מים בטמפרטורות שונות על ידי הצבת מספר חיישני טמפרטורה מהאמצע ועד לקצה הכלי.

מקסימום, 19/11/2016 05:07

זה אומת: בימאל, בכפור, צינור עם מים חמים קופא ויש לחמם אותו, אבל לא קר!

ארתם, 09.12.2016 01:25

זה קשה, אבל אני חושב שמים קרים צפופים יותר ממים חמים, אפילו טובים יותר ממים רתוחים, ואז יש האצה בקירור, כלומר. מים חמים מגיעים לטמפרטורה הקרה ועוקפים אותה, ואם לוקחים בחשבון את העובדה שמים חמים קופאים מלמטה ולא מלמעלה, כמו שכתוב למעלה, זה מזרז מאוד את התהליך!

אלכסנדר סרגייב, 21.08.2017 10:52

אין השפעה כזו. אבוי. בשנת 2016 פורסם מאמר מפורט בנושא ב-Nature: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect ממנו ברור שאם הניסויים יבוצעו בזהירות (אם הדגימות של מים חמים וקרים הם זהה בכל דבר מלבד טמפרטורה), ההשפעה אינה נצפה .

Headlab, 22/08/2017 05:31

ויקטור , 27/10/2017 03:52

"זה באמת כך." - אם בית הספר לא הבין מהי יכולת החום וחוק שימור האנרגיה. קל לבדוק - בשביל זה צריך: חשק, ראש, מחוגים, מים, מקרר ושעון מעורר. ומשטחי ההחלקה, כפי שכותבים מומחים, קפואים (מלאים) במים קרים, ובאמצעות מים חמימים מפלסים את הקרח החתוך. ובחורף אתה צריך לשפוך נוזל נגד הקפאה לתוך מאגר מכונת הכביסה, לא מים. מים יקפאו בכל מקרה, ומים קרים יקפאו מהר יותר.

אירינה , 23/01/2018 10:58

מדענים בכל העולם נאבקים עם הפרדוקס הזה מאז תקופת אריסטו, ויקטור, זבלב וסרגייב התבררו כחכמים ביותר.

דניס, 02/01/2018 08:51

הכל נכון בכתבה. אבל הסיבה היא קצת אחרת. בתהליך הרתיחה, האוויר המומס בו מתאדה מהמים, ולכן ככל שהמים הרותחים מתקררים, כתוצאה מכך, צפיפותם תהיה קטנה מזו של מים גולמיים באותה טמפרטורה. אין סיבות אחרות למוליכות תרמית שונה מלבד צפיפות שונה.

Headlab, 03/01/2018 08:58 | מעבדת ראש

אירינה :), "מדענים של כל העולם" לא נלחמים ב"פרדוקס הזה", עבור מדענים אמיתיים ה"פרדוקס" הזה פשוט לא קיים - זה מאומת בקלות בתנאים הניתנים לשחזור היטב. ה"פרדוקס" הופיע עקב הניסויים הבלתי ניתנים לשחזור של הילד האפריקאי Mpemba והוא נופח על ידי "מדענים" דומים :)

חוקרים רבים העלו ומציגים גרסאות משלהם מדוע מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים. זה נראה פרדוקס - אחרי הכל, כדי להקפיא, מים חמים צריכים קודם להתקרר. עם זאת, העובדה נשארת בעינה, ומדענים מסבירים זאת בדרכים שונות.

גרסאות עיקריות

כרגע, יש כמה גרסאות שמסבירות עובדה זו:

1. מכיוון שהאיידוי במים חמים מהיר יותר, נפחם יורד. כמות קטנה יותר של מים באותה טמפרטורה קופאת מהר יותר.
2. לתא ההקפאה של המקרר יש ריפוד שלג. מיכל המכיל מים חמים ממיס את השלג שמתחתיו. זה משפר את המגע התרמי עם המקפיא.
3. הקפאת מים קרים, שלא כמו חמים, מתחילה מלמעלה. במקרה זה, הסעה וקרינת חום, וכתוצאה מכך, איבוד החום מחמיר.
4. במים קרים יש מוקדי התגבשות - חומרים מומסים בהם. עם תכולה קטנה מהם במים, הדובדבן קשה, אם כי במקביל, היפותרמיה שלו אפשרית - כאשר יש לו מצב נוזלי בטמפרטורות מתחת לאפס.

למרות שזה הוגן להגיד את זה ההשפעה הזאתלא תמיד נצפה. מים קרים לרוב קופאים מהר יותר ממים חמים.

באיזו טמפרטורה מים קופאים

למה מים קופאים בכלל? הוא מכיל כמות מסוימת של חלקיקים מינרלים או אורגניים. אלה, למשל, יכולים להיות חלקיקים עדינים מאוד של חול, אבק או חימר. כאשר טמפרטורת האוויר יורדת, חלקיקים אלו הופכים למרכזים שסביבם נוצרים גבישי קרח.

תפקידם של גרעיני התגבשות יכול להתבצע גם על ידי בועות אוויר וסדקים במיכל המכיל מים. קצב תהליך הפיכת המים לקרח מושפע במידה רבה ממספר המרכזים הללו - אם יש רבים מהם, הנוזל קופא מהר יותר. בתנאים רגילים, עם לחץ אטמוספרי תקין, המים עוברים למצב מוצק מנוזל בטמפרטורה של 0 מעלות.

המהות של אפקט Mpemba

אפקט המפמבה מובן כפרדוקס, שעיקרו הוא שבנסיבות מסוימות מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים. לתופעה זו הבחינו אריסטו ודקארט. עם זאת, רק ב-1963 קבע ארסטו מפמבה, תלמיד בית ספר מטנזניה, שגלידה חמה קופאת יותר מ- זמן קצרמאשר קר. הוא עשה מסקנה כזו בזמן ביצוע משימת הבישול.

הוא נאלץ להמיס סוכר בחלב מבושל ולאחר קירורו להכניסו למקרר להקפאה. ככל הנראה, Mpemba לא היה שונה בחריצות מיוחדת והחל לבצע את החלק הראשון של המשימה באיחור. לכן לא המתין שהחלב יתקרר, והכניס אותו למקרר חם. הוא הופתע מאוד כשהיא קפאה מהר אפילו יותר מזה של חבריו לכיתה, שעשו את העבודה בהתאם לטכנולוגיה הנתונה.

עובדה זו עניינה את הצעיר מאוד, והוא החל בניסויים במים רגילים. בשנת 1969, כתב העת Physics Education פרסם את תוצאות המחקר של Mpemba ופרופסור דניס אוסבורן מאוניברסיטת דאר א-סלאם. האפקט שתיארו קיבל את השם Mpemba. עם זאת, גם כיום אין הסבר ברור לתופעה. כל המדענים מסכימים שהתפקיד העיקרי בכך שייך להבדלים בתכונות של מים צוננים וחמים, אבל מה בדיוק לא ידוע.

גרסת סינגפור

גם פיזיקאים מאחת האוניברסיטאות בסינגפור התעניינו בשאלה אילו מים קופאים מהר יותר - חמים או קרים? צוות חוקרים בראשות שי ג'אנג הסביר את הפרדוקס הזה בדיוק לפי תכונות המים. כולם עדיין יודעים את הרכב המים מבית הספר - אטום חמצן ושני אטומי מימן. חמצן שואב במידה מסוימת אלקטרונים ממימן, ולכן המולקולה היא סוג מסוים של "מגנט".

כתוצאה מכך, מולקולות מסוימות במים נמשכות מעט זו לזו ומאוחדות על ידי קשר מימן. החוזק שלו נמוך פי כמה מהקשר הקוולנטי. חוקרים מסינגפור מאמינים שההסבר של פרדוקס המפמבה טמון דווקא בקשרי מימן. אם מולקולות מים ממוקמות קרוב מאוד זו לזו, אז אינטראקציה כה חזקה בין מולקולות יכולה לעוות את הקשר הקוולנטי באמצע המולקולה עצמה.

אבל כאשר המים מחוממים, המולקולות הקשורות מתרחקות מעט זו מזו. כתוצאה מכך מתרחשת הרפיה של קשרים קוולנטיים באמצע המולקולות עם החזרת האנרגיה העודפת ומעבר לרמת האנרגיה הנמוכה ביותר. זה מוביל לעובדה שמים חמים מתחילים להתקרר במהירות. כך לפחות מראים החישובים התיאורטיים שביצעו מדענים סינגפורים.

הקפאת מים מיידית - 5 טריקים מדהימים: וידאו

האגודה הבריטית המלכותית לכימיה מציעה פרס של 1,000 פאונד לכל מי שיכול להסביר מדעית מדוע, במקרים מסוימים, מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים.

"המדע המודרני עדיין לא יכול לענות על השאלה הפשוטה לכאורה הזו. יצרני גלידות וברמנים משתמשים באפקט הזה בעבודה היומיומית שלהם, אבל אף אחד לא באמת יודע למה זה עובד. בעיה זו ידועה במשך אלפי שנים, ופילוסופים כמו אריסטו ודקארט חשבו עליה", אמר פרופסור דיוויד פיליפס, נשיא האגודה הבריטית המלכותית לכימיה, שצוטט בהודעה לעיתונות של האגודה.

איך שף אפריקאי ניצח פרופסור בריטי לפיזיקה

זו לא בדיחה של אחד באפריל, אלא מציאות פיזית קשה. המדע של היום, שפועל בקלות על גלקסיות וחורים שחורים, בונה מאיצים ענקיים לחיפוש אחר קווארקים ובוזונים, אינו יכול להסביר כיצד מים יסודיים "פועלים". ספר הלימוד של בית הספר קובע חד משמעי שלוקח יותר זמן לקרר גוף חם מאשר לקרר גוף קר. אבל לגבי מים, החוק הזה לא תמיד מתקיים. אריסטו הפנה את תשומת הלב לפרדוקס זה במאה הרביעית לפני הספירה. ה. הנה מה שכתב היווני הקדום בספר "Meteorologica I": "העובדה שהמים מחוממים מראש תורמת להקפאתם. לכן, אנשים רבים, כאשר הם רוצים לקרר במהירות מים חמים, שמים אותם תחילה בשמש ... "בימי הביניים, פרנסיס בייקון ורנה דקארט ניסו להסביר את התופעה הזו. אבוי, לא הפילוסופים הגדולים ולא המדענים הרבים שפיתחו את הפיזיקה התרמית הקלאסית הצליחו בכך, ולכן עובדה לא נוחה כזו "נשכחה" במשך זמן רב.

ורק בשנת 1968 הם "נזכרו" בזכות תלמיד בית הספר ארסטו מפמבה מטנזניה, רחוק מכל מדע. בזמן שלמדה בבית ספר לבישול, בשנת 1963, קיבלה Mpembe בת ה-13 את המשימה להכין גלידה. לפי הטכנולוגיה, היה צורך להרתיח חלב, להמיס בו סוכר, לקרר אותו לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן להכניס אותו למקרר להקפאה. ככל הנראה, מפמבה לא היה תלמיד חרוץ והיסס. מחשש שלא יגיע בזמן עד סוף השיעור, הכניס את החלב החם שעדיין לא יגיע למקרר. להפתעתו, הוא קפא אפילו מוקדם יותר מהחלב של חבריו, שהוכן לפי כל הכללים.

כשמפמבה שיתף את התגלית שלו עם מורה לפיזיקה, הוא עשה ממנו צחוק מול כל הכיתה. מפמבה זכרה את העלבון. חמש שנים מאוחר יותר, כבר סטודנט באוניברסיטת דאר א-סלאם, הוא היה בהרצאה של הפיזיקאי המפורסם דניס ג'י אוסבורן. לאחר ההרצאה, הוא שאל את המדען שאלה: "אם אתה לוקח שני מיכלים זהים עם אותה כמות מים, האחד ב-35 מעלות צלזיוס (95 מעלות צלזיוס) והשני ב-100 מעלות צלזיוס (212 מעלות פרנהייט), ומניחים אותם במקפיא, ואז מים במיכל חם יקפאו מהר יותר. למה?" אתם יכולים לדמיין את תגובתו של פרופסור בריטי לשאלה של בחור צעיר מטנזניה שכוחת האל. הוא עשה צחוק מהתלמיד. עם זאת, Mpemba הייתה מוכנה לתשובה כזו ואתגרה את המדען להמר. הטיעון שלהם הגיע לשיאו במבחן ניסיוני שהוכיח שמפמבה צדק ואוסבורן הביס. אז התלמיד-מבשל רשם את שמו בהיסטוריה של המדע, ומעתה נקראת התופעה הזו "אפקט המפמבה". לזרוק אותו, להכריז עליו כאילו "לא קיים" לא עובד. התופעה קיימת, וכפי שכתב המשורר, "לא בשן עם רגל".

האם חלקיקי אבק וחומרים מומסים אשמים?

במהלך השנים, רבים ניסו לפענח את תעלומת המים הקפואים. הוצעו חבורה שלמה של הסברים לתופעה הזו: אידוי, הסעה, השפעת המומסים - אבל אף אחד מהגורמים הללו לא יכול להיחשב סופי. מספר מדענים הקדישו את כל חייהם לאפקט המפמבה. עובד המחלקה לבטיחות בקרינה אוניברסיטת המדינהניו יורק - ג'יימס בראונרידג' - ב זמן חופשיחוקר את הפרדוקס כבר למעלה מעשור. לאחר ביצוע מאות ניסויים, המדען טוען שיש לו עדויות ל"אשמת" ההיפותרמיה. בראונרידג' מסביר שב-0 מעלות צלזיוס, המים מתקררים רק, ומתחילים לקפוא כשהטמפרטורה יורדת מתחת. נקודת הקיפאון מווסתת על ידי זיהומים במים - הם משנים את קצב היווצרותם של גבישי קרח. לזיהומים, ואלה הם חלקיקי אבק, חיידקים ומלחים מומסים, יש טמפרטורת גרעין אופיינית שלהם, כאשר גבישי קרח נוצרים סביב מרכזי ההתגבשות. כאשר מספר יסודות נמצאים במים בו זמנית, נקודת הקיפאון נקבעת על ידי זה עם טמפרטורת הגרעין הגבוהה ביותר.

לצורך הניסוי, בראונרידג' לקח שתי דגימות מים באותה טמפרטורה והכניס אותן למקפיא. הוא גילה שאחת הדגימות תמיד קופאת לפני השנייה - ככל הנראה בגלל שילוב שונה של זיהומים.

Brownridge טוען כי מים חמים מתקררים מהר יותר בשל יותר הבדלבין הטמפרטורות של המים למקפיא - זה עוזר לו להגיע לנקודת הקיפאון לפני שהמים הקרים מגיעים לנקודת הקיפאון הטבעית שלהם, הנמוכה ב-5 מעלות צלזיוס לפחות.

עם זאת, הנימוק של בראונרידג' מעלה שאלות רבות. לכן, למי שיכול להסביר את אפקט המפמבה בדרכו שלו יש סיכוי להתחרות על אלף לירות שטרלינג מהחברה המלכותית הבריטית לכימיה.

שלום לכם אוהבים יקרים עובדות מעניינות. היום נדבר על. אבל אני חושב שהשאלה בכותרת אולי נראית פשוט אבסורדית - אבל צריך תמיד לסמוך לחלוטין על הידועים לשמצה" שכל ישר", במקום ניסוי אימות מוגדר בקפדנות. בואו ננסה להבין מדוע מים חמים קופאים מהר יותר ממים קרים?

התייחסות להיסטוריה

שבסוגיית הקפאת המים הקרים והחמים "לא הכל טהור" הוזכר בחיבוריו של אריסטו, אז נרשמו הערות דומות על ידי פ' בייקון, ר' דקארט וג'יי בלק. בהיסטוריה האחרונה, השם "פרדוקס מפמבה" הוצמד לאפקט זה - על שמו של תלמיד בית ספר מטנגניקה, ארסטו מפמבה, ששאל את אותה שאלה לפרופסור אורח לפיזיקה.

השאלה של הילד עלתה לא מאפס, אלא מתוך תצפיות אישיות גרידא על תהליך קירור תערובות גלידה במטבח. כמובן, החברים לכיתה שנכחו שם, יחד עם מורה בבית הספרלמפמבה נלעג - אולם לאחר אימות ניסיוני באופן אישי על ידי פרופסור ד' אוסבורן, הרצון ללעוג לאראסטו "התנדף" מהם. יתרה מכך, Mpemba, יחד עם הפרופסור, פרסמו תיאור מפורט של השפעה זו בשנת 1969 ב-Physics Education - ומאז השם הנ"ל תוקן בספרות המדעית.

מהי מהות התופעה?

מערך הניסוי הוא די פשוט: בהיותם דברים שווים, נבדקים כלים זהים בעלי דופן דקה, בהם יש כמויות מים שוות לחלוטין, הנבדלות רק בטמפרטורה. הכלים מועמסים למקרר, ולאחר מכן נרשם הזמן לפני היווצרות הקרח בכל אחד מהם. הפרדוקס הוא שבכלי עם נוזל חם יותר בהתחלה, זה קורה מהר יותר.

איך הפיזיקה המודרנית מסבירה זאת?

לפרדוקס אין הסבר אוניברסלי, שכן מספר תהליכים מקבילים מתקיימים יחד, שתרומתם עשויה להיות שונה מתנאים ראשוניים ספציפיים - אך עם תוצאה אחידה:

• היכולת של נוזל להתקרר - בתחילה מים קרים נוטים יותר להיפותרמיה, כלומר. נשאר נוזלי כאשר הטמפרטורה שלו כבר מתחת לנקודת הקיפאון
• קירור מואץ - קיטור ממים חמים הופך למיקרו-גבישים של קרח, אשר, בעת נפילה לאחור, מאיצים את התהליך ופועלים כ"מחליף חום חיצוני" נוסף.
• אפקט בידוד - בניגוד למים חמים, מים קרים קופאים מלמעלה, מה שמוביל לירידה בהעברת החום על ידי הסעה וקרינה

יש עוד מספר הסברים (בפעם האחרונה שהתחרות על ההשערה הטובה ביותר נערכה על ידי החברה המלכותית הבריטית לכימיה לאחרונה, ב-2012) - אבל עדיין אין תיאוריה חד משמעית לכל המקרים של שילובים של תנאי קלט...

21.11.2017 11.10.2018 אלכסנדר פירצב

« אילו מים קופאים מהר יותר קרים או חמים?”- נסו לשאול את החברים שלכם שאלה, סביר להניח שרובם יענו שמים קרים קופאים מהר יותר – ויעשו טעות.

למעשה, אם תכניסו למקפיא במקביל שני כלים באותו צורה ונפח, שאחד מהם יכיל מים קרים והשני חמים, אז מים חמים יקפאו מהר יותר.

אמירה כזו עשויה להיראות אבסורדית ובלתי סבירה. באופן הגיוני, מים חמים חייבים קודם להתקרר לטמפרטורה קרה, ומים קרים אמורים להפוך לקרח בשלב זה.

אז למה מים חמים עוקפים מים קרים בדרך לקפיאה? בואו ננסה להבין את זה.

היסטוריה של תצפיות ומחקרים

אנשים צפו בהשפעה הפרדוקסלית מאז ימי קדם, אבל אף אחד לא נתן לו משמעות מיוחדת. אז חוסר עקביות בקצב ההקפאה של מים קרים וחמים צוינו ברשימותיהם על ידי ארסטוטל, כמו גם על ידי רנה דקארט ופרנסיס בייקון. תופעה חריגהמתבטא לעתים קרובות בחיי היומיום.

במשך זמן רב, התופעה לא נחקרה בשום צורה ולא עוררה עניין רב בקרב מדענים.

המחקר על האפקט החריג החל ב-1963, כאשר סטודנט סקרן מטנזניה, ארסטו מפמבה, שם לב שחלב חם לגלידה קופא מהר יותר מחלב קר. בתקווה לקבל הסבר על הסיבות להשפעה החריגה, הצעיר שאל את המורה לפיזיקה שלו בבית הספר. עם זאת, המורה רק צחקה עליו.

מאוחר יותר, מפמבה חזר על הניסוי, אך בניסוי שלו הוא כבר לא השתמש בחלב, אלא במים, והאפקט הפרדוקסלי חזר על עצמו שוב.

שש שנים מאוחר יותר, ב-1969, שאל מפמבה את השאלה הזו לפרופסור לפיזיקה דניס אוסבורן, שהגיע לבית ספרו. הפרופסור התעניין בתצפית על הצעיר, כתוצאה מכך נערך ניסוי שאישר את נוכחות ההשפעה, אך הסיבות לתופעה זו לא נקבעו.

מאז, נקראת התופעה אפקט Mpemba.

לאורך ההיסטוריה של התצפיות המדעיות, הועלו השערות רבות לגבי הגורמים לתופעה.

אז בשנת 2012, החברה המלכותית הבריטית לכימיה תכריז על תחרות של השערות כדי להסביר את אפקט המפמבה. בתחרות השתתפו מדענים מכל העולם, בסך הכל נרשמו 22,000 עבודות מדעיות. למרות מספר כל כך מרשים של מאמרים, אף אחד מהם לא הבהיר את פרדוקס המפמבה.

הגרסה הנפוצה ביותר הייתה לפיה מים חמים קופאים מהר יותר, מכיוון שהם פשוט מתאדים מהר יותר, נפחם הופך קטן יותר, וככל שהנפח יורד, קצב הקירור שלהם עולה. הגרסה הנפוצה ביותר הופרכה בסופו של דבר, מכיוון שנערך ניסוי שבו לא נכלל אידוי, אך ההשפעה אושרה בכל זאת.

מדענים אחרים האמינו שהסיבה לאפקט המפמבה היא אידוי של גזים מומסים במים. לדעתם, בתהליך החימום מתאדים גזים המומסים במים, שבגללם הם מקבלים צפיפות גבוהה יותר ממים קרים. כידוע, עלייה בצפיפות מביאה לשינוי תכונות גשמיותמים (עלייה במוליכות תרמית), ומכאן להגדיל את קצב הקירור.

בנוסף, הועלו מספר השערות המתארות את קצב מחזור המים כפונקציה של הטמפרטורה. במחקרים רבים נעשה ניסיון לעמוד על הקשר בין חומר המיכלים בהם נמצא הנוזל. תיאוריות רבות נראו סבירות מאוד, אך לא ניתן היה לאשש אותן מדעית בשל מחסור בנתונים ראשוניים, סתירות בניסויים אחרים, או בשל העובדה שהגורמים שזוהו פשוט לא היו ברי השוואה לקצב קירור המים. כמה מדענים בעבודותיהם הטילו ספק בקיומה של האפקט.

בשנת 2013, חוקרים מהאוניברסיטה הטכנולוגית נאניאנג בסינגפור טענו כי פתרו את תעלומת אפקט המפמבה. לפי המחקר שלהם, הסיבה לתופעה נעוצה בעובדה שכמות האנרגיה האצורה בקשרי מימן בין מולקולות מים קרים וחמים שונה באופן משמעותי.

שיטות הדמיית מחשבהראה התוצאות הבאות: ככל שטמפרטורת המים גבוהה יותר, כך המרחק בין המולקולות גדול יותר בשל העובדה שכוחות הדחייה גדלים. וכתוצאה מכך, קשרי המימן של מולקולות נמתחים, אוגרים כמות גדולהאֵנֶרְגִיָה. כאשר מתקררים, המולקולות מתחילות להתקרב זו לזו, ומשחררות אנרגיה מקשרי מימן. במקרה זה, שחרור האנרגיה מלווה בירידה בטמפרטורה.

באוקטובר 2017, פיזיקאים ספרדים, במהלך מחקר נוסף, גילו שסילוק החומר משיווי המשקל (חימום חזק לפני קירור חזק) הוא שמשחק תפקיד גדול ביצירת האפקט. הם קבעו את התנאים שבהם הסבירות להשפעה היא מקסימלית. בנוסף, מדענים מספרד אישרו את קיומו של אפקט המפמבה ההפוך. הם גילו שכאשר מחומם, דגימה קרה יותר יכולה להגיע טמפרטורה גבוההמהר יותר מאשר חם.

למרות מידע ממצה וניסויים רבים, מדענים מתכוונים להמשיך ולחקור את ההשפעה.

אפקט Mpemba בחיים האמיתיים

תהיתם פעם למה בחורף משטח ההחלקה על הקרח מלא במים חמים ולא קרים? כפי שכבר הבנתם, הם עושים זאת כי משטח החלקה מלא במים חמים יקפא מהר יותר מאשר אם הוא היה מלא במים קרים. מאותה סיבה, מגלשות בעיירות קרח בחורף נשפכות במים חמים.

כך, ידע על קיומה של התופעה מאפשר לאנשים לחסוך זמן בהכנת אתרים לספורט חורף.

בנוסף, אפקט Mpemba משמש לעתים בתעשייה - כדי להפחית את זמן ההקפאה של מוצרים, חומרים וחומרים המכילים מים.