Az, hogy melyik víz fagy le gyorsabban, meleg vagy hideg, számos tényező befolyásolja, de maga a kérdés kissé furcsának tűnik. Magától értetődik, és a fizikából is ismert, hogy a forró víznek még időre van szüksége, hogy lehűljön a hasonló hideg víz hőmérsékletére ahhoz, hogy jéggé alakuljon. Hideg vízzel ez a szakasz kihagyható, és ennek megfelelően időben nyer.
De arra a kérdésre, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg - az utcán fagyban, az északi szélességi körök bármelyik lakója tudja. Valójában tudományosan kiderül, hogy mindenesetre a hideg víznek egyszerűen gyorsabban meg kell fagynia.
Így tett a fizikatanár is, akit 1963-ban Erasto Mpemba iskolás keresett meg azzal a kéréssel, hogy magyarázza el, miért fagy tovább a leendő fagyl alt hideg keveréke, mint ugyanaz, de forrón.
Ez nem világfizika, hanem valamiféle Mpemba fizika
A tanár csak nevetett ezen, de Deniss Osborn fizikaprofesszor, aki valamikor ugyanabba az iskolába járt, ahol Erasto is tanult, kísérletileg megerősítette egy ilyen hatás létezését, bár volt akkor erre nincs magyarázat. 1969-ben egy népszerű tudományos folyóiratban megjelent egy közös cikk a két férfitól, akik leírták ezt a különös hatást.
Azóta egyébként annak a kérdésnek, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg, megvan a maga neve - a hatás, vagy paradoxon, Mpemba.
Régen felmerült a kérdés
Természetesen előfordult már ilyen jelenség, és más tudósok munkái is megemlítették. Nemcsak egy iskolás fiút érdekelt ez a kérdés, hanem Francis Bacon, Rene Descartes és még Arisztotelész is gondolkodott rajta egy időben.
Ezek a paradoxon megoldásának megközelítései csak a huszadik század végén kezdõdtek.
A paradoxon előfordulásának feltételei
A fagyl althoz hasonlóan nem csak a közönséges víz fagy meg a kísérlet során. Bizonyos feltételeknek teljesülniük kell ahhoz, hogy vitába kerüljön, melyik víz fagy le gyorsabban – hideg vagy meleg. Mi befolyásolja ezt a folyamatot?
Most, a 21. században több olyan lehetőség is felmerült, amelyek megmagyarázhatjákezt a paradoxont. Hogy melyik víz fagy le gyorsabban, meleg vagy hideg, az attól függhet, hogy a meleg víz párolgási sebessége magasabb, mint a hideg víz. Így a térfogata csökken, és a térfogat csökkenésével a fagyasztási idő is rövidebb lesz, mintha hasonló kezdeti mennyiségű hideg vizet vennénk.
A fagyasztó már régóta kiolvasztva
Az, hogy melyik víz fagy le gyorsabban, és miért, azt befolyásolhatja a kísérlethez használt hűtőszekrény fagyasztójában található hóréteg. Ha két azonos térfogatú edényt veszünk, de az egyikben meleg, a másikban hideg víz van, akkor a melegvizes tartály megolvasztja alatta a havat, ezáltal javítva a hőszint érintkezését a hűtőszekrény falával. Egy hideg vizes tartály erre nem képes. Ha nincs ilyen hóborítás a hűtőtérben, a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia.
Felső - alsó
Azt a jelenséget is, amikor a víz gyorsabban fagy le – melegen vagy hidegen – a következőképpen magyarázzuk. A hideg víz bizonyos törvények betartásával a felső rétegekből fagyni kezd, amikor a forró víz fordítva - alulról felfelé kezd megfagyni. Kiderült, hogy a hideg víz, amelynek tetején helyenként már jégréteg is van, így rontja a konvekciós és hősugárzási folyamatokat, így megmagyarázza, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg. Fotók amatőrtőlmellékeljük a kísérleteket, és ez jól látható itt.
Hő jön ki, felfelé hajlik, és ott találkozik egy nagyon hideg réteggel. A hősugárzásnak nincs szabad útja, így a hűtési folyamat megnehezül. A meleg víznek egyáltalán nincsenek ilyen akadályai az útjában. Melyik fagy le gyorsabban – hidegen vagy melegen, amelytől függ a valószínű kimenetel, a választ kibővítheti azzal, hogy minden vízben vannak oldva bizonyos anyagok.
A víz összetételében lévő szennyeződések, mint az eredményt befolyásoló tényező
Ha nem csal, és ugyanolyan összetételű vizet használ, ahol bizonyos anyagok koncentrációja azonos, akkor a hideg víznek gyorsabban meg kell fagynia. De ha olyan helyzet áll elő, hogy az oldott kémiai elemek csak a forró vízben vannak jelen, míg a hideg víz nem rendelkezik velük, akkor a forró víznek lehetősége van korábban megfagyni. Ez azzal magyarázható, hogy a vízben oldott anyagok kristályosodási centrumokat hoznak létre, és ezeknek a központoknak kevés száma esetén a víz szilárd halmazállapotúvá alakulása nehézkes. Még a víz túlhűtése is lehetséges abban az értelemben, hogy nulla alatti hőmérsékleten folyékony halmazállapotú lesz.
De ezek a verziók, úgy tűnik, nem feleltek meg teljesen a tudósoknak, és tovább dolgoztak ezen a kérdésen. 2013-ban egy szingapúri kutatócsoport azt mondta, hogy megfejtették az ősi rejtélyt.
Kínai tudósok egy csoportja azt állítja, hogy ennek a hatásnak a titka a vízmolekulák közötti kötésekben, úgynevezett hidrogénkötésekben tárolt energia mennyiségében rejlik.
Kínai tudósok nyoma
A következő információk következnek, amelyek megértéséhez kémiai ismeretekkel kell rendelkeznie, hogy kitalálja, melyik víz fagy le gyorsabban - meleg vagy hideg. Mint tudod, a vízmolekula két H (hidrogén) atomból és egy O (oxigén) atomból áll, amelyeket kovalens kötések tartanak össze.
De egy molekula hidrogénatomja a szomszédos molekulákhoz, oxigénkomponensükhöz is vonzódik. Ezeket a kötéseket nevezzük hidrogénkötéseknek.
Érdemes megjegyezni, hogy ugyanakkor a vízmolekulák taszítóan hatnak egymásra. A tudósok megjegyezték, hogy amikor a vizet melegítik, megnő a molekulái közötti távolság, és ezt a taszító erők segítik elő. Kiderült, hogy a hidrogénkötések, amelyek hideg állapotban egy távolságot foglalnak el a molekulák között, feszítettnek mondhatók, és nagyobb az energiaellátásuk. Ez az energiatartalék szabadul fel, amikor a vízmolekulák közeledni kezdenek egymáshoz, vagyis lehűlés következik be. Kiderült, hogy a meleg vízben a nagyobb energiaellátás, illetve a nulla alatti hőmérsékletre hűtött nagyobb energiafelszabadulás gyorsabban megy végbe, mint a hideg vízben, amelynek ilyen ellátása van.kevesebb energia. Tehát melyik víz fagy le gyorsabban - hideg vagy meleg? Az Mpemba-paradoxonnak kint és a laborban kell megtörténnie, és a forró víznek gyorsabban jéggé kell alakulnia.
De még mindig nyitva
Ennek a nyomnak csak elméleti megerősítése van – mindez gyönyörű képletekkel van leírva, és hihetőnek tűnik. De ha a kísérleti adatokat, hogy melyik víz fagy le gyorsabban - hidegen vagy melegen, gyakorlati értelemben fogjuk értelmezni, és bemutatjuk az eredményeiket, akkor az Mpemba-paradoxon kérdését lezártnak tekinthetjük.
