इस लेख में, हम इस सवाल की जांच करेंगे कि गर्म पानी ठंडे पानी से अधिक तेजी से क्यों जमा होता है।

गर्म पानी ठंड की तुलना में बहुत तेजी से जमा देता है! पानी की यह अद्भुत संपत्ति, जिसकी सटीक व्याख्या वैज्ञानिकों को अब तक नहीं मिल सकी है, यह प्राचीन काल से ज्ञात है। उदाहरण के लिए, अरस्तू ने सर्दियों में मछली पकड़ने का वर्णन भी पाया: मछुआरों ने बर्फ में छेद में मछली पकड़ने की छड़ें डालीं, और ताकि वे तेजी से जम जाएं, वे गर्म पानी पर बर्फ डाल देंगे। इस घटना का नाम XX सदी के 60 के दशक में एरास्टो एम्पीम्बा रखा गया था। आइसक्रीम तैयार करते समय मेम्नेबा ने एक अजीब प्रभाव देखा, और अपने भौतिकी के शिक्षक डॉ। डेनिस ओस्बॉर्न के स्पष्टीकरण के लिए मुड़ गए। Mpemba और डॉ। ओस्बॉर्न ने विभिन्न तापमानों के पानी के साथ प्रयोग किया और निष्कर्ष निकाला: लगभग उबलते पानी को कमरे के तापमान पर पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमना शुरू होता है। अन्य वैज्ञानिकों ने अपने स्वयं के प्रयोग किए और हर बार समान परिणाम प्राप्त किए।

शारीरिक व्याख्या

ऐसा क्यों हो रहा है, इसकी कोई सार्वभौमिक रूप से स्वीकृत व्याख्या नहीं है। कई शोधकर्ताओं का सुझाव है कि यह सभी तरल के ठंडा होने के बारे में है, जो तब होता है जब इसका तापमान ठंड से नीचे चला जाता है। दूसरे शब्दों में, यदि पानी 0 ° C से नीचे के तापमान पर जम जाता है, तो सुपरकोलड पानी का तापमान हो सकता है, उदाहरण के लिए, -2 ° C और फिर भी बर्फ में बने बिना तरल रहता है। जब हम ठंडे पानी को जमने की कोशिश करते हैं, तो एक मौका होता है कि यह पहले ठंडा हो जाएगा, और कुछ समय बाद ही कठोर हो जाएगा। गर्म पानी में, अन्य प्रक्रियाएं होती हैं। बर्फ में इसका अधिक तेजी से परिवर्तन संवहन के साथ जुड़ा हुआ है।

कंवेक्शन   - यह एक भौतिक घटना है जिसमें तरल की गर्म निचली परतें बढ़ती हैं, और ऊपरी, ठंडा, कम होता है।

रोचक तथ्यों के प्रिय प्रेमियों। आज हम आपके बारे में बात करेंगे लेकिन मुझे लगता है कि हेडलाइन में डाला गया सवाल महज बेतुका लग सकता है - लेकिन किसी को हमेशा कुख्यात "सामान्य ज्ञान" पर पूरी तरह से भरोसा करना चाहिए, न कि कड़े परीक्षण अनुभव पर। आइए यह पता लगाने की कोशिश करें कि गर्म पानी ठंड की तुलना में तेजी से क्यों बढ़ता है?

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

कि ठंड और गर्म पानी के मुद्दे में "सब कुछ साफ नहीं है" का उल्लेख अरस्तू के लेखन में भी किया गया था, फिर एफ बेकन, आर। डेसकार्टेस और जे। ब्लैक ने भी इसी तरह के नोट बनाए। हाल के इतिहास में, इस आशय को "म्पेम्बा विरोधाभास" नाम दिया गया है - तांगानिका एरास्टो म्पेम्बा से स्कूली छात्र के बाद, जिसने भौतिकी के विजिटिंग प्रोफेसर से एक ही सवाल पूछा था।

लड़के का सवाल खरोंच से नहीं, बल्कि रसोई में आइसक्रीम मिश्रण की शीतलन प्रक्रिया के विशुद्ध रूप से व्यक्तिगत टिप्पणियों से उत्पन्न हुआ। बेशक, स्कूल शिक्षक के साथ वहां मौजूद सहपाठियों ने मम्पेबा का उपहास किया - हालाँकि, प्रोफेसर डी। ओसबोर्न द्वारा व्यक्तिगत रूप से एक प्रायोगिक जाँच के बाद, एरास्टो का "वाष्पीकृत" होने का मजाक उड़ाने की उनकी इच्छा। इसके अलावा, Mpemba, एक प्रोफेसर के साथ मिलकर, 1969 में भौतिकी शिक्षा में इस आशय का एक विस्तृत विवरण प्रकाशित किया - और तब से वैज्ञानिक साहित्य में उपरोक्त नाम तय किया गया है।

घटना का सार क्या है?

प्रयोग सेटअप काफी सरल है: क्रेटरिस परिबस, एक ही पतली दीवार वाले जहाजों का परीक्षण किया जाता है, उनमें पानी की सख्त मात्रा समान होती है, केवल तापमान में अंतर होता है। जहाजों को रेफ्रिजरेटर में लोड किया जाता है, जिसके बाद समय उनमें से प्रत्येक में बर्फ के गठन तक दर्ज किया जाता है। विरोधाभास यह है कि एक बर्तन में शुरू में गर्म तरल के साथ, यह तेजी से होता है।

आधुनिक भौतिकी यह कैसे समझाती है?

विरोधाभास की एक सार्वभौमिक व्याख्या नहीं है, क्योंकि कई समानांतर प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं, जिनमें से योगदान विशिष्ट प्रारंभिक स्थितियों से भिन्न हो सकता है - लेकिन एक समान परिणाम के साथ:

• तरल सुपरकूलिंग क्षमता - शुरू में ठंडे पानी से हाइपोथर्मिया होने का खतरा अधिक होता है, अर्थात। तरल तब रहता है जब उसका तापमान पहले से ही ठंड से कम हो
• त्वरित शीतलन - गर्म पानी से भाप बर्फ के माइक्रोक्रिस्टल्स में बदल जाती है, जो गिरने पर, प्रक्रिया को तेज करती है, एक अतिरिक्त "बाहरी हीट एक्सचेंजर" के रूप में काम करती है।
• इन्सुलेशन प्रभाव - ऊपर से गर्म, ठंडे पानी के विपरीत, जो संवहन और विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण में कमी की ओर जाता है

कई अन्य स्पष्टीकरण हैं (पिछली बार ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसाइटी ने 2012 में, हाल ही में सर्वश्रेष्ठ परिकल्पना के लिए एक प्रतियोगिता आयोजित की थी) - लेकिन इनपुट स्थितियों के संयोजन के सभी मामलों के लिए अभी भी कोई स्पष्ट सिद्धांत नहीं है ...

Mpamba प्रभाव (Mpemba विरोधाभास) एक विरोधाभास है जो कहता है कि कुछ शर्तों के तहत गर्म पानी ठंड की तुलना में तेजी से जमा देता है, हालांकि ठंड के दौरान इसे ठंडे पानी के तापमान को पारित करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो पारंपरिक अवधारणाओं का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, एक अधिक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान पर ठंडा करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है, कम गर्म शरीर की तुलना में एक ही तापमान पर ठंडा होने की आवश्यकता होती है।

इस घटना को अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने उस समय देखा था, लेकिन केवल 1963 में, तंजानियन स्कूलबॉय एरास्टो एम्पीम्बा ने पाया कि आइसक्रीम का एक गर्म मिश्रण ठंड की तुलना में तेजी से जम जाता है।

तंजानिया के मागम्बा हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एस्ट्रस्टो म्म्पेबा ने खाना पकाने पर व्यावहारिक काम किया। उसे घर पर बनी आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालना, उसमें चीनी घोलना, उसे कमरे के तापमान तक ठंडा करना और फिर उसे फ्रीज़ में रखने के लिए फ्रिज में रखना। जाहिरा तौर पर, एम्पीम्बा विशेष रूप से उत्साही छात्र नहीं थे और असाइनमेंट के पहले भाग को पूरा करने में संकोच करते थे। डर है कि वह सबक के अंत तक समय पर नहीं होगा, उसने रेफ्रिजरेटर में अभी भी गर्म दूध डाला। उनके आश्चर्य के लिए, यह उनके साथियों के दूध की तुलना में पहले भी जम गया, जो दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किया गया था।

उसके बाद, एम्पीम्बा ने न केवल दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया। किसी भी स्थिति में, जब वह पहले से ही मेक्वाव हाई स्कूल में छात्र थे, तो उन्होंने डार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओस्बॉर्न से पूछा (स्कूल प्रिंसिपल द्वारा छात्रों को भौतिकी पर एक व्याख्यान देने के लिए आमंत्रित किया गया) ठीक पानी के बारे में: "आप पानी के समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर लेते हैं।" ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीज़र में डाल दिया जाए, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों? " ओसबोर्न इस मुद्दे में दिलचस्पी रखने लगे और जल्द ही 1969 में, एम्पीबा के साथ मिलकर, उन्होंने अपने प्रयोगों के परिणामों को जर्नल फ़िज़िक्स एजुकेशन में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को कहा जाता है mpemba प्रभाव.

अब तक, कोई भी यह सुनिश्चित करने के लिए नहीं जानता है कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालांकि कई हैं। यह सभी गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि कौन से गुण इस मामले में एक भूमिका निभाते हैं: हाइपोथर्मिया, वाष्पीकरण, बर्फ के गठन, संवहन या अलग-अलग तापमान पर पानी में तरलीकृत गैसों के प्रभाव के अंतर।

एम्पीबा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान शरीर को परिवेश के तापमान तक ठंडा किया जाता है, वह इस शरीर और पर्यावरण के बीच के तापमान के अनुपात में होना चाहिए। यह कानून न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में कई बार इसकी पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 35 ° C के तापमान के साथ 100 ° C के तापमान के साथ पानी 0 ° C के तापमान तक ठंडा होता है।

फिर भी, यह अभी तक एक विरोधाभास नहीं है, क्योंकि एम्पीबा प्रभाव को प्रसिद्ध भौतिकी के ढांचे में समझाया जा सकता है। यहाँ Mpemba प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं:

भाप

गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान वाले पानी की थोड़ी मात्रा तेजी से जमा होती है। 100 C तक गर्म होने पर, 0 C तक ठंडा होने पर इसका पानी 16% कम हो जाता है।

वाष्पीकरण का प्रभाव दोहरा प्रभाव है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरी बात, इस तथ्य के कारण तापमान कम हो जाता है कि जल चरण से वाष्प चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है।

तापमान का अंतर

इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी और ठंडी हवा के बीच तापमान का अंतर अधिक है - इसलिए, इस मामले में गर्मी हस्तांतरण अधिक तीव्र है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।

supercooling

जब पानी 0 ° C से नीचे ठंडा हो जाता है, तो यह हमेशा जमता नहीं है। कुछ शर्तों के तहत, यह सुपरकोलिंग से गुजर सकता है, ठंड बिंदु से नीचे के तापमान पर तरल रहना जारी रखता है। कुछ मामलों में, -20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी पानी तरल रह सकता है।

इस आशय का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए, क्रिस्टल गठन केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक तापमान इतना गिर नहीं जाता कि क्रिस्टल अनायास बनने लगते हैं। जब वे एक सुपरकोलड तरल में बनना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, एक बर्फ कीचड़ का निर्माण करेंगे, जब जमे हुए, बर्फ का निर्माण करेंगे।

गर्म पानी सुपरकोलिंग के लिए सबसे अधिक अतिसंवेदनशील होता है क्योंकि इसका ताप भंग गैसों और बुलबुले को समाप्त कर देता है, जो बदले में, बर्फ क्रिस्टल के गठन के केंद्र के रूप में काम कर सकता है।

सुपरकूलिंग के कारण गर्म पानी तेजी से जमता है? ठंडे पानी के मामले में, जो सुपरकूल नहीं है, निम्नलिखित होता है। इस मामले में, बर्तन की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बनेगी। बर्फ की यह परत पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करेगी और आगे वाष्पीकरण को रोक देगी। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल के गठन की दर कम होगी। सुपरकूलिंग से गुजरने वाले गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, यह खुले शीर्ष के माध्यम से बहुत तेजी से गर्मी खो देता है।

जब सबकोलिंग प्रक्रिया समाप्त होती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी खो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बन जाता है।

इस आशय के कई शोधकर्ता Mpemba प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं।

कंवेक्शन

ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे गर्मी विकिरण और संवहन की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, और इसलिए गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमना शुरू हो जाता है।

इस प्रभाव को पानी के घनत्व में एक विसंगति द्वारा समझाया गया है। 4 C पर पानी का अधिकतम घनत्व होता है। यदि आप पानी को 4 C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान पर डालते हैं, तो पानी की सतह परत तेजी से मुक्त होगी। क्योंकि यह पानी 4 डिग्री सेल्सियस पर पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन स्थितियों के तहत, बर्फ की एक पतली परत पानी की सतह पर थोड़े समय के लिए बनेगी, लेकिन बर्फ की यह परत पानी की निचली परतों की रक्षा करने वाली एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो 4 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर रहेगी इसलिए आगे की शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी।

गर्म पानी के मामले में, स्थिति पूरी तरह से अलग है। वाष्पीकरण और एक बड़े तापमान अंतर के कारण पानी की सतह परत अधिक तेज़ी से ठंडी होगी। इसके अलावा, पानी की ठंडी परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में घनी होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब जाएगी, जिससे गर्म पानी की एक परत सतह पर आ जाएगी। पानी का यह परिसंचरण तापमान में तेजी से गिरावट प्रदान करता है।

लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक क्यों नहीं पहुंचती है? संवहन के दृष्टिकोण से एम्पीम्बा प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, यह माना जाना चाहिए कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसतन पानी का तापमान 4 डिग्री से नीचे चले जाने के बाद संवहन प्रक्रिया जारी रहती है।

हालांकि, इस परिकल्पना का समर्थन करने के लिए कोई प्रयोगात्मक सबूत नहीं है कि संवहन के दौरान पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं।

गैसें पानी में घुल गईं

पानी में हमेशा भंग गैसें होती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी गर्म होता है, तो ये गैसें पानी से निकल जाती हैं क्योंकि कम तापमान पर पानी में उनकी घुलनशीलता कम होती है। इसलिए, जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में इसमें हमेशा कम घुलने वाली गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और यह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी Mpemba प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य का समर्थन करने के लिए कोई प्रयोगात्मक सबूत नहीं है।

तापीय चालकता

जब छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर डिब्बे फ्रीजर में रखा जाता है तो यह तंत्र एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इन शर्तों के तहत, यह देखा गया कि गर्म पानी के साथ कंटेनर फ्रीजर की बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार और थर्मल चालकता के साथ थर्मल संपर्क में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, कंटेनर को ठंड से गर्म पानी के साथ तेजी से हटाया जाता है। बदले में, ठंडे पानी के साथ एक कंटेनर नीचे बर्फ पिघल नहीं करता है।

इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का कई प्रयोगों में अध्ययन किया गया था, लेकिन इस सवाल का कोई निश्चित जवाब नहीं है - उनमें से कौन Mpemba प्रभाव का 100% प्रजनन प्रदान करता है - प्राप्त किया गया था।

उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरेबाक ने इस प्रभाव पर पानी के सुपरकोलिंग के प्रभाव का अध्ययन किया था। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, एक सुपरकूल अवस्था में पहुंचना, ठंड से अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए बाद की तुलना में तेज होता है। लेकिन ठंडा पानी गर्म की तुलना में तेजी से एक सुपरकूल अवस्था में पहुंच जाता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है।

इसके अलावा, Auerbach के परिणामों ने पहले के निष्कर्षों का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक हाइपोथर्मिया प्राप्त कर सकता है। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो उसमें घुलने वाली गैसों को इससे निकाल दिया जाता है, और जब इसे उबाला जाता है, तो इसमें कुछ लवण घुल जाते हैं।

अब तक, केवल एक चीज की पुष्टि की जा सकती है - इस आशय का प्रजनन काफी हद तक उन परिस्थितियों पर निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि यह हमेशा पुन: पेश नहीं किया जाता है।

कौन सा पानी तेजी से गर्म या ठंडा होता है, कई कारकों से प्रभावित होता है, लेकिन सवाल ही कुछ अजीब लगता है। यह समझा जाता है, और यह भौतिकी से ज्ञात है, कि बर्फ में बदलने के लिए गर्म पानी की तुलना में ठंडे पानी के तापमान को ठंडा करने के लिए अभी भी समय चाहिए। ठंडे पानी में, इस चरण को छोड़ दिया जा सकता है, और, तदनुसार, समय में यह जीतता है।

लेकिन इस सवाल का जवाब कि पानी तेजी से निकलता है - ठंडा या गर्म - बाहर ठंडा है, उत्तरी अक्षांश के किसी भी निवासी को पता है। वास्तव में, वैज्ञानिक रूप से, यह पता चला है कि किसी भी मामले में, ठंडा पानी बस तेजी से जमना चाहिए।

एक भौतिकी शिक्षक, जिसे 1963 में एक स्कूलबॉय एरस्टो म्पेम्बा द्वारा संपर्क किया गया था, ने यह बताने के लिए कहा कि भविष्य के आइसक्रीम का ठंडा मिश्रण एक समान लेकिन गर्म एक से अधिक क्यों जमता है।

"यह विश्व भौतिकी नहीं है, लेकिन किसी प्रकार का भौतिक विज्ञान Mpemba"

उस समय, शिक्षक केवल इस पर हँसे, लेकिन भौतिकी के एक प्रोफेसर डेनिस ओस्बॉर्न, जिन्होंने एक बार उसी स्कूल में प्रवेश किया, जहां एरास्टो ने अध्ययन किया, प्रयोगात्मक रूप से इस तरह के प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की, हालांकि तब कोई स्पष्टीकरण नहीं था। 1969 में, एक लोकप्रिय वैज्ञानिक पत्रिका में, इन दो लोगों द्वारा एक संयुक्त लेख प्रकाशित किया गया था जिन्होंने इस अजीब प्रभाव का वर्णन किया था।

तब से, जिस तरह से, जिस सवाल का पानी तेजी से गर्म या ठंडा होता है, उसका अपना नाम है - प्रभाव, या विरोधाभास, एम्पीम्बा।

यह सवाल बहुत समय पहले उठा था

स्वाभाविक रूप से, ऐसी घटना पहले हुई थी, और इसका उल्लेख अन्य वैज्ञानिकों के कार्यों में किया गया था। न केवल छात्र को इस मुद्दे में दिलचस्पी थी, बल्कि रेने डेसकार्टेस और यहां तक \u200b\u200bकि अरस्तू ने भी नियत समय में इसके बारे में सोचा।

यहाँ केवल इस विरोधाभास को हल करने के दृष्टिकोण हैं जो केवल बीसवीं शताब्दी के अंत में खोज शुरू हुए थे।

विरोधाभास होने की स्थितियाँ

आइसक्रीम के मामले में, न केवल प्रयोग के दौरान साधारण पानी जम जाता है। ठंड या गर्म तेजी से पानी जमा देता है जो बहस शुरू करने के लिए कुछ शर्तें मौजूद होनी चाहिए। इस प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को क्या प्रभावित करता है?

अब, 21 वीं सदी में, कई विकल्प सामने रखे गए हैं जो इस विरोधाभास को समझा सकते हैं। कौन सा पानी तेजी से गर्म या ठंडा होता है, इस बात पर निर्भर करता है कि y में ठंड की तुलना में वाष्पीकरण की दर अधिक है। इस प्रकार, इसकी मात्रा कम हो जाती है, और मात्रा में कमी के साथ, ठंड का समय भी कम हो जाता है अगर हम ठंडे पानी की समान मात्रा लेते हैं।

यह लंबे समय से फ्रीजर को डीफ्रॉस्ट कर रहा है

किस तरह का पानी तेजी से जमता है, और ऐसा क्यों होता है, यह बर्फ के अस्तर से प्रभावित हो सकता है, जो कि प्रयोग के लिए उपयोग किए गए रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर में हो सकता है। यदि आप दो कंटेनर लेते हैं जो मात्रा में समान हैं, लेकिन उनमें से एक में गर्म पानी और दूसरा ठंडा होगा, गर्म पानी के साथ कंटेनर नीचे बर्फ को पिघला देगा, जिससे रेफ्रिजरेटर की दीवार के साथ गर्मी के स्तर के संपर्क में सुधार होगा। एक ठंडा पानी कंटेनर ऐसा नहीं कर सकता। यदि रेफ्रिजरेटर में बर्फ के साथ ऐसी कोई अस्तर नहीं है, तो ठंडे पानी को तेजी से फ्रीज करना चाहिए।

ऊपर - नीचे

इसके अलावा, जिस घटना के कारण पानी तेजी से गर्म या ठंडा होता है, उसे निम्न प्रकार से समझाया जाता है। कुछ कानूनों के बाद, ठंडा पानी ऊपरी परतों से जमना शुरू होता है, जब गर्म पानी विपरीत करता है - यह नीचे से ऊपर तक जमना शुरू होता है। इसके अलावा, यह पता चला है कि ठंडे पानी, शीर्ष पर पहले से गठित बर्फ के साथ एक ठंडी परत है, जो संवहन और थर्मल विकिरण की प्रक्रियाओं को बिगड़ती है, जिससे यह पता चलता है कि कौन सा पानी तेजी से जमा देता है - ठंडा या गर्म। शौकिया प्रयोगों से एक तस्वीर संलग्न है, और यहां यह स्पष्ट रूप से दिखाई देता है।

गर्मी बाहर निकलती है, ऊपर की ओर झुकती है, और वहां यह एक बहुत ठंडी परत के साथ मिलती है। गर्मी विकिरण के लिए कोई मुफ्त रास्ता नहीं है, इसलिए शीतलन प्रक्रिया मुश्किल हो जाती है। गर्म पानी बिल्कुल अपने रास्ते में ऐसी कोई बाधा नहीं है। जो तेजी से जमा देता है - ठंडा या गर्म, जिस पर संभावित परिणाम निर्भर करता है, आप इस तथ्य से जवाब का विस्तार कर सकते हैं कि किसी भी पानी में कुछ पदार्थ घुल गए हैं।

परिणाम को प्रभावित करने वाले कारक के रूप में पानी की संरचना में असमानताएं

यदि आप एक ही संरचना के साथ पानी को धोखा नहीं देते हैं और उपयोग करते हैं, जहां कुछ पदार्थों की सांद्रता समान है, तो ठंडे पानी को तेजी से फ्रीज करना चाहिए। लेकिन अगर कोई स्थिति होती है जब भंग रासायनिक तत्व केवल गर्म पानी में उपलब्ध होते हैं, लेकिन ठंडा पानी उनके पास नहीं होता है, तो पहले गर्म पानी को जमने की संभावना है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पानी में घुलने वाले पदार्थ क्रिस्टलीकरण केंद्र बनाते हैं, और इन केंद्रों की एक छोटी संख्या के साथ, एक ठोस राज्य में पानी का परिवर्तन मुश्किल है। यह सुपरकूल पानी के लिए भी संभव है, इस मायने में कि शून्य से कम तापमान पर यह तरल अवस्था में होगा।

लेकिन ये सभी संस्करण, जाहिरा तौर पर, वैज्ञानिकों से पूरी तरह से संतुष्ट नहीं थे और उन्होंने इस मुद्दे पर काम करना जारी रखा। 2013 में, सिंगापुर में शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि वे एक सदी पुरानी पहेली को हल करने में सक्षम थे।

चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह का तर्क है कि इस आशय का रहस्य ऊर्जा की मात्रा है जो पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन कहलाती है।

चीनी वैज्ञानिकों का जवाब

इसके बाद जानकारी होती है, जिसकी समझ के लिए रसायन विज्ञान में कुछ ज्ञान होना आवश्यक है, ताकि यह समझा जा सके कि पानी तेजी से बढ़ता है - गर्म या ठंडा। जैसा कि ज्ञात है, इसमें दो एच (हाइड्रोजन) परमाणु और एक ओ (ऑक्सीजन) परमाणु होते हैं जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं।

लेकिन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणु भी अपने ऑक्सीजन घटक को पड़ोसी अणुओं के लिए आकर्षित करते हैं। यह इन बांडों को हाइड्रोजन बांड कहा जाता है।

यह याद रखने योग्य है कि एक ही समय में, पानी के अणु एक दूसरे पर प्रतिकर्षण का कार्य करते हैं। वैज्ञानिकों ने उल्लेख किया कि जब पानी अपने अणुओं के बीच गर्म होता है, तो दूरी बढ़ जाती है, और यह सिर्फ प्रतिकारक शक्तियों द्वारा सुगम होता है। यह पता चला है कि, ठंडी अवस्था में अणुओं के बीच समान दूरी पर कब्जा करने पर, हम कह सकते हैं कि वे खिंचे हुए हैं, और उनके पास ऊर्जा की बड़ी आपूर्ति है। यह ऊर्जा की आपूर्ति है जो तब जारी की जाती है जब पानी के अणु एक दूसरे के करीब आने लगते हैं, यानी शीतलन होता है। यह पता चला है कि गर्म पानी में ऊर्जा की एक बड़ी आपूर्ति, और उप-शून्य तापमान तक ठंडा होने पर इसकी अधिक से अधिक रिहाई, ठंडे पानी की तुलना में तेजी से होती है, जिसमें ऐसी ऊर्जा की आपूर्ति कम होती है। तो कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म? सड़क और प्रयोगशाला में, एम्पीबाला विरोधाभास होना चाहिए, और गर्म पानी तेजी से बर्फ में बदल जाना चाहिए।

लेकिन सवाल अभी भी खुला है

इस सुराग की केवल सैद्धांतिक पुष्टि है - यह सब सुंदर सूत्रों में लिखा गया है और प्रशंसनीय लगता है। लेकिन जब प्रायोगिक डेटा, जो पानी तेजी से जमा देता है, गर्म या ठंडा होता है, उसे व्यावहारिक अर्थों में रखा जाएगा और उनके परिणाम प्रस्तुत किए जाएंगे, तो Mpemba विरोधाभास के सवाल को बंद माना जा सकता है।

21.11.2017 11.10.2018 अलेक्जेंडर Firtsev

« कौन सा पानी ठंड या गर्म की तुलना में तेजी से जमता है?"- अपने दोस्तों से एक प्रश्न पूछने की कोशिश करें, सबसे अधिक संभावना है कि उनमें से अधिकांश का जवाब होगा कि ठंडा पानी तेजी से जमा करता है - और गलती करता है।

वास्तव में, यदि एक ही आकार और मात्रा के दो जहाजों को एक ही समय में फ्रीजर में डाल दिया जाता है, जिसमें से एक में ठंडा पानी होगा, और दूसरे में गर्म, तो गर्म पानी तेजी से जम जाएगा।

ऐसा बयान बेतुका और अनुचित लग सकता है। यदि आप तर्क का पालन करते हैं, तो गर्म पानी पहले ठंड के तापमान तक ठंडा होना चाहिए, और इस समय ठंडा पहले से ही बर्फ में बदल जाना चाहिए।

तो क्यों गर्म पानी ठंड के रास्ते पर ठंडे पानी से आगे निकल जाता है? आइए इसे जानने की कोशिश करते हैं।

टिप्पणियों और अनुसंधान का इतिहास

लोगों ने प्राचीन काल से एक विरोधाभासी प्रभाव देखा है, लेकिन किसी ने भी इसे विशेष महत्व नहीं दिया। इस प्रकार, एरेस्टोटल, साथ ही रेने डेसकार्टेस और फ्रांसिस बेकन ने अपने रिकॉर्ड में उल्लेख किया कि वे ठंड और गर्म पानी की ठंड गति से मेल नहीं खाते थे। एक असामान्य घटना अक्सर रोजमर्रा की जिंदगी में खुद को प्रकट करती है।

लंबे समय तक, इस घटना का किसी भी तरह से अध्ययन नहीं किया गया था और वैज्ञानिकों के बीच बहुत रुचि नहीं थी।

असामान्य प्रभाव का अध्ययन 1963 में शुरू हुआ जब तंजानिया के एक जिज्ञासु छात्र, एस्ट्रस्टो एम्पीम्बा ने देखा कि आइसक्रीम के लिए गर्म दूध ठंड से भी तेज होता है। असामान्य प्रभाव के कारणों का स्पष्टीकरण प्राप्त करने की आशा करते हुए, युवक ने स्कूल में अपने भौतिकी के शिक्षक से एक प्रश्न पूछा। हालाँकि, शिक्षक केवल उस पर हँसे।

बाद में, एम्पीम्बा ने प्रयोग दोहराया, लेकिन अपने प्रयोग में उन्होंने दूध का उपयोग नहीं किया, लेकिन पानी और विरोधाभासी प्रभाव को फिर से दोहराया गया।

6 साल बाद - 1969 में, एम्म्बा ने यह सवाल भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओस्बॉर्न से पूछा जो उनके स्कूल में पहुंचे थे। प्रोफेसरों को युवा व्यक्ति को देखने में रुचि थी, परिणामस्वरूप, एक प्रयोग किया गया था जो प्रभाव की उपस्थिति की पुष्टि करता था, लेकिन इस घटना के कारणों की स्थापना नहीं की गई थी।

तब से घटना को बुलाया गया mpemba प्रभाव.

वैज्ञानिक टिप्पणियों के पूरे इतिहास में, कई परिकल्पनाओं को घटना के कारणों के बारे में आगे रखा गया है।

इसलिए 2012 में, ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसाइटी ने Mpemba प्रभाव की व्याख्या करते हुए परिकल्पना की एक प्रतियोगिता की घोषणा की होगी। प्रतियोगिता में दुनिया भर के वैज्ञानिकों ने भाग लिया, जिसमें कुल 22,000 वैज्ञानिक कागजात पंजीकृत थे। लेखों की इतनी प्रभावशाली संख्या के बावजूद, उनमें से किसी ने भी Mpemba विरोधाभास को स्पष्ट नहीं किया।

सबसे आम संस्करण था जिसके अनुसार, गर्म पानी तेजी से जम जाता है, क्योंकि यह बस तेजी से वाष्पित हो जाता है, इसकी मात्रा छोटी हो जाती है, और जैसे-जैसे यह मात्रा घटती जाती है, इसकी शीतलन दर बढ़ती जाती है। एक प्रयोग किए जाने के बाद से सबसे आम संस्करण को अंततः नकार दिया गया था जिसमें वाष्पीकरण को बाहर रखा गया था, और फिर भी प्रभाव की पुष्टि की गई थी।

अन्य वैज्ञानिकों का मानना \u200b\u200bथा कि Mpemba प्रभाव का कारण पानी में भंग गैसों का वाष्पीकरण है। उनकी राय में, हीटिंग के दौरान, गैसों को पानी में भंग कर दिया जाता है, जिसके कारण यह ठंड से अधिक घनत्व प्राप्त करता है। जैसा कि आप जानते हैं, घनत्व में वृद्धि से पानी के भौतिक गुणों (थर्मल चालकता में वृद्धि) में बदलाव होता है, और इसलिए शीतलन दर में वृद्धि होती है।

इसके अलावा, कई परिकल्पनाओं को सामने रखा गया जो तापमान के आधार पर जल परिसंचरण की दर का वर्णन करते हैं। कई अध्ययनों ने कंटेनरों की सामग्री के बीच संबंध स्थापित करने का प्रयास किया है जिसमें तरल स्थित था। कई सिद्धांत बहुत प्रशंसनीय लग रहे थे, लेकिन वे अन्य प्रयोगों में विरोधाभासों पर प्रारंभिक डेटा की कमी के कारण वैज्ञानिक रूप से पुष्टि नहीं कर सके, या क्योंकि पहचाने गए कारक बस पानी के ठंडा होने की दर के साथ तुलनीय नहीं थे। कुछ वैज्ञानिकों ने अपने कार्यों में प्रभाव के अस्तित्व पर सवाल उठाया।

2013 में, सिंगापुर में नानयांग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कहा कि उन्होंने एम्पीम्बा प्रभाव के रहस्य को सुलझा लिया है। उनके अध्ययन के अनुसार, घटना का कारण इस तथ्य में निहित है कि ठंड और गर्म पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा काफी अलग है।

कंप्यूटर सिमुलेशन विधियों ने निम्नलिखित परिणाम दिखाए: पानी का तापमान जितना अधिक होगा, इस तथ्य के कारण अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होगी कि प्रतिकारक बल बढ़ता है। नतीजतन, अणुओं के हाइड्रोजन बांडों को बढ़ाया जाता है, जिससे अधिक ऊर्जा का भंडारण होता है। जब ठंडा हो जाता है, तो अणु हाइड्रोजन बांड से ऊर्जा जारी करते हुए, एक-दूसरे के पास जाने लगते हैं। इस मामले में, ऊर्जा की वापसी तापमान में कमी के साथ होती है।

अक्टूबर 2017 में, एक अन्य अध्ययन के दौरान स्पेनिश भौतिकविदों ने पाया कि यह संतुलन से पदार्थ को हटाने (मजबूत शीतलन से पहले मजबूत हीटिंग) है जो प्रभाव के गठन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उन्होंने उन परिस्थितियों को निर्धारित किया जिनके तहत प्रभाव के प्रकट होने की संभावना अधिकतम है। इसके अलावा, स्पेन के वैज्ञानिकों ने एम्पीम्बा के विलोम प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की है। उन्होंने पाया कि जब गर्म किया जाता है, तो ठंडा होने की तुलना में एक ठंडा तापमान तेजी से उच्च तापमान तक पहुंच सकता है।

व्यापक जानकारी और कई प्रयोगों के बावजूद, वैज्ञानिकों ने प्रभाव का अध्ययन जारी रखने का इरादा किया है।

वास्तविक जीवन में Mpemba प्रभाव

क्या आपने कभी सोचा है कि सर्दियों में रिंक गर्म पानी से क्यों भरा होता है, और ठंडा नहीं? जैसा कि आप पहले से ही समझ चुके हैं, वे ऐसा इसलिए करते हैं क्योंकि गर्म पानी से भरा आइस रिंक ठंड से भरे होने की तुलना में तेजी से जम जाएगा। इसी कारण से, सर्दियों के बर्फ शहरों में स्लाइड्स को गर्म पानी से डाला जाता है।

इस प्रकार, घटना के अस्तित्व का ज्ञान लोगों को शीतकालीन खेलों के लिए साइटों को तैयार करने में समय बचाने की अनुमति देता है।

इसके अलावा, Mpemba प्रभाव कभी-कभी उद्योग में उपयोग किया जाता है - उत्पादों, पदार्थों और पानी युक्त पदार्थों के ठंड समय को कम करने के लिए।