این درست است، اگرچه باورنکردنی به نظر می رسد، زیرا در طول فرآیند انجماد، آب از قبل گرم شده باید از دمای آب سرد عبور کند. در همین حال، این اثر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال، پیست های اسکیت و سرسره ها در زمستان با آب گرم پر می شوند. کارشناسان به رانندگان توصیه می کنند در زمستان آب سرد و نه گرم را در مخزن ماشین لباسشویی بریزند. این پارادوکس در جهان به عنوان "اثر Mpemba" شناخته می شود.

این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت ذکر شد، اما تنها در سال 1963 اساتید فیزیک به آن توجه کردند و سعی در مطالعه آن کردند. همه چیز از آنجا شروع شد که یک دانش آموز تانزانیایی، Erasto Mpemba متوجه شد که شیر شیرینی که برای تهیه بستنی استفاده می کرد، اگر از قبل گرم شده باشد، سریعتر یخ می زند و این فرضیه را مطرح کرد که آب داغ سریعتر از آب سرد منجمد می شود. او برای توضیح به معلم فیزیک مراجعه کرد، اما او فقط به دانش آموز خندید و این جمله را گفت: "این فیزیک جهانی نیست، بلکه فیزیک Mpemba است."

خوشبختانه، دنیس آزبورن، استاد فیزیک از دانشگاه دارالسلام، یک روز از مدرسه بازدید کرد. و مپمبا با همان سوال به سمت او برگشت. پروفسور کمتر بدبین بود، گفت که نمی تواند چیزی را که هرگز ندیده است قضاوت کند و پس از بازگشت به خانه از کارکنانش خواست آزمایش های مناسب را انجام دهند. انگار حرف پسر را تایید کردند. در هر صورت، در سال 1969، آزبورن در مورد همکاری با Mpemba در مجله انگلیسی صحبت کرد. فیزیکآموزش و پرورش" در همان سال، جورج کل از شورای تحقیقات ملی کانادا مقاله ای را در توصیف این پدیده به زبان انگلیسی منتشر کرد. آمریکاییمجلهازفیزیک».

چندین توضیح ممکن برای این پارادوکس وجود دارد:

• آب داغ سریعتر تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آب سرد باید سریعتر در ظروف دربسته منجمد شود.
• در دسترس بودن پوشش برفی ظرف با آب گرمبرف زیر را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با سطح خنک کننده را بهبود می بخشد. آب سرد برف زیر را آب نمی کند. اگر آستر برفی وجود نداشته باشد، ظرف آب سرد باید سریعتر یخ بزند.
• آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. با اختلاط مکانیکی اضافی آب در ظروف، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
• وجود مراکز تبلور در آب سرد - مواد محلول در آن. با تعداد کمی از چنین مراکزی در آب سرد، تبدیل آب به یخ دشوار است و حتی ابرسرد شدن آن ممکن است، زمانی که در حالت مایع با دمای زیر صفر باقی بماند.

اخیرا توضیح دیگری منتشر شده است. دکتر جاناتانکاتز (جاناتان کاتز) از دانشگاه واشنگتن این پدیده را مورد مطالعه قرار داد و به این نتیجه رسید که نقش مهمی در آن توسط مواد محلول در آب ایفا می کند که هنگام گرم شدن رسوب می کنند.
تحت منحل شده است مواد Dr.کاتز به بی کربنات های کلسیم و منیزیم اشاره دارد که در آب سخت یافت می شود. وقتی آب گرم می شود، این مواد رسوب می کنند و آب «نرم» می شود. آبی که هرگز گرم نشده است حاوی این ناخالصی ها است و "سخت" است. با یخ زدن و تشکیل کریستال های یخ، غلظت ناخالصی ها در آب 50 برابر افزایش می یابد. به همین دلیل نقطه انجماد آب کاهش می یابد.

این توضیح به نظر من قانع کننده نیست، زیرا ... ما نباید فراموش کنیم که این اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد، نه با آب سخت. به احتمال زیاد، علل این پدیده ترموفیزیکی است، نه شیمیایی.

تاکنون هیچ توضیح روشنی برای پارادوکس Mpemba به دست نیامده است. باید گفت که برخی از دانشمندان این پارادوکس را شایسته توجه نمی دانند. با این حال، بسیار جالب است که یک پسر مدرسه ای ساده به دلیل کنجکاوی و پشتکار خود، تأثیر فیزیکی را به رسمیت شناخت و محبوبیت پیدا کرد.

اضافه شده در فوریه 2014

این یادداشت در سال 2011 نوشته شده است. از آن زمان، مطالعات جدیدی در مورد اثر Mpemba و تلاش های جدیدی برای توضیح آن ظاهر شده است. بنابراین، در سال 2012، انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا یک مسابقه بین المللی برای حل معمای علمی "اثر Mpemba" با صندوق جایزه 1000 پوندی اعلام کرد. آخرین مهلت در 30 جولای 2012 تعیین شد. برنده نیکولا برگوویچ از آزمایشگاه دانشگاه زاگرب بود. او کار خود را منتشر کرد که در آن تلاش های قبلی برای توضیح این پدیده را تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که آنها قانع کننده نیستند. مدلی که او پیشنهاد کرد بر اساس آن است خواص اساسیآب علاقه مندان می توانند در http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp کار پیدا کنند.

تحقیق به همین جا ختم نشد. در سال 2013، فیزیکدانان سنگاپور به طور نظری علت اثر مپمبا را ثابت کردند. این اثر را می‌توانید در http://arxiv.org/abs/1310.6514 بیابید.

مقالات مرتبط در سایت:

سایر مقالات این بخش

نظرات:

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:14

چرا آب گرم سریعتر تبخیر می شود؟ دانشمندان عملا ثابت کرده اند که یک لیوان آب داغ سریعتر از آب سرد یخ می زند. دانشمندان نمی توانند این پدیده را توضیح دهند به این دلیل که اصل پدیده ها را درک نمی کنند: گرما و سرما! گرما و سرما یک احساس فیزیکی است که باعث برهمکنش ذرات ماده می شود، به شکل فشردگی متقابل امواج مغناطیسی که از فضا و از مرکز زمین حرکت می کنند. بنابراین، هر چه اختلاف پتانسیل، این ولتاژ مغناطیسی بیشتر باشد، تبادل انرژی با روش نفوذ متقابل یک موج به موج دیگر سریعتر رخ می دهد. یعنی به روش دیفیوژن! در پاسخ به مقاله من، یکی از مخالفان می نویسد: 1) ".. آب گرم سریعتر تبخیر می شود، در نتیجه آن کمتر می شود، بنابراین سریعتر یخ می زند" سوال! چه انرژی باعث می شود آب سریعتر تبخیر شود؟ 2) مقاله من در مورد یک لیوان است و نه در مورد یک تغار چوبی که طرف مقابل آن را به عنوان استدلال متقابل ذکر می کند. که درست نیست! من به این سوال پاسخ می دهم: "چرا آب در طبیعت تبخیر می شود؟" امواج مغناطیسی که همیشه از مرکز زمین به سمت فضا حرکت می کنند، با غلبه بر فشار متقابل امواج فشردگی مغناطیسی (که همیشه از فضا به مرکز زمین حرکت می کنند)، در همان زمان، ذرات آب را از زمان حرکت به فضا می پاشند. ، حجم آنها افزایش می یابد. یعنی در حال گسترش هستند! در صورت غلبه بر امواج فشردگی مغناطیسی، این بخارات آب فشرده (متراکم) شده و تحت تأثیر اینها نیروهای مغناطیسیفشرده شدن، آب به صورت بارش به زمین باز می گردد! ارادتمند! الکسی میشنف.

6 اکتبر 2012.

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:19

دما چیست؟ دما درجه کشش الکترومغناطیسی امواج مغناطیسی با انرژی فشرده سازی و انبساط است. در حالت تعادل این انرژی ها، دمای بدن یا ماده در حالت پایدار است. هنگامی که حالت تعادل این انرژی ها به هم می خورد، به سمت انرژی انبساط، جسم یا ماده در حجم فضا افزایش می یابد. اگر انرژی امواج مغناطیسی در جهت فشردگی بیشتر شود، جسم یا ماده در حجم فضا کاهش می یابد. درجه ولتاژ الکترومغناطیسی با درجه انبساط یا فشرده سازی بدنه مرجع تعیین می شود. الکسی میشنف., 23.10.2012 11:36 | VNIIM

الکسی، شما در مورد مقاله ای صحبت می کنید که افکار شما را در مورد مفهوم دما بیان می کند. اما کسی آن را نخواند. لطفا یک لینک به من بدهید. به طور کلی، دیدگاه شما در مورد فیزیک بسیار منحصر به فرد است. من هرگز در مورد "انبساط الکترومغناطیسی یک جسم مرجع" نشنیده ام.

یوری کوزنتسوف، 04.12.2012 12:32

فرضیه ای پیشنهاد شده است که این به دلیل رزونانس بین مولکولی و جاذبه متحرک بین مولکول هایی است که ایجاد می کند. در آب سرد، مولکول‌ها با فرکانس‌های مختلف به‌طور بی‌نظمی حرکت می‌کنند و ارتعاش می‌کنند. هنگامی که آب گرم می شود، با افزایش فرکانس ارتعاشات، دامنه آنها باریک می شود (تفاوت فرکانس ها از آب داغ مایع تا نقطه تبخیر کاهش می یابد)، فرکانس های ارتعاشی مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، در نتیجه تشدید می شود. بین مولکول ها رخ می دهد. در طول خنک شدن، این رزونانس تا حدی حفظ می شود و بلافاصله محو نمی شود. سعی کنید یکی از دو سیم گیتار را که در رزونانس هستند فشار دهید. اکنون رها کنید - رشته دوباره شروع به ارتعاش می کند، رزونانس ارتعاشات خود را بازیابی می کند. به همین ترتیب، در آب یخ زده، مولکول‌های خنک‌شده خارجی سعی می‌کنند دامنه و فرکانس ارتعاشات را از دست بدهند، اما مولکول‌های «گرم» درون ظرف، ارتعاشات را به عقب می‌کشند و به‌عنوان ارتعاش‌کننده عمل می‌کنند، و مولکول‌های خارجی به‌عنوان تشدیدکننده. جاذبه ی پوندرو حرکتی* بین ارتعاش کننده ها و تشدید کننده ها به وجود می آید. هنگامی که نیروی محرک پوندرو بیشتر از نیروی ناشی از انرژی جنبشی مولکول ها (که نه تنها ارتعاش می کنند، بلکه به صورت خطی نیز حرکت می کنند) می شود، تبلور تسریع شده رخ می دهد - "اثر Mpemba". اتصال ponderomotive بسیار ناپایدار است، اثر Mpemba به شدت به همه عوامل مرتبط بستگی دارد: حجم آب یخ زده، ماهیت گرمایش، شرایط انجماد، دما، همرفت، شرایط تبادل حرارت، اشباع گاز، ارتعاش واحد تبرید. ، تهویه ، ناخالصی ها ، تبخیر و ... احتمالاً حتی از نور ... بنابراین ، اثر توضیحات زیادی دارد و گاهی اوقات بازتولید آن دشوار است. به همان دلیل "رزونانس"، آب جوشیده سریعتر از آب جوشانده می جوشد - رزونانس شدت ارتعاشات مولکول های آب را برای مدتی پس از جوش حفظ می کند (از دست دادن انرژی در هنگام خنک شدن عمدتاً به دلیل از دست دادن انرژی جنبشی حرکت خطی است. از مولکول ها). با گرمایش شدید، مولکول های ویبراتور در مقایسه با انجماد با مولکول های تشدید کننده تغییر نقش می دهند - فرکانس ویبراتورها کمتر از فرکانس تشدید کننده ها است، به این معنی که بین مولکول ها نه جاذبه، بلکه دافعه رخ می دهد که انتقال به حالت دیگر را تسریع می کند. از تجمع (جفت).

Vlad, 12/11/2012 03:42

مغزمو شکست...

Anton, 02/04/2013 02:02

1. آیا واقعاً این جذابیت محرکه آنقدر زیاد است که بر فرآیند انتقال حرارت تأثیر بگذارد؟ 2. آیا این بدان معناست که وقتی همه اجسام تا دمای خاصی گرم می شوند، ذرات ساختاری آنها وارد تشدید می شوند؟ 3. چرا این رزونانس با سرد شدن از بین می رود؟ 4. آیا این حدس شماست؟ اگر منبعی هست لطفا ذکر کنید 5. طبق این نظریه، شکل ظرف نقش مهمی خواهد داشت و اگر نازک و مسطح باشد، اختلاف زمان انجماد زیاد نخواهد بود، یعنی. می توانید این را بررسی کنید

قدرت, 1392/03/11 10:12 | متاک

در آب سرد از قبل اتم های نیتروژن وجود دارد و فاصله بین مولکول های آب نزدیک تر از آب گرم است. یعنی نتیجه: آب داغ اتم های نیتروژن را سریعتر جذب می کند و در عین حال سریعتر از آب سرد منجمد می شود - این با سخت شدن آهن قابل مقایسه است ، زیرا آب گرم به یخ تبدیل می شود و آهن داغ با خنک شدن سریع سخت می شود!

ولادیمیر، 1392/03/13 06:50

یا شاید این باشد: چگالی آب گرم و یخ کمتر از چگالی آب سرد است و در نتیجه آب نیازی به تغییر چگالی ندارد و مدتی از دست می دهد و یخ می زند.

الکسی میشنف، 2013/03/21 11:50

قبل از اینکه در مورد رزونانس ها، جاذبه ها و ارتعاشات ذرات صحبت کنیم، باید این سوال را درک کرده و به آن پاسخ دهیم: چه نیروهایی باعث ارتعاش ذرات می شوند؟ از آنجا که، بدون انرژی جنبشی، هیچ فشرده سازی وجود ندارد. بدون فشرده سازی، هیچ انبساط وجود ندارد. بدون انبساط، انرژی جنبشی وجود ندارد! وقتی شروع به صحبت در مورد طنین سیم ها می کنید، ابتدا تلاش می کنید تا یکی از این سیم ها شروع به ارتعاش کند! وقتی صحبت از جاذبه می شود، اول از همه باید نیرویی که باعث جذب این اجسام می شود را مشخص کنید! من تأیید می کنم که تمام اجسام توسط انرژی الکترومغناطیسی جو فشرده می شوند و تمام اجسام، مواد و مواد را فشرده می کند. ذرات بنیادیبا نیروی 1.33 کیلوگرم. نه به ازای هر سانتی متر مربع، بلکه به ازای هر ذره ابتدایی، از آنجایی که فشار اتمسفر نمی تواند با مقدار نیرو اشتباه گرفته شود!

Dodik, 2013/05/31 02:59

به نظر من یک حقیقت را فراموش کرده اید - "علم از جایی شروع می شود که اندازه گیری ها شروع می شوند." دمای آب "گرم" چقدر است؟ دمای آب "سرد" چقدر است؟ مقاله یک کلمه در این مورد نمی گوید. از این می توان نتیجه گرفت - کل مقاله مزخرف است!

گریگوری، 1392/06/04 12:17

دودیک، قبل از اینکه یک مقاله را مزخرف خطاب کنید، باید حداقل کمی به یادگیری فکر کنید. و نه فقط اندازه گیری.

دیمیتری، 1392/12/24 10:57

مولکول‌های آب گرم سریع‌تر از آب سرد حرکت می‌کنند، به همین دلیل تماس نزدیک‌تری با محیط وجود دارد، به نظر می‌رسد که تمام سرما را جذب می‌کنند و به سرعت کند می‌شوند.

ایوان, 1393/01/10 05:53

جای تعجب است که چنین مقاله ناشناس در این سایت ظاهر می شود. مقاله کاملا غیر علمی است. هم نویسنده و هم مفسران در جست‌وجوی توضیحی برای این پدیده با یکدیگر رقابت می‌کنند، بدون اینکه به خود زحمت پیدا کنند که آیا این پدیده اصلاً مشاهده می‌شود و در صورت مشاهده، در چه شرایطی. علاوه بر این، حتی توافقی در مورد آنچه ما واقعاً مشاهده می کنیم وجود ندارد! بنابراین، نویسنده بر لزوم توضیح اثر انجماد سریع بستنی داغ پافشاری می کند، اگرچه از کل متن (و عبارت "اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد") چنین بر می آید که خود او چنین کاری انجام نداده است. آزمایشات از گزینه های "توضیح" پدیده ذکر شده در مقاله، واضح است که آزمایشات کاملاً متفاوتی در حال توصیف است که در شرایط مختلف با شرایط مختلف انجام می شود. محلول های آبی. هم اصل توضیحات و هم حالت فرعیآنها پیشنهاد می کنند که حتی آزمایش اولیه ایده های بیان شده انجام نشده است. شخصی به طور تصادفی یک داستان خنده دار شنید و به طور اتفاقی نتیجه گمانه زنی خود را بیان کرد. متاسفم، اما فیزیکی نیست. تحقیق کنید، و گفتگو در اتاق سیگار است.

ایوان, 1393/01/10 06:10

با توجه به نظرات مقاله در مورد پرکردن غلتک با آب گرم و مخازن شیشه شوی با آب سرد. همه چیز در اینجا از نقطه نظر ساده است فیزیک ابتدایی. پیست اسکیت دقیقاً به این دلیل که کندتر یخ می زند با آب داغ پر می شود. پیست اسکیت باید صاف و هموار باشد. سعی کنید آن را با آب سرد پر کنید - دچار برآمدگی و "تورم" خواهید شد، زیرا ... آب به سرعت یخ می زند بدون اینکه فرصتی برای پخش شدن در یک لایه یکنواخت داشته باشد. و داغ زمان خواهد داشت که در یک لایه یکنواخت پخش شود و یخ و غده های برفی موجود را ذوب کند. ماشین لباسشویی نیز دشوار نیست: ریختن آب تمیز در هوای سرد معنایی ندارد - روی شیشه یخ می زند (حتی گرم). و یک مایع گرم غیر یخ می تواند منجر به ترک خوردن شیشه سرد شود، به علاوه شیشه به دلیل تبخیر سریع الکل ها در مسیر شیشه، نقطه انجماد بیشتری خواهد داشت (آیا همه با اصل عملکرد یک مهتابی هنوز آشنا هستند. - الکل تبخیر می شود، آب باقی می ماند).

ایوان, 1393/01/10 06:34

اما در اصل این پدیده احمقانه است که بپرسیم چرا دو آزمایش مختلف در شرایط مختلف به طور متفاوتی پیش می روند. اگر آزمایش صرفاً انجام شود، باید از همان آب سرد و گرم استفاده کنید ترکیب شیمیایی- از همان کتری آب جوش از قبل سرد شده بردارید. در ظروف یکسان (مثلاً لیوان های دیواره نازک) بریزید. ما آن را روی برف نمی گذاریم، بلکه روی یک پایه به همان اندازه صاف و خشک، به عنوان مثال، یک میز چوبی قرار می دهیم. و نه در یک میکرو فریزر، بلکه در یک ترموستات نسبتاً حجیم - من آزمایشی را چند سال پیش در ویلا انجام دادم، زمانی که هوای بیرون پایدار و یخبندان بود، حدود -25 درجه سانتیگراد. آب پس از آزاد شدن گرمای تبلور در دمای معینی متبلور می شود. این فرضیه به این جمله خلاصه می شود که آب گرم سریعتر سرد می شود (این درست است، مطابق با فیزیک کلاسیکسرعت انتقال حرارت متناسب با اختلاف دما است)، اما حتی زمانی که دمای آن برابر با دمای آب سرد می شود، نرخ خنک کننده افزایش یافته را حفظ می کند. سوال اینجاست که آبی که در بیرون تا دمای +20 درجه سانتیگراد سرد شده است دقیقاً با همان آبی که یک ساعت قبل تا دمای +20 درجه سانتیگراد خنک شده است اما در یک اتاق چه تفاوتی دارد؟ فیزیک کلاسیک(به هر حال، نه بر اساس پچ پچ در اتاق سیگار، بلکه بر اساس صدها هزار و میلیون ها آزمایش) می گوید: هیچ چیز، پویایی بیشتر خنک کننده یکسان خواهد بود (فقط آب جوش بعداً به نقطه +20 می رسد) . و آزمایش همین را نشان می‌دهد: وقتی یک لیوان آب سرد در ابتدا دارای پوسته قوی یخ بود، آب داغ حتی به یخ زدن فکر نمی‌کرد. P.S. به نظرات یوری کوزنتسوف. زمانی که شرایط وقوع آن توضیح داده می شود و به طور مداوم بازتولید می شود، می توان وجود یک اثر خاص را ثابت در نظر گرفت. و وقتی آزمایش‌های ناشناخته‌ای با شرایط ناشناخته داریم، ساختن نظریه‌هایی برای توضیح آن‌ها زودهنگام است و این چیزی را به همراه ندارد. نکته علمیبینایی P.P.S. خوب ، خواندن نظرات الکسی میشنف بدون اشک محبت غیرممکن است - شخصی در نوعی دنیای تخیلی زندگی می کند که ربطی به فیزیک و آزمایشات واقعی ندارد.

گریگوری، 1393/01/13 10:58

ایوان، فهمیدم که داری اثر Mpemba را رد می کنی؟ همانطور که آزمایشات شما نشان می دهد وجود ندارد؟ چرا در فیزیک اینقدر معروف است و چرا بسیاری در تلاش برای توضیح آن هستند؟

ایوان, 1393/02/14 01:51

عصر بخیر، گرگوری! اثر آزمایش ناخالص وجود دارد. اما، همانطور که متوجه شدید، این دلیلی برای جستجوی قوانین جدید در فیزیک نیست، بلکه دلیلی برای بهبود مهارت یک آزمایشگر است. همانطور که قبلاً در نظرات اشاره کردم، در تمام تلاش های ذکر شده برای توضیح "اثر Mpemba"، محققان حتی نمی توانند به وضوح مشخص کنند که دقیقاً چه چیزی و تحت چه شرایطی اندازه گیری می کنند. و شما می خواهید بگویید که اینها فیزیکدانان تجربی هستند؟ مسخره نباش این اثر نه در فیزیک، بلکه در بحث های شبه علمی در انجمن ها و وبلاگ های مختلف شناخته شده است، که اکنون تعداد زیادی از آنها وجود دارد. این به عنوان یک اثر فیزیکی واقعی (به معنای پیامد برخی قوانین فیزیکی جدید، و نه به عنوان نتیجه یک تفسیر نادرست یا فقط یک افسانه) توسط افراد دور از فیزیک درک می شود. بنابراین دلیلی وجود ندارد که از نتایج آزمایش های مختلف انجام شده در شرایط کاملاً متفاوت به عنوان یک اثر فیزیکی واحد صحبت کنیم.

پاول، 1393/02/18 09:59

بچه ها ... مقاله برای "اطلاعات سرعت" ... توهین نیست ... ;) ایوان در مورد همه چیز درست می گوید ...

گریگوری، 1393/02/19 12:50

ایوان، موافقم که الان سایت های شبه علمی زیادی وجود دارند که مطالب هیجان انگیز تایید نشده را منتشر می کنند. از این گذشته، اثر Mpemba هنوز در حال مطالعه است. علاوه بر این، دانشمندان از دانشگاه ها در حال تحقیق هستند. به عنوان مثال، در سال 2013، این اثر توسط گروهی از دانشگاه صنعتیدر سنگاپور به لینک http://arxiv.org/abs/1310.6514 نگاه کنید. آنها معتقدند که توضیحی برای این اثر یافته اند. من به طور مفصل در مورد ماهیت کشف نمی نویسم، اما به نظر آنها این اثر با تفاوت انرژی های ذخیره شده در ارتباط است. پیوندهای هیدروژنی.

موسیوا N.P. , 1393/02/19 03:04

برای هر کسی که علاقه مند به تحقیق در مورد اثر Mpemba است، من مطالب موجود در مقاله را کمی تکمیل کرده ام و پیوندهایی را ارائه کرده ام که می توانید با آخرین نتایج آشنا شوید (متن را ببینید). با تشکر از نظرات شما.

ایلدار, 1393/02/24 04:12 | فهرست کردن همه چیز فایده ای ندارد

اگر این اثر Mpemba واقعاً رخ دهد، پس توضیح را باید در ساختار مولکولی آب جستجو کرد. آب (همانطور که از ادبیات علم عامه آموختم) نه به عنوان مولکول های منفرد H2O، بلکه به صورت خوشه هایی از چندین مولکول (حتی ده ها) وجود دارد. با افزایش دمای آب، سرعت حرکت مولکول ها افزایش می یابد، خوشه ها در برابر یکدیگر شکسته می شوند و اوراق قرضه ظرفیتمولکول ها زمان برای جمع آوری خوشه های بزرگ ندارند. تشکیل خوشه ها کمی بیشتر از کاهش سرعت حرکت مولکولی زمان می برد. و از آنجایی که خوشه ها کوچکتر هستند، تشکیل شبکه کریستالیسریعتر اتفاق می افتد در آب سرد، ظاهراً خوشه‌های بزرگ و نسبتاً پایدار مانع از تشکیل شبکه می‌شوند. من خودم در تلویزیون یک اثر کنجکاو دیدم که آب سرد که آرام در یک شیشه ایستاده بود برای چندین ساعت در سرما مایع باقی ماند. اما به محض اینکه کوزه برداشته شد، یعنی کمی از جای خود حرکت کرد، آب داخل کوزه بلافاصله متبلور شد، مات شد و کوزه ترکید. خب، کشیشی که این اثر را نشان داد، آن را با این واقعیت که آب برکت داشت توضیح داد. به هر حال، معلوم می شود که آب بسته به دما ویسکوزیته خود را به شدت تغییر می دهد. این برای ما به عنوان موجودات بزرگ نامحسوس است، اما در سطح سخت پوستان کوچک (میلی متر یا کوچکتر) و حتی بیشتر از آن باکتری ها، ویسکوزیته آب یک عامل بسیار مهم است. این ویسکوزیته، به نظر من، با اندازه خوشه های آب نیز تعیین می شود.

GRAY, 03/15/2014 05:30

همه چیزهایی که در اطرافمان می بینیم خصوصیات (خواص) سطحی هستند، بنابراین فقط آنچه را که بتوانیم وجود آن را اندازه گیری یا اثبات کنیم به عنوان انرژی می پذیریم، در غیر این صورت یک بن بست است. این پدیده، اثر Mpemba، تنها با یک نظریه حجمی ساده قابل توضیح است که همه مدل‌های فیزیکی را در یک ساختار برهمکنش واحد متحد می‌کند. در واقع ساده است

نیکیتا, 1393/06/06 04:27 | ماشین

اما چگونه می توانید مطمئن شوید که هنگام رانندگی در ماشین، آب سرد می ماند نه گرم؟

الکسی، 03.10.2014 01:09

در اینجا یک "کشف" دیگر در راه است. آب درون یک بطری پلاستیکی با باز شدن درب آن خیلی سریعتر یخ می زند. برای تفریح، آزمایش را بارها در یخبندان شدید انجام دادم. اثر آشکار است. سلام نظریه پردازان!

Evgeniy, 12/27/2014 08:40

اصل یک کولر تبخیری. دو بطری هرمتیک با آب سرد و گرم می گیریم. در سرما می گذاریم. آب سرد سریعتر یخ می زند. حالا همان بطری ها را با آب سرد و گرم برمی داریم و باز می کنیم و داخل سرد می گذاریم. آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اگر دو لگن با آب سرد و گرم بگیریم، آب گرم خیلی سریعتر یخ می زند. این به این دلیل است که ما در حال افزایش تماس با جو هستیم. هر چه شدت تبخیر بیشتر باشد، دما سریعتر کاهش می یابد. در اینجا باید به ضریب رطوبت اشاره کرد. هر چه رطوبت کمتر باشد، تبخیر قوی تر و خنک کننده قوی تر است.

خاکستری تامسک، 03/01/2015 10:55

خاکستری، 03/15/2014 05:30 - ادامه آنچه در مورد دما می دانید همه چیز نیست. یه چیز دیگه اونجا هست اگر یک مدل فیزیکی دما را درست بسازید، کلید توصیف فرآیندهای انرژی از انتشار، ذوب و تبلور تا مقیاس هایی مانند افزایش دما با افزایش فشار، افزایش فشار با افزایش دما خواهد شد. حتی مدل فیزیکی انرژی خورشید نیز از مطالب بالا مشخص خواهد شد. من در زمستان هستم. . در اوایل بهار سال 20013، با نگاهی به مدل‌های دما، یک مدل دمای کلی را گردآوری کردم. چند ماه بعد، من پارادوکس دما را به یاد آوردم و بعد متوجه شدم ... که مدل دمای من نیز پارادوکس Mpemba را توصیف می کند. این در ماه مه - ژوئن 2013 بود. من یک سال تاخیر دارم، اما این برای بهترین است. مدل فیزیکی من یک فریم فریز است و می توان آن را هم به جلو و هم به عقب برگرداند و شامل فعالیت حرکتی است، همان فعالیتی که در آن همه چیز حرکت می کند. من 8 سال مدرسه و 2 سال دانشگاه با تکرار موضوع دارم. 20 سال گذشت. بنابراین من نمی توانم هیچ نوع مدل فیزیکی را به دانشمندان مشهور نسبت دهم و همچنین نمی توانم فرمول هایی را نسبت دهم. پس متاسفم

Andrey, 08.11.2015 08:52

به طور کلی، من فکر می کنم که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. و در توضیحات من همه چیز بسیار ساده است، اگر علاقه دارید، از طریق ایمیل برای من بنویسید: [ایمیل محافظت شده]

Andrey, 08.11.2015 08:58

متاسفم، آدرس ایمیل اشتباهی دادم، این ایمیل صحیح است: [ایمیل محافظت شده]

ویکتور، 1394/12/23 10:37

به نظر من همه چیز ساده تر است، اینجا برف می بارد، گاز تبخیر شده است، خنک می شود، بنابراین شاید در هوای سرد گرما سریعتر سرد می شود زیرا تبخیر می شود و بلافاصله بدون بالا آمدن متبلور می شود و آب در حالت گازیسریعتر از مایع خنک می شود)

Bekzhan, 1395/01/28 09:18

حتی اگر کسی این قوانین دنیا را که با این اثر همراه است فاش می کرد، از نظر من منطقی نبود که اسرار آن را برای کاربران اینترنتی فاش کند مجلات علمیو شخصاً آن را به مردم ثابت کنید، بنابراین، آنچه در اینجا در مورد این تأثیر نوشته خواهد شد، بیشتر منطقی نیست.)))

الکس، 1395/02/22 12:48

سلام تجربیان حق با شماست وقتی می گویید علم از جایی شروع می شود که... نه اندازه گیری، بلکه محاسبات. "آزمایش" یک استدلال ابدی و ضروری برای کسانی است که از تخیل و تفکر خطی محروم هستند، اکنون در مورد E = mc2 - آیا همه به یاد دارند؟ سرعت پرواز مولکول‌ها از آب سرد به داخل اتمسفر، مقدار انرژی را که از آب می‌برند، تعیین می‌کند (سرد شدن به معنای از دست دادن انرژی است، سرعت مولکول‌ها از آب گرم بسیار بیشتر است و انرژی منتقل شده به صورت مربع است). سرعت سرد شدن جرم باقی مانده آب) این همه چیز است، اگر از "آزمایش" دور شوید و اصول اولیه علم را به خاطر بسپارید.

ولادیمیر 1395/04/25 10:53 | متئو

در آن روزهایی که ضدیخ نادر بود، آب سیستم خنک‌کننده خودروها در یک گاراژ گرم نشده پس از یک روز کاری تخلیه می‌شد تا بلوک سیلندر یا رادیاتور یخ‌زدایی نشود - گاهی اوقات هر دو با هم. صبح آب گرم ریختند. در یخبندان شدید موتورها بدون مشکل روشن می شدند. به نوعی به دلیل نبود آب گرم، آب از شیر آب ریخته شد. آب بلافاصله یخ زد. این آزمایش گران بود - دقیقاً به اندازه هزینه خرید و تعویض بلوک سیلندر و رادیاتور یک ماشین ZIL-131. هر کی باور نمیکنه بذار چک کنه و امپمبا بستنی را آزمایش کردند. در بستنی، کریستالیزاسیون متفاوت از آب اتفاق می افتد. سعی کنید یک تکه بستنی و یک تکه یخ را با دندان گاز بگیرید. به احتمال زیاد منجمد نشد، اما در نتیجه سرد شدن ضخیم شد. و آب تازه چه سرد و چه گرم در دمای 0*C یخ می زند. آب سرد سریع است، اما آب گرم زمان می برد تا خنک شود.

سرگردان 1395/05/06 12:54 | به الکس

"c" - سرعت نور در خلاء E=mc^2 - فرمولی که معادل جرم و انرژی را بیان می کند.

آلبرت، 1395/07/27 08:22

ابتدا قیاس با جامدات(فرایند تبخیر وجود ندارد). من اخیرا لوله های مسی آب را لحیم کردم. این فرآیند با گرم کردن یک مشعل گازی تا دمای ذوب لحیم انجام می شود. زمان گرم شدن یک اتصال با کوپلینگ تقریباً یک دقیقه است. یک اتصال را به کوپلینگ لحیم کردم و بعد از چند دقیقه متوجه شدم که آن را اشتباه لحیم کرده ام. لازم بود لوله را کمی در کوپلینگ بچرخانید. دوباره شروع به گرم کردن محل اتصال با مشعل کردم و در کمال تعجب 3-4 دقیقه طول کشید تا اتصال تا دمای ذوب گرم شود. چطوره!؟ از این گذشته ، لوله هنوز داغ است و به نظر می رسد انرژی بسیار کمتری برای گرم کردن آن تا دمای ذوب مورد نیاز است ، اما همه چیز برعکس شد.همه چیز در مورد هدایت حرارتی است، که در لوله هایی که از قبل گرم شده است به طور قابل توجهی بالاتر است و مرز بین لوله گرم و سرد توانسته است در عرض دو دقیقه از محل اتصال دور شود.

حالا در مورد آب ما با مفاهیم یک ظرف گرم و نیمه گرم کار خواهیم کرد.

در یک ظرف گرم، مرز دمایی باریکی بین ذرات داغ و بسیار متحرک و ذرات سرد و با حرکت آهسته تشکیل می‌شود که نسبتاً سریع از محیط به مرکز حرکت می‌کند، زیرا در این مرز، ذرات سریع به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند (سرد می‌شوند). توسط ذرات در طرف دیگر مرز. از آنجایی که حجم ذرات سرد خارجی بیشتر است، ذرات سریع، خود را می دهند

انرژی حرارتی

، نمی تواند ذرات سرد خارجی را به میزان قابل توجهی گرم کند. بنابراین، فرآیند خنک سازی آب گرم نسبتا سریع اتفاق می افتد.

آب نیمه گرم رسانایی حرارتی بسیار کمتری دارد و عرض مرز بین ذرات نیمه گرم و سرد بسیار گسترده تر است. جابجایی به مرکز چنین مرز وسیعی بسیار کندتر از یک رگ داغ اتفاق می افتد., 21.08.2017 10:52

چنین تأثیری وجود ندارد. افسوس. در سال 2016، مقاله مفصلی در مورد این موضوع در Nature منتشر شد: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect از آن مشخص می شود که با آزمایش های دقیق (اگر نمونه های آب گرم و سرد در همه چیز یکسان باشد. به جز دما) اثر مشاهده نمی شود.

زاولاب 1396/08/22 05:31

ویکتور , 1396/10/27 03:52

"واقعا همینطور است." - اگر در مدرسه نفهمیدید ظرفیت گرمایی و قانون بقای انرژی چیست. بررسی آن آسان است - برای این کار شما نیاز دارید: میل، سر، دست ها، آب، یخچال و ساعت زنگ دار. و زمین های اسکیت همانطور که کارشناسان می نویسند با آب سرد منجمد (پر) می شوند و یخ های بریده شده با آب گرم صاف می شوند. و در زمستان باید مایع ضد یخ را در مخزن ماشین لباسشویی بریزید، نه آب. آب در هر صورت یخ می زند و آب سرد سریعتر یخ می زند.

ایرینا, 1397/01/23 10:58

دانشمندان در سراسر جهان از زمان ارسطو با این پارادوکس دست و پنجه نرم می کردند و ویکتور، زاولاب و سرگیف باهوش ترین آنها بودند.

دنیس, 02/01/2018 08:51

همه چیز به درستی در مقاله نوشته شده است. اما دلیل آن تا حدودی متفاوت است. در طی فرآیند جوشیدن، هوای حل شده در آن از آب تبخیر می شود، بنابراین، با سرد شدن آب جوش، در نهایت چگالی آن کمتر از چگالی آن خواهد بود آب خامهمان دما هیچ دلیل دیگری برای هدایت حرارتی متفاوت به جز چگالی های مختلف وجود ندارد.

زاولاب 1397/03/01 08:58 | رئیس آزمایشگاه

ایرینا:)، "دانشمندان در سراسر جهان" با این "پارادوکس" مبارزه نمی کنند، برای دانشمندان واقعی، این "پارادوکس" به سادگی وجود ندارد - به راحتی در شرایط قابل تکرار تأیید می شود. "پارادوکس" به دلیل آزمایش های تکرار نشدنی پسر آفریقایی Mpemba ظاهر شد و توسط "دانشمندان" مشابه متورم شد :)

miroland, 2019/03/23 07:20

یک پسر تانزانیایی ساکن در قلب آفریقا که به احتمال زیاد هرگز برف ندیده است ... ;-D آیا من چیزی را اشتباه نمی کنم؟)))

سرگئی، 1398/04/14 02:02

دو باند الاستیک می گیریم، هر دو را، یکی بیشتر از دیگری کش می دهیم (مشابه با انرژی داخلی آب سرد و گرم) و به طور همزمان یک انتهای نوارهای الاستیک را آزاد می کنیم. کدام نوار لاستیکی سریعتر جمع می شود؟

Artanis , 05/08/2019 03:34

من خودم این تجربه را تجربه کردم. دو لیوان آب سرد و گرم کاملاً یکسان در فریزر گذاشتم. سرد خیلی سریعتر یخ زد. داغ هنوز کمی گرم بود. تجربه من چه مشکلی دارد؟

زاولاب 1398/05/09 06:21 |

آرتانیس، با تجربه شما، "همه چیز اینطور است" :) - "اثر Mpemba" با آزمایش درست انجام شده وجود ندارد، که شرایط خنک کننده یکسان را برای حجم های یکسان آب فقط با دمای اولیه متفاوت تضمین می کند. به شما تبریک می گویم - شما از نور، عقل و پیروزی قوانین اساسی فیزیکی عبور کردید و شروع به دور شدن از "فرقه Mpemba" و طرفداران ویدیوهای YouTube به سبک "آنچه در مورد آن به ما دروغ گفتند" درس فیزیک... :)

موسیوا N.P. , 1398/05/16 04:30 | چ. ویرایشگر

حق با شماست، خیلی به شرایط آزمایشی بستگی دارد. اما اگر اصلاً این تأثیر مشاهده نمی شد، در آن صورت هیچ تحقیق و چاپی در مجلات جدی وجود نداشت. یادداشت را تا آخر خواندید؟ اینجا هیچ صحبتی در مورد ویدیوهای یوتیوب نیست.

زاولاب 1398/08/06 05:26 | SlavNeftGas-YuzhNorthZapEast-SintezWhatever

ناتالیا پترونا، ما در عصری از "بحران تکرارپذیری" در علم زندگی می کنیم، زمانی که برای افزایش شاخص استناد تحت شعار "انتشار یا نابود"، "دانشمندان بدبخت" ترجیح می دهند در اختراع نظریه های دیوانه کننده برای اثبات تجربیات مشکوک آشکار رقابت کنند. داده ها به جای صرف زمان و منابع کمی برای بررسی این داده ها قبل از نشستن به یک مقاله صرفا نظری. نمونه ای از چنین "دانشمندان بدبخت" دقیقاً همان "فیزیکدانان سنگاپور" هستند که در مقاله به آنها اشاره کردید - انتشار آنها حاوی داده های تجربی آنها نیست، بلکه فقط استدلال نظری نادری در مورد آنها دارد. نفوذ احتمالیپدیده‌های مبهم «آرامش غیرعادی باند O:H-O» در مورد فرآیند انجماد غیرعادی آب که توسط فرانسیس بیکن و رنه دکارت و حتی ارسطو در اوایل 350 قبل از میلاد مشاهده شد. ... و شخصاً بسیار خوشحالم که نیکولا برگوویچ از دانشگاه زاگرب جایزه 1000 پوندی خود را از انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا پس از دریافت کرد. تجهیزات خوبدر شرایط تکرارپذیر، او خودش نتایج کاملاً قابل توضیح فیزیکی را بدون هیچ گونه ناهنجاری اندازه گیری کرد و هم اندازه گیری های ناشیانه پسر امپمبا و طرفدارانش و هم کفایت کسانی را که سعی کردند "پایه نظری" برای این آزمایش های ناشیانه ارائه دهند زیر سوال برد.

اثر Mpemba(پارادوکس Mpemba) - پارادوکسی که بیان می کند که آب گرم در برخی شرایط سریعتر از آب سرد یخ می زند، اگرچه در فرآیند انجماد باید از دمای آب سرد عبور کند. این پارادوکس یک واقعیت تجربی است که با ایده‌های معمولی در تناقض است که بر اساس آن، در شرایط یکسان، جسمی که گرم‌تر شده است، زمان بیشتری برای خنک شدن تا دمای معینی نیاز دارد تا جسمی که حرارت کمتری دارد تا در همان دما خنک شود.

این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963 بود که اراستو امپمبا، دانش‌آموز تانزانیایی متوجه شد که مخلوط بستنی داغ سریع‌تر از بستنی سرد یخ می‌زند.

شاگرد ماگامبینسکایا بودن دبیرستاندر تانزانیا Erasto Mpemba انجام داد کار عملیدر آشپزی او باید بستنی خانگی درست می کرد - شیر را بجوشانید، شکر را در آن حل کنید، آن را تا دمای اتاق خنک کنید و سپس آن را در یخچال قرار دهید تا منجمد شود. ظاهراً امپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در تکمیل قسمت اول کار به تأخیر افتاد. از ترس اینکه تا آخر درس درست نشه، شیر داغ رو توی یخچال گذاشت. در کمال تعجب، حتی زودتر از شیر رفقای خود که مطابق با فناوری داده شده تهیه شده بود، یخ زد.

پس از این، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب معمولی نیز آزمایش کرد. در هر صورت، قبلاً به عنوان دانش آموز در مدرسه متوسطه Mkwava، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاهی در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ارائه یک سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش آموزان) به طور خاص در مورد آب پرسید: «اگر شما در نظر بگیرید. دو ظرف یکسان با حجم آب مساوی به طوری که در یکی از آنها دمای آب 35 درجه سانتیگراد و در دیگری - 100 درجه سانتیگراد باشد و آنها را در فریزر قرار دهید سپس در دومی آب سریعتر یخ بزند. چرا؟ آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی، در سال 1969، او و Mpemba نتایج آزمایش های خود را در مجله Physics Education منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند نامیده می شود اثر Mpemba.

تا به حال هیچ کس دقیقاً نمی داند چگونه این اثر عجیب را توضیح دهد. دانشمندان یک نسخه واحد ندارند، اگرچه تعداد زیادی وجود دارد. همه چیز در مورد تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما هنوز مشخص نیست که کدام خواص در این مورد نقش دارند: تفاوت در فوق خنک شدن، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع بر روی آب در دماهای مختلف

پارادوکس اثر Mpemba این است که در طی آن بدن تا درجه حرارت خنک می شود محیط زیست، باید متناسب با اختلاف دمای این جسم و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در این اثر، آب با دمای 100 درجه سانتی گراد تا دمای 0 درجه سانتی گراد سریعتر از همان مقدار آب با دمای 35 درجه سانتی گراد سرد می شود.

با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را می توان در چارچوب فیزیک شناخته شده توضیح داد. در اینجا چند توضیح برای اثر Mpemba آورده شده است:

تبخیر

آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آبی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، با سرد شدن تا دمای 0 درجه سانتیگراد، 16 درصد از جرم خود را از دست می دهد.

اثر تبخیر یک اثر دوگانه است. در مرحله اول، جرم آب مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. و ثانیاً به دلیل کاهش گرمای تبخیر انتقال از فاز آب به فاز بخار، دما کاهش می یابد.

اختلاف دما

با توجه به اینکه اختلاف دمای آب گرم و هوای سرد بیشتر است بنابراین تبادل حرارت در این حالت شدیدتر بوده و آب گرم سریعتر سرد می شود.

هیپوترمی

وقتی آب زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت برخی شرایط، می تواند تحت سرد شدن فوق العاده قرار گیرد و در دماهای زیر انجماد به مایع باقی بماند. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد می تواند مایع باقی بماند.

دلیل این اثر این است که برای اینکه اولین بلورهای یخ شروع به تشکیل شدن کنند، به مراکز تشکیل کریستال نیاز است. اگر آنها در آب مایع وجود نداشته باشند، ابرسرد شدن تا زمانی که دما به اندازه کافی کاهش یابد تا کریستال ها به طور خود به خود تشکیل شوند، ادامه می یابد. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و یخ لجن تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد.

آب داغ بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا حرارت دادن آن گازها و حباب های محلول را حذف می کند که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل بلورهای یخ عمل کنند.

چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر اتفاق می افتد. در این صورت لایه نازکی از یخ روی سطح ظرف تشکیل می شود. این لایه یخ به عنوان عایق بین آب و هوای سرد عمل می کند و از تبخیر بیشتر جلوگیری می کند. سرعت تشکیل کریستال های یخ در این حالت کمتر خواهد بود. در مورد آب گرمی که در معرض فوق خنک سازی قرار می گیرد، آب فوق خنک شده دارای لایه سطحی محافظ یخ نیست. بنابراین، گرما را از طریق قسمت باز بسیار سریعتر از دست می دهد.

هنگامی که فرآیند فوق خنک کننده به پایان می رسد و آب یخ می زند، گرمای بسیار بیشتری از دست می رود و در نتیجه تشکیل می شود یخ بیشتر.

بسیاری از محققان این اثر هیپوترمی را عامل اصلی در مورد اثر Mpemba می دانند.

همرفت

آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند.

این اثر با یک ناهنجاری در چگالی آب توضیح داده می شود. حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتیگراد است. اگر آب را تا 4 درجه سانتیگراد خنک کنید و در دمای کمتری قرار دهید، لایه سطحی آب سریعتر یخ میزند. از آنجایی که این آب در دمای 4 درجه سانتیگراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط، در مدت زمان کوتاهی یک لایه نازک یخ روی سطح آب تشکیل می شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق عمل می کند و از لایه های پایینی آب محافظت می کند که در دمای 4 درجه سانتی گراد باقی می مانند. بنابراین، فرآیند خنک‌سازی بیشتر کندتر خواهد بود.

در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب به دلیل تبخیر و اختلاف دما بیشتر سریعتر خنک می شود. علاوه بر این، لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه آب سرد فرو می‌رود و لایه را بالا می‌برد. آب گرمبه سطح. این گردش آب کاهش سریع دما را تضمین می کند.

اما چرا این فرآیند به نقطه تعادل نمی رسد؟ برای توضیح اثر Mpemba از این دیدگاه همرفت، لازم است فرض کنیم که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و فرآیند همرفت پس از کاهش متوسط ​​دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد.

با این حال، هیچ مدرک تجربی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که لایه‌های سرد و گرم آب توسط فرآیند همرفت از هم جدا می‌شوند.

گازهای حل شده در آب

آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی کاهش نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا حلالیت آنها در آب است دمای بالازیر بنابراین، هنگامی که آب گرم سرد می شود، همیشه حاوی گازهای محلول کمتری نسبت به آب سرد گرم نشده است. بنابراین نقطه انجماد آب گرم شده بیشتر است و سریعتر یخ می زند. این عامل گاهی اوقات به عنوان اصلی ترین عامل در توضیح اثر Mpemba در نظر گرفته می شود، اگرچه هیچ داده تجربی تأیید کننده این واقعیت وجود ندارد.

هدایت حرارتی

زمانی که آب در ظروف کوچک در فریزر محفظه یخچال قرار می گیرد، این مکانیسم می تواند نقش بسزایی داشته باشد. در این شرایط مشاهده شده است که یک ظرف آب داغ یخ فریزر زیر آن را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با دیواره فریزر و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد. در نتیجه گرما از ظرف آب گرم سریعتر از ظرف سرد خارج می شود. به نوبه خود، یک ظرف با آب سرد، برف زیر را آب نمی کند.

همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند، اما پاسخ روشنی برای این سؤال - که کدام یک از آنها صد در صد بازتولید اثر Mpemba را فراهم می‌کنند - هرگز به دست نیامد.

بنابراین، برای مثال، در سال 1995 فیزیکدان آلمانیدیوید اورباخ تأثیر آب فوق خنک کننده را بر این اثر مطالعه کرد. او کشف کرد که آب داغ، با رسیدن به حالت فوق سرد، در دمای بالاتر از آب سرد و در نتیجه سریعتر از دومی یخ می‌زند. اما آب سرد سریعتر از آب گرم به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند.

علاوه بر این، نتایج Auerbach با داده‌های قبلی که آب داغ به دلیل مراکز کریستالیزاسیون کمتر می‌توانست به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، در تضاد بود. وقتی آب گرم می شود گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و وقتی آب می جوشد مقداری املاح حل شده در آن رسوب می کند.

در حال حاضر، تنها یک چیز را می توان بیان کرد - بازتولید این اثر به طور قابل توجهی بستگی به شرایطی دارد که در آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود.

O. V. Mosin

ادبیمنابع:

"آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. چرا این کار را می کند؟"، جرل واکر در The Amator Scientist، Scientific American، جلد. 237، شماره 3، ص 246-257; سپتامبر 1977.

«یخ زدن آب سرد و گرم»، جی.S. کل در مجله آمریکایی فیزیک، جلد. 37، شماره 5، ص 564-565; مه 1969.

"فوق العاده خنک کننده واثر Mpemba»، David Auerbach، در مجله آمریکایی فیزیک، جلد 63، شماره 10، صفحات 882-885؛ اکتبر 1995.

"اثر Mpemba: زمان های انجماد آب گرم و سرد"، چارلز ای. نایت، در مجله آمریکایی فیزیک، جلد. 64، شماره 5، ص 524; اردیبهشت 96.

یکی از دروس مورد علاقه من در مدرسه شیمی بود. یک بار یک معلم شیمی یک کار بسیار عجیب و دشوار به ما داد. او لیستی از سوالات را به ما داد که باید از نظر شیمی به آنها پاسخ می دادیم. چند روز برای این کار به ما فرصت داده شد و اجازه یافتیم از کتابخانه ها و سایر منابع اطلاعاتی موجود استفاده کنیم. یکی از این سوالات مربوط به نقطه انجماد آب بود. دقیقاً یادم نیست که سؤال چگونه بود، اما در مورد این بود که اگر دو سطل چوبی هم اندازه، یکی با آب گرم، دیگری سرد (با دمای مشخص شده) بردارید و آنها را در آن قرار دهید. محیطی با دمای معین، کدام یک را سریعتر یخ می زنند؟ البته، پاسخ بلافاصله خود را نشان داد - یک سطل آب سرد، اما ما فکر کردیم که خیلی ساده است. اما این برای دادن پاسخ کامل کافی نبود. با تمام فکر و تحقیقم نتوانستم به نتیجه منطقی برسم. حتی آن روز تصمیم گرفتم از این درس صرف نظر کنم، بنابراین هرگز راه حل این معما را یاد نگرفتم.

سال ها گذشت و من افسانه های روزمره زیادی را در مورد نقطه جوش و نقطه انجماد آب یاد گرفتم و یک افسانه می گفت: "آب گرم سریعتر یخ می زند." من به وب سایت های زیادی نگاه کردم، اما اطلاعات بسیار متناقض بود. و اینها فقط نظراتی بودند که از نظر علمی بی اساس بودند. و تصمیم گرفتم آزمایش خودم را انجام دهم. از آنجایی که سطل های چوبی پیدا نکردم، از فریزر، اجاق گاز، مقداری آب و یک دماسنج دیجیتالی استفاده کردم. در مورد نتایج تجربیاتم کمی بعد به شما خواهم گفت. ابتدا چند استدلال جالب در مورد آب را با شما در میان می گذارم:

آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اکثر کارشناسان می گویند که آب سرد سریعتر از آب گرم یخ می زند. اما یک پدیده خنده دار (به اصطلاح اثر ممبا) به دلایل نامعلومی خلاف این را ثابت می کند: آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. یکی از چندین توضیح، فرآیند تبخیر است: اگر آب بسیار گرم در یک محیط سرد قرار گیرد، آب شروع به تبخیر می کند (مقدار باقیمانده آب سریعتر یخ می زند). و طبق قوانین شیمی، این اصلاً افسانه نیست و به احتمال زیاد این چیزی است که معلم می خواست از ما بشنود.

آب جوشیده سریعتر از آب لوله کشی منجمد می شود. علیرغم توضیحات قبلی، برخی از کارشناسان معتقدند که آب جوشیده ای که تا دمای اتاق خنک شده است باید سریعتر منجمد شود زیرا جوشاندن مقدار اکسیژن را کاهش می دهد.

آب سرد سریعتر از آب داغ می جوشد. اگر آب گرم سریعتر یخ می زند، شاید آب سرد زودتر بجوشد! این برخلاف عقل سلیم است و دانشمندان می گویند که این به سادگی نمی تواند باشد. آب داغ در واقع باید سریعتر از آب سرد بجوشد. اما استفاده از آب داغ برای جوشاندن باعث صرفه جویی در مصرف انرژی نمی شود. ممکن است از گاز یا نور کمتری استفاده کنید، اما آبگرمکن همان مقدار انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب سرد را مصرف می کند. (با انرژی خورشیدیاوضاع کمی متفاوت است). در نتیجه گرم کردن آب توسط آبگرمکن، ممکن است رسوب ایجاد شود، بنابراین گرم شدن آب بیشتر طول می کشد.

اگر به آب نمک اضافه کنید، سریعتر می جوشد. نمک نقطه جوش را افزایش می دهد (و بر این اساس نقطه انجماد را کاهش می دهد - به همین دلیل است که برخی از خانم های خانه دار کمی سنگ نمک به بستنی خود اضافه می کنند). اما در این مورد ما به یک سوال دیگر علاقه مند هستیم: مدت زمان جوشیدن آب و اینکه آیا نقطه جوش در این حالت می تواند به بالای 100 درجه سانتیگراد برسد یا خیر. علیرغم آنچه کتاب های آشپزی می گویند، دانشمندان می گویند که مقدار نمکی که به آب جوش اضافه می کنیم به اندازه ای نیست که بر زمان یا دمای جوش تأثیر بگذارد.

اما این چیزی است که من دریافت کردم:

آب سرد: من از سه لیوان 100 میلی لیتری آب تصفیه شده استفاده کردم: یک لیوان با دمای اتاق (72 درجه فارنهایت / 22 درجه سانتیگراد)، یکی با آب گرم (115 درجه فارنهایت / 46 درجه سانتیگراد) و یکی با آب جوشیده (212 درجه سانتیگراد). درجه فارنهایت/100 درجه سانتیگراد). من هر سه لیوان را در فریزر 18- درجه سانتی گراد گذاشتم. و از آنجایی که می دانستم آب بلافاصله به یخ تبدیل نمی شود، با استفاده از "شناور چوبی" درجه یخ زدگی را تعیین کردم. وقتی چوب قرار داده شده در مرکز لیوان دیگر با پایه تماس نداشت، آب را یخ زده در نظر گرفتم. هر پنج دقیقه یکبار عینک را چک کردم. و نتایج من چیست؟ آب اولین لیوان بعد از 50 دقیقه یخ زد. آب داغ بعد از 80 دقیقه یخ زد. آب پز - بعد از 95 دقیقه. یافته های من: با توجه به شرایط موجود در فریزر و آبی که استفاده کردم، نتوانستم اثر ممبا را بازتولید کنم.

من همچنین این آزمایش را با آب جوشانده قبلی که تا دمای اتاق خنک شده بود امتحان کردم. ظرف 60 دقیقه یخ زد - هنوز بیشتر از آب سرد طول کشید تا یخ بزند.

آب جوشیده: یک لیتر آب با دمای محیط برداشتم و روی آتش گذاشتم. در 6 دقیقه جوش آمد. سپس آن را تا دمای اتاق خنک کردم و در حالی که داغ بود به آن اضافه کردم. با همین آتش آب داغ در 4 ساعت و 30 دقیقه جوشید. نتیجه گیری: همانطور که انتظار می رود، آب داغ بسیار سریعتر می جوشد.

آب جوشیده (با نمک): به ازای هر 1 لیتر آب 2 قاشق غذاخوری نمک غذا اضافه کردم. در 6 دقیقه و 33 ثانیه به جوش آمد و همانطور که دماسنج نشان داد به دمای 102 درجه سانتیگراد رسید. بدون شک نمک روی نقطه جوش تاثیر می گذارد اما نه چندان. نتیجه گیری: نمک موجود در آب تاثیر زیادی بر دما و زمان جوش ندارد. من صادقانه اعتراف می کنم که به سختی می توان آشپزخانه من را آزمایشگاه نامید و شاید نتیجه گیری های من با واقعیت در تضاد باشد. فریزر من ممکن است مواد غذایی را به طور یکنواخت منجمد نکند. عینک شیشه ای من می تواند باشدشکل نامنظم ، و غیره اما هر اتفاقی که در آزمایشگاه می افتد، چه زمانیما در مورد

وقتی صحبت از یخ زدن یا جوشاندن آب در آشپزخانه می شود، مهمترین چیز عقل سلیم است. پیوند باحقایق جالب
درباره waterall درباره آب

همانطور که در forum.ixbt.com پیشنهاد شده است، این اثر (اثر یخ زدن آب گرم سریعتر از آب سرد) "اثر ارسطو-مپمبا" نامیده می شود.

آن ها آب جوشیده (سرد) سریعتر از "خام" منجمد می شود

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا آبی که تا 82 درجه سانتیگراد گرم می شود سریعتر از آب سرد یخ می زند؟ به احتمال زیاد نه، من حتی بیش از حد مطمئن هستم که این سوال هرگز برای شما پیش نیامده است: کدام آب سریعتر یخ می زند، گرم یا سرد؟ با این حال اینکشف شگفت انگیز ساخته شده توسط یک دانش آموز آفریقایی معمولی Erasto Mpemba در سال 1963. این تجربه معمول یک پسر کنجکاو بود، البته او نمی توانست معنای خود را به درستی تفسیر کند و علاوه بر این، دانشمندان از سراسر جهان تا سال 1966 نتوانستند به طور واضح و مستدل توضیح دهند.پاسخ به این سوال - چرا آب گرم

سریعتر از سرما یخ می زند

چرا آب گرم در دمای 4 درجه سانتیگراد و آب سرد در دمای 0 یخ می زند؟آب سرد دارای مقدار زیادی اکسیژن محلول است ، اوست که دمای انجماد آب را در 0 درجه حفظ می کند. اگر اکسیژن از آب خارج شود و این اتفاقی می افتد که آب گرم می شود، حباب های هوا در آب حل می شوند، همانطور که امروزه مد شده است، فرو می ریزد، آب تبدیل به یخ می شود نه مثل همیشه در صفر درجه،. این اکسیژن محلول در آب است که پیوندهای بین مولکول های آب را می شکند و از حرکت آب جلوگیری می کند. حالت مایعجامد، به سادگی تبدیل خواهد شد

در سال 1963، یک دانش آموز تانزانیایی به نام Erasto Mpemba از معلم خود سوال احمقانه ای پرسید: چرا بستنی گرم در فریزر او سریعتر از بستنی سرد منجمد می شود؟

به عنوان دانش آموز در دبیرستان ماگامبی در تانزانیا، Erasto Mpemba به عنوان یک آشپز کار عملی انجام داد. او باید بستنی خانگی درست می کرد - شیر را بجوشانید، شکر را در آن حل کنید، آن را تا دمای اتاق خنک کنید و سپس آن را در یخچال قرار دهید تا منجمد شود. ظاهراً امپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در تکمیل قسمت اول کار به تأخیر افتاد. از ترس اینکه تا آخر درس درست نشه، شیر داغ رو توی یخچال گذاشت. در کمال تعجب، حتی زودتر از شیر رفقای خود که مطابق با فناوری داده شده تهیه شده بود، یخ زد.

او برای توضیح به معلم فیزیک مراجعه کرد، اما او فقط به دانش آموز خندید و این جمله را گفت: "این فیزیک جهانی نیست، بلکه فیزیک Mpemba است." پس از این، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب معمولی نیز آزمایش کرد.

در هر صورت، قبلاً به عنوان دانش آموز در مدرسه متوسطه Mkwava، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاهی در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ارائه یک سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش آموزان) به طور خاص در مورد آب پرسید: «اگر شما در نظر بگیرید. دو ظرف یکسان با حجم آب مساوی به طوری که در یکی از آنها دمای آب 35 درجه سانتیگراد و در دیگری - 100 درجه سانتیگراد باشد و آنها را در فریزر قرار دهید سپس در دومی آب سریعتر یخ بزند. چرا؟" آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی، در سال 1969، او و Mpemba نتایج آزمایش های خود را در مجله Physics Education منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند، اثر Mpemba نامیده شد.

آیا شما علاقه مندید که بدانید چرا این اتفاق می افتد؟ همین چند سال پیش، دانشمندان موفق به توضیح این پدیده شدند...

اثر Mpemba (Mpemba Paradox) پارادوکسی است که بیان می‌کند آب گرم در برخی شرایط سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند، اگرچه در طول فرآیند انجماد باید از دمای آب سرد عبور کند. این پارادوکس یک واقعیت تجربی است که با ایده‌های معمولی در تناقض است که بر اساس آن، در شرایط یکسان، جسمی که گرم‌تر شده است، زمان بیشتری برای خنک شدن تا دمای معینی نیاز دارد تا جسمی که حرارت کمتری دارد تا در همان دما خنک شود.

این پدیده در زمان خود مورد توجه ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت قرار گرفت. تا به حال هیچ کس دقیقاً نمی داند چگونه این اثر عجیب را توضیح دهد. دانشمندان یک نسخه واحد ندارند، اگرچه تعداد زیادی وجود دارد. همه چیز در مورد تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما هنوز مشخص نیست که کدام خواص در این مورد نقش دارند: تفاوت در فوق خنک شدن، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع بر روی آب در دماهای مختلف پارادوکس اثر Mpemba این است که زمانی که یک جسم تا دمای محیط خنک می شود باید متناسب با اختلاف دمای بین این جسم و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در این اثر، آب با دمای 100 درجه سانتی گراد تا دمای 0 درجه سانتی گراد سریعتر از همان مقدار آب با دمای 35 درجه سانتی گراد سرد می شود.

از آن زمان، نسخه های مختلفی بیان شده است که یکی از آنها به شرح زیر است: بخشی از آب گرم ابتدا به سادگی تبخیر می شود و سپس، زمانی که کمتر از آن باقی می ماند، آب سریعتر یخ می زند. این نسخه، به دلیل سادگی، محبوب ترین شد، اما به طور کامل دانشمندان را راضی نکرد.

اکنون تیمی از محققان دانشگاه فناوری نانیانگ در سنگاپور به سرپرستی شی ژانگ شیمیدان می‌گویند که این معمای قدیمی را حل کرده‌اند که چرا آب گرم سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند. همانطور که کارشناسان چینی دریافته اند، راز در مقدار انرژی ذخیره شده در پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب نهفته است.

همانطور که می دانید مولکول های آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده اند که در کنار هم قرار دارند پیوندهای کووالانسی، که در سطح ذرات شبیه تبادل الکترون است. دیگری واقعیت شناخته شدهدر این واقعیت نهفته است که اتم های هیدروژن از مولکول های همسایه به اتم های اکسیژن جذب می شوند - و پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شود.

در عین حال، مولکول های آب به طور کلی یکدیگر را دفع می کنند. دانشمندان سنگاپور متوجه شدند: هرچه آب گرمتر باشد، به دلیل افزایش نیروهای دافعه، فاصله بین مولکول های مایع بیشتر می شود. در نتیجه پیوندهای هیدروژنی کشیده می شوند و در نتیجه انرژی بیشتری ذخیره می کنند. این انرژی با سرد شدن آب آزاد می شود - مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند. و آزاد شدن انرژی همانطور که مشخص است به معنای خنک شدن است.

در اینجا فرضیاتی وجود دارد که توسط دانشمندان ارائه شده است:

تبخیر

آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آبی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، با سرد شدن تا دمای 0 درجه سانتیگراد، 16 درصد از جرم خود را از دست می دهد. اثر تبخیر یک اثر دوگانه است. در مرحله اول، جرم آب مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. و دوم اینکه در اثر تبخیر دمای آن کاهش می یابد.

اختلاف دما

با توجه به اینکه اختلاف دمای آب گرم و هوای سرد بیشتر است بنابراین تبادل حرارت در این حالت شدیدتر بوده و آب گرم سریعتر سرد می شود.

هیپوترمی
وقتی آب کمتر از 0 درجه سانتیگراد سرد می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت برخی شرایط، می تواند تحت سرد شدن فوق العاده قرار گیرد و در دماهای زیر انجماد به مایع باقی بماند. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد می تواند مایع باقی بماند. دلیل این اثر این است که برای اینکه اولین بلورهای یخ شروع به تشکیل شدن کنند، به مراکز تشکیل کریستال نیاز است. اگر آنها در آب مایع وجود نداشته باشند، ابرسرد شدن تا زمانی که دما به اندازه کافی کاهش یابد تا کریستال ها به طور خود به خود تشکیل شوند، ادامه می یابد. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و یخ لجن تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد. آب داغ بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا حرارت دادن آن گازها و حباب های محلول را حذف می کند که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل بلورهای یخ عمل کنند. چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سردی که فوق سرد نمی شود، این اتفاق می افتد: لایه نازکی از یخ روی سطح آن تشکیل می شود که به عنوان عایق بین آب و هوای سرد عمل می کند و در نتیجه از تبخیر بیشتر جلوگیری می کند. سرعت تشکیل کریستال های یخ در این حالت کمتر خواهد بود. در مورد آب گرمی که در معرض فوق خنک سازی قرار می گیرد، آب فوق خنک شده دارای لایه سطحی محافظ یخ نیست. بنابراین، گرما را از طریق قسمت باز بسیار سریعتر از دست می دهد. هنگامی که فرآیند فوق خنک کننده به پایان می رسد و آب یخ می زند، گرمای بسیار بیشتری از دست می رود و بنابراین یخ بیشتری تشکیل می شود. بسیاری از محققان این اثر هیپوترمی را عامل اصلی در مورد اثر Mpemba می دانند.
همرفت

آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند، در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت و در نتیجه از دست دادن گرما بدتر می شود، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. این اثر با یک ناهنجاری در چگالی آب توضیح داده می شود. آب حداکثر چگالی خود را در 4 درجه سانتیگراد دارد. اگر آب را تا 4 درجه سانتی گراد خنک کنید و در محیطی با دمای کمتر قرار دهید، لایه سطحی آب سریعتر یخ می زند. از آنجایی که این آب در دمای 4 درجه سانتی گراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط در مدت زمان کوتاهی لایه نازکی از یخ روی سطح آب تشکیل می شود اما این لایه یخ به عنوان یک عایق عمل می کند و از لایه های پایینی آب محافظت می کند که در دمای 4 درجه سانتی گراد باقی می مانند. . بنابراین، فرآیند خنک‌سازی بیشتر کندتر خواهد بود. در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب به دلیل تبخیر و اختلاف دما بیشتر سریعتر خنک می شود. همچنین لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه آب سرد فرو می‌رود و لایه آب گرم را به سطح می‌آورد. این گردش آب کاهش سریع دما را تضمین می کند. اما چرا این فرآیند به نقطه تعادل نمی رسد؟ برای توضیح اثر Mpemba از نقطه نظر همرفت، لازم است فرض کنیم که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و فرآیند همرفت پس از کاهش متوسط ​​دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد. با این حال، هیچ مدرک تجربی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که لایه‌های سرد و گرم آب توسط فرآیند همرفت از هم جدا می‌شوند.

گازهای حل شده در آب

آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی کاهش نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا در دماهای بالا حلالیت آنها در آب کمتر است. بنابراین، هنگامی که آب گرم سرد می شود، همیشه حاوی گازهای محلول کمتری نسبت به آب سرد گرم نشده است. بنابراین نقطه انجماد آب گرم شده بیشتر است و سریعتر یخ می زند. این عامل گاهی اوقات به عنوان اصلی ترین عامل در توضیح اثر Mpemba در نظر گرفته می شود، اگرچه هیچ داده تجربی تأیید کننده این واقعیت وجود ندارد.

هدایت حرارتی

زمانی که آب در ظروف کوچک در فریزر محفظه یخچال قرار می گیرد، این مکانیسم می تواند نقش بسزایی داشته باشد. در این شرایط مشاهده شده است که یک ظرف آب داغ یخ فریزر زیر آن را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با دیواره فریزر و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد. در نتیجه گرما از ظرف آب گرم سریعتر از ظرف سرد خارج می شود. به نوبه خود، یک ظرف با آب سرد، برف زیر را آب نمی کند. همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند، اما پاسخ روشنی به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را تضمین می‌کنند - هرگز به دست نیامد. به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر آب فوق خنک کننده را بر این اثر مطالعه کرد. او کشف کرد که آب داغ، با رسیدن به حالت فوق سرد، در دمای بالاتر از آب سرد و در نتیجه سریعتر از دومی یخ می‌زند. اما آب سرد سریعتر از آب گرم به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند. علاوه بر این، نتایج Auerbach با داده‌های قبلی که آب داغ به دلیل مراکز کریستالیزاسیون کمتر می‌توانست به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، در تضاد بود. وقتی آب گرم می شود گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و وقتی آب می جوشد مقداری املاح حل شده در آن رسوب می کند. در حال حاضر، تنها یک چیز را می توان بیان کرد: بازتولید این اثر به طور قابل توجهی بستگی به شرایطی دارد که در آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود.

اما همانطور که می گویند محتمل ترین دلیل است.

همانطور که شیمیدانان در مقاله خود می نویسند، که می توان آن را در وب سایت preprint arXiv.org یافت، پیوندهای هیدروژنی در آب گرم قوی تر از آب سرد است. بنابراین، معلوم می شود که انرژی بیشتری در پیوندهای هیدروژنی آب گرم ذخیره می شود، به این معنی که وقتی تا دمای زیر صفر سرد شود، مقدار بیشتری از آن آزاد می شود. به همین دلیل، سخت شدن سریعتر اتفاق می افتد.

تا به امروز، دانشمندان این معما را فقط به صورت تئوری حل کرده اند. هنگامی که آنها شواهد قانع کننده ای از نسخه خود ارائه می دهند، این سوال که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند را می توان بسته در نظر گرفت.