एमपेम्बा प्रभाव या गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जम जाता है? एमपेम्बा प्रभाव (एमपेम्बा विरोधाभास) एक विरोधाभास है जो बताता है कि कुछ परिस्थितियों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है, हालांकि जमने की प्रक्रिया के दौरान इसे ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, अधिक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है, जबकि कम गर्म शरीर को उसी तापमान तक ठंडा होने में अधिक समय लगता है। इस घटना को एक समय में अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने देखा था, लेकिन 1963 में ही तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने पाया कि गर्म आइसक्रीम का मिश्रण ठंडे की तुलना में तेजी से जम जाता है। तंजानिया के मगंबी हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एरास्टो मपेम्बा ने रसोइया के रूप में व्यावहारिक काम किया। उसे घर पर आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान तक ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने कार्य के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किए गए उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया। इसके बाद एमपेम्बा ने न सिर्फ दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया। किसी भी मामले में, पहले से ही मक्वावा सेकेंडरी स्कूल में एक छात्र के रूप में, उन्होंने दार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए स्कूल निदेशक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप लेते हैं पानी की समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रखें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों? ओसबोर्न को इस मुद्दे में रुचि हो गई और जल्द ही, 1969 में, उन्होंने और एम्पेम्बा ने अपने प्रयोगों के परिणामों को फिजिक्स एजुकेशन पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को एमपेम्बा प्रभाव कहा जाता है। अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालाँकि कई हैं। यह सब गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि इस मामले में कौन से गुण भूमिका निभाते हैं: सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर अलग-अलग तापमान. एमपेम्बा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान कोई शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है वह इस शरीर और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होना चाहिए। यह नियम न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में इसकी कई बार पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 100°C तापमान वाला पानी 35°C तापमान वाले समान मात्रा के पानी की तुलना में 0°C तापमान तक तेजी से ठंडा होता है। हालाँकि, यह अभी तक कोई विरोधाभास नहीं दर्शाता है, क्योंकि एमपीईएमबीए प्रभाव को ज्ञात भौतिकी के ढांचे के भीतर समझाया जा सकता है। यहां एमपेम्बा प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं: वाष्पीकरण गर्म पानी एक कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और उसी तापमान पर पानी की एक छोटी मात्रा तेजी से जम जाती है। 100 C तक गर्म किया गया पानी 0 C तक ठंडा होने पर अपने द्रव्यमान का 16% खो देता है। वाष्पीकरण का प्रभाव दोहरा प्रभाव होता है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरी बात, तापमान इस तथ्य के कारण कम हो जाता है कि जल चरण से भाप चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है। तापमान में अंतर इस तथ्य के कारण है कि तापमान में अंतर है गर्म पानीऔर अधिक ठंडी हवा है - इसलिए, इस मामले में गर्मी विनिमय अधिक तीव्र है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है। हाइपोथर्मिया जब पानी 0 C से नीचे ठंडा हो जाता है, तो यह हमेशा जमता नहीं है। कुछ परिस्थितियों में, यह सुपरकूलिंग से गुजर सकता है और शून्य से नीचे के तापमान पर भी तरल बना रह सकता है। कुछ मामलों में, पानी -20 C के तापमान पर भी तरल रह सकता है। इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए, क्रिस्टल निर्माण केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक कि तापमान अपने आप क्रिस्टल बनने के लिए पर्याप्त न गिर जाए। जब वे सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू हो जाएंगे, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, जिससे स्लश बर्फ बनेगी, जो जम कर बर्फ बन जाएगी। गर्म पानी हाइपोथर्मिया के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होता है क्योंकि इसे गर्म करने से घुली हुई गैसें और बुलबुले निकल जाते हैं, जो बदले में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण के लिए केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं। हाइपोथर्मिया के कारण गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है? के मामले में ठंडा पानी, जो अतिशीतित नहीं है, निम्नलिखित घटित होता है। ऐसे में बर्तन की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी। बर्फ की यह परत पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करेगी और आगे वाष्पीकरण को रोकेगी। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल बनने की दर कम होगी। सुपरकूलिंग के अधीन गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल्ड पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, खुले शीर्ष के माध्यम से यह बहुत तेजी से गर्मी खो देता है। जब सुपरकूलिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी नष्ट हो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बनती है। इस आशय के कई शोधकर्ता एमपेम्बा प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं। संवहन ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे ऊष्मा 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 जल घनत्व में विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4 C पर होता है। यदि आप पानी को 4 C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान पर रखते हैं, तो पानी की सतह की परत तेजी से जम जाएगी। चूँकि यह पानी 4 C के तापमान वाले पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में, कुछ ही समय में पानी की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी, लेकिन बर्फ की यह परत एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो पानी की निचली परतों की रक्षा करेगी, जो 4 C के तापमान पर रहेगी। इसलिए, आगे शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी। गर्म पानी के मामले में स्थिति बिल्कुल अलग है। वाष्पीकरण के कारण पानी की सतह परत अधिक तेजी से ठंडी होगी बड़ा अंतरतापमान इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में सघन होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब जाएगी, जिससे गर्म पानी की परत सतह पर आ जाएगी। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है। लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक क्यों नहीं पहुंचती? संवहन के इस दृष्टिकोण से एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने के लिए, यह मानना ​​आवश्यक होगा कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 सी से नीचे जाने के बाद भी संवहन प्रक्रिया जारी रहती है। हालांकि, ऐसा नहीं है प्रायोगिक डेटा जो इस परिकल्पना की पुष्टि करेगा कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन की प्रक्रिया द्वारा अलग हो जाती हैं। पानी में घुली गैसें पानी में हमेशा गैसें घुली रहती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाईऑक्साइड. इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी को गर्म किया जाता है तो ये गैसें पानी से बाहर निकल जाती हैं क्योंकि ये पानी में घुलनशील होती हैं उच्च तापमाननीचे। इसलिए, जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो उसमें हमेशा बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में कम घुली हुई गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और वह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाला कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं है। तापीय चालकता यह तंत्र तब महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है जब पानी को छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर डिब्बे के फ्रीजर में रखा जाता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी का एक कंटेनर फ्रीजर के नीचे बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार के साथ थर्मल संपर्क और तापीय चालकता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, ठंडे पानी के कंटेनर की तुलना में गर्म पानी के कंटेनर से गर्मी तेजी से निकल जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को नहीं पिघलाता है। इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का अध्ययन कई प्रयोगों में किया गया था, लेकिन इस सवाल का स्पष्ट उत्तर - उनमें से कौन सा एमपीईएमबीए प्रभाव का एक सौ प्रतिशत पुनरुत्पादन प्रदान करता है - कभी प्राप्त नहीं हुआ। उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरबैक ने इस प्रभाव पर सुपरकूलिंग पानी के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, अतिशीतित अवस्था में पहुंचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। लेकिन ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से अतिशीतित अवस्था में पहुंचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है। इसके अलावा, ऑउरबैक के परिणामों ने पिछले डेटा का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त करने में सक्षम था। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब उसे उबाला जाता है तो उसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं। अभी के लिए, केवल एक ही बात कही जा सकती है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन उन परिस्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि इसे हमेशा पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है। ओ. वी. मोसिन

कई शोधकर्ताओं ने अपने-अपने संस्करण सामने रखे हैं और रख रहे हैं कि ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है। यह एक विरोधाभास जैसा प्रतीत होगा - आख़िरकार, जमने के लिए, गर्म पानी को पहले ठंडा करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, तथ्य एक तथ्य ही है, और वैज्ञानिक इसे अलग-अलग तरीकों से समझाते हैं।

प्रमुख संस्करण

फिलहाल, ऐसे कई संस्करण हैं जो इस तथ्य को समझाते हैं:

1. क्योंकि गर्म पानी तेजी से वाष्पित हो जाता है, इसकी मात्रा कम हो जाती है। और एक ही तापमान पर कम मात्रा में पानी का जमना तेजी से होता है।
2. रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर डिब्बे में एक स्नो लाइनर है। गर्म पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को पिघला देता है। इससे फ्रीजर के साथ थर्मल संपर्क में सुधार होता है।
3. गर्म पानी के विपरीत, ठंडे पानी का जमना शीर्ष पर शुरू होता है। इसी समय, संवहन और ऊष्मा विकिरण, और, परिणामस्वरूप, ऊष्मा हानि बिगड़ जाती है।
4. ठंडे पानी में क्रिस्टलीकरण केंद्र होते हैं - इसमें घुले हुए पदार्थ। यदि पानी में उनकी सामग्री कम है, तो आइसिंग करना मुश्किल है, हालांकि एक ही समय में, सुपरकूलिंग संभव है - जब उप-शून्य तापमान पर यह तरल अवस्था में होता है।

हालाँकि निष्पक्षता में हम कह सकते हैं कि यह प्रभाव हमेशा नहीं देखा जाता है। अक्सर, ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है।

पानी किस तापमान पर जमता है

आखिर पानी जम क्यों जाता है? इसमें एक निश्चित मात्रा में खनिज या कार्बनिक कण होते हैं। उदाहरण के लिए, ये रेत, धूल या मिट्टी के बहुत छोटे कण हो सकते हैं। जैसे ही हवा का तापमान गिरता है, ये कण केंद्र होते हैं जिनके चारों ओर बर्फ के क्रिस्टल बनते हैं।

क्रिस्टलीकरण नाभिक की भूमिका पानी वाले कंटेनर में हवा के बुलबुले और दरारें भी निभा सकती हैं। पानी को बर्फ में बदलने की प्रक्रिया की गति काफी हद तक ऐसे केंद्रों की संख्या से प्रभावित होती है - यदि उनमें से कई हैं, तो तरल तेजी से जम जाता है। सामान्य परिस्थितियों में, सामान्य के साथ वायु - दाब, 0 डिग्री के तापमान पर पानी तरल से ठोस अवस्था में बदल जाता है।

म्पेम्बा प्रभाव का सार

एमपेम्बा प्रभाव एक विरोधाभास है, जिसका सार यह है कि कुछ परिस्थितियों में, गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है। इस घटना को अरस्तू और डेसकार्टेस ने देखा था। हालाँकि, 1963 तक तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने यह निर्धारित नहीं किया था कि गर्म आइसक्रीम को जमने में अधिक समय लगता है। छोटी अवधिठंड से भी ज्यादा. खाना पकाने का एक कार्य पूरा करते समय उन्होंने यह निष्कर्ष निकाला।

उन्हें उबले हुए दूध में चीनी घोलनी थी और उसे ठंडा करके फ्रिज में जमने के लिए रखना था। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती नहीं था और उसने कार्य का पहला भाग देर से पूरा करना शुरू किया। इसलिए उन्होंने दूध के ठंडा होने का इंतजार नहीं किया और उसे गर्म ही फ्रिज में रख दिया. उन्हें बहुत आश्चर्य हुआ जब यह उनके सहपाठियों की तुलना में भी तेजी से जम गया, जो दी गई तकनीक के अनुसार काम कर रहे थे।

इस तथ्य में युवक को बहुत दिलचस्पी हुई और उसने सादे पानी के साथ प्रयोग शुरू कर दिया। 1969 में, जर्नल फिजिक्स एजुकेशन ने एमपेम्बा और दार एस सलाम विश्वविद्यालय के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न के शोध के परिणाम प्रकाशित किए। उनके द्वारा वर्णित प्रभाव को एमपेम्बा नाम दिया गया। हालाँकि, आज भी इस घटना की कोई स्पष्ट व्याख्या नहीं है। सभी वैज्ञानिक इस बात से सहमत हैं कि इसमें मुख्य भूमिका ठंडे और गर्म पानी के गुणों में अंतर की है, लेकिन वास्तव में क्या है यह अज्ञात है।

सिंगापुर संस्करण

सिंगापुर के एक विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी भी इस सवाल में रुचि रखते थे कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा? शी झांग के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने पानी के गुणों द्वारा इस विरोधाभास को सटीक रूप से समझाया। बाकी सब साथ में स्कूल के दिनोंपानी की संरचना ज्ञात है - एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु। ऑक्सीजन कुछ हद तक इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन से दूर खींचती है, इसलिए अणु एक निश्चित प्रकार का "चुंबक" है।

परिणामस्वरूप, पानी में कुछ अणु एक दूसरे के प्रति थोड़ा आकर्षित होते हैं और हाइड्रोजन बंधन द्वारा एकजुट होते हैं। इसकी ताकत सहसंयोजक बंधन की तुलना में कई गुना कम है। सिंगापुर के शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि एमपेम्बा के विरोधाभास की व्याख्या सटीक रूप से हाइड्रोजन बांड में निहित है। यदि पानी के अणुओं को एक साथ बहुत कसकर रखा जाता है, तो अणुओं के बीच इतनी मजबूत बातचीत अणु के बीच में सहसंयोजक बंधन को ख़राब कर सकती है।

लेकिन जब पानी को गर्म किया जाता है, तो बंधे हुए अणु एक-दूसरे से थोड़ा दूर चले जाते हैं। परिणामस्वरूप, अणुओं के बीच में सहसंयोजक बंधनों में शिथिलता आती है, जिससे अतिरिक्त ऊर्जा निकलती है और निम्न ऊर्जा स्तर पर संक्रमण होता है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि गर्म पानी तेजी से ठंडा होने लगता है। कम से कम, सिंगापुर के वैज्ञानिकों द्वारा की गई सैद्धांतिक गणना तो यही दर्शाती है।

तुरंत जमा देने वाला पानी - 5 अविश्वसनीय तरकीबें: वीडियो

इस लेख में हम इस सवाल पर गौर करेंगे कि ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है।

गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमता है! पानी का यह अद्भुत गुण, जिसके लिए वैज्ञानिक अभी भी सटीक स्पष्टीकरण नहीं पा सके हैं, प्राचीन काल से ज्ञात है। उदाहरण के लिए, अरस्तू में भी शीतकालीन मछली पकड़ने का वर्णन है: मछुआरों ने बर्फ में छेद में मछली पकड़ने की छड़ें डालीं, और ताकि वे तेजी से जम जाएं, उन्होंने बर्फ पर गर्म पानी डाला। इस घटना का नाम 20वीं सदी के 60 के दशक में एरास्टो मपेम्बा के नाम पर रखा गया था। आइसक्रीम बनाते समय मेनेम्बा ने एक अजीब प्रभाव देखा और स्पष्टीकरण के लिए अपने भौतिकी शिक्षक, डॉ. डेनिस ओसबोर्न के पास गए। एमपेम्बा और डॉ. ओसबोर्न ने अलग-अलग तापमान पर पानी के साथ प्रयोग किया और निष्कर्ष निकाला कि लगभग उबलता पानी कमरे के तापमान पर पानी की तुलना में बहुत तेजी से जमना शुरू कर देता है। अन्य वैज्ञानिकों ने अपने-अपने प्रयोग किए और हर बार समान परिणाम प्राप्त किए।

एक भौतिक घटना की व्याख्या

ऐसा क्यों होता है, इसका कोई आम तौर पर स्वीकृत स्पष्टीकरण नहीं है। कई शोधकर्ताओं का सुझाव है कि पूरा बिंदु तरल के सुपरकूलिंग में है, जो तब होता है जब इसका तापमान हिमांक बिंदु से नीचे चला जाता है। दूसरे शब्दों में, यदि पानी 0°C से नीचे के तापमान पर जमता है, तो सुपरकूल्ड पानी का तापमान, उदाहरण के लिए, -2°C हो सकता है और फिर भी बर्फ में बदले बिना तरल बना रह सकता है। जब हम ठंडे पानी को जमने की कोशिश करते हैं, तो संभावना है कि यह पहले अतिशीतल हो जाएगा और कुछ समय बाद ही कठोर हो जाएगा। अन्य प्रक्रियाएँ गर्म पानी में होती हैं। इसका बर्फ में तेजी से परिवर्तन संवहन से जुड़ा है।

कंवेक्शन- यह एक भौतिक घटना है जिसमें तरल की गर्म निचली परतें ऊपर उठती हैं, और ऊपरी, ठंडी परतें गिरती हैं।

पानी- रासायनिक दृष्टि से एक साधारण पदार्थ, तथापि, इसमें कई असामान्य गुण हैं जो वैज्ञानिकों को आश्चर्यचकित करना कभी नहीं छोड़ते। नीचे कुछ तथ्य दिए गए हैं जिनके बारे में बहुत कम लोग जानते हैं।

1. कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म?

आइए पानी के दो कंटेनर लें: एक में गर्म पानी और दूसरे में ठंडा पानी डालें और उन्हें फ्रीजर में रख दें। गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाएगा, हालांकि तार्किक रूप से, ठंडे पानी को पहले बर्फ में बदलना चाहिए था: आखिरकार, गर्म पानी को पहले ठंडे तापमान तक ठंडा करना होगा, और फिर बर्फ में बदलना होगा, जबकि ठंडे पानी को ठंडा करने की आवश्यकता नहीं है। ऐसा क्यों हो रहा है?

1963 में, एरास्टो बी. मपेम्बा नाम के एक तंजानियाई छात्र ने आइसक्रीम मिश्रण को जमाते समय देखा कि ठंडे मिश्रण की तुलना में गर्म मिश्रण फ्रीजर में तेजी से जम गया। जब युवक ने अपनी खोज अपने भौतिकी शिक्षक के साथ साझा की, तो वह केवल उस पर हँसे। सौभाग्य से, छात्र लगातार दृढ़ रहा और उसने शिक्षक को एक प्रयोग करने के लिए मना लिया, जिससे उसकी खोज की पुष्टि हुई: कुछ शर्तों के तहत, गर्म पानी वास्तव में ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है।

अब ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के तेजी से जमने की इस घटना को "कहा जाता है" म्पेम्बा प्रभाव" सच है, उनसे बहुत पहले अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने पानी की इस अनूठी संपत्ति पर ध्यान दिया था।

वैज्ञानिक अभी भी इस घटना की प्रकृति को पूरी तरह से नहीं समझते हैं, इसे या तो सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ निर्माण, संवहन में अंतर या गर्म और ठंडे पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव से समझाते हैं।

2. यह तुरंत जम सकता है

हर कोई जानता है कि पानी 0°C तक ठंडा होने पर हमेशा बर्फ में बदल जाता है... कुछ अपवादों के साथ! उदाहरण के लिए, ऐसा मामला सुपरकूलिंग है, जो बहुत का गुण है साफ पानीशून्य से नीचे तक ठंडा होने पर भी तरल बना रहता है। यह घटना इस तथ्य के कारण संभव हो पाती है पर्यावरणइसमें क्रिस्टलीकरण के केंद्र या नाभिक नहीं होते हैं जो बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण को गति प्रदान कर सकें। और इसलिए पानी शून्य डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा होने पर भी तरल रूप में रहता है।

क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाउदाहरण के लिए, गैस के बुलबुले, अशुद्धियाँ (प्रदूषक), या कंटेनर की असमान सतह के कारण हो सकता है। इनके बिना जल तरल अवस्था में ही रहेगा। जब क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया शुरू होती है, तो आप देख सकते हैं कि अति-ठंडा पानी तुरंत बर्फ में बदल जाता है।

ध्यान दें कि "अति गरम" पानी अपने क्वथनांक से ऊपर गर्म करने पर भी तरल बना रहता है।

3. जल की 19 अवस्थाएँ

बिना किसी झिझक के बताएं कि कितना? विभिन्न स्थितियाँक्या पानी के पास है? यदि आपने तीन उत्तर दिए: ठोस, तरल, गैस, तो आप गलत थे। वैज्ञानिक तरल रूप में पानी की कम से कम 5 विभिन्न अवस्थाओं और जमे हुए रूप में 14 अवस्थाओं में अंतर करते हैं।

अत्यधिक ठंडे पानी के बारे में बातचीत याद है? तो, चाहे आप कुछ भी करें, -38 डिग्री सेल्सियस पर सबसे शुद्ध अति-ठंडा पानी भी अचानक बर्फ में बदल जाएगा। तापमान और गिरने पर क्या होगा? -120 डिग्री सेल्सियस पर पानी में कुछ अजीब होने लगता है: यह गुड़ की तरह अति चिपचिपा या चिपचिपा हो जाता है, और -135 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर यह "ग्लासी" या "कांचदार" पानी में बदल जाता है - एक ठोस पदार्थ जिसमें क्रिस्टलीय संरचना का अभाव होता है .

4. पानी भौतिकविदों को आश्चर्यचकित करता है

आणविक स्तर पर तो पानी और भी आश्चर्यजनक है। 1995 में, वैज्ञानिकों द्वारा किए गए एक न्यूट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोग से एक अप्रत्याशित परिणाम मिला: भौतिकविदों ने पाया कि पानी के अणुओं पर लक्षित न्यूट्रॉन अपेक्षा से 25% कम हाइड्रोजन प्रोटॉन को "देखते" हैं।

यह पता चला कि एक एटोसेकंड (10 -18 सेकंड) की गति से एक असामान्य क्वांटम प्रभाव होता है, और इसके बजाय पानी का रासायनिक सूत्र H2O, H1.5O हो जाता है!

5. जल स्मृति

आधिकारिक चिकित्सा का विकल्प होम्योपैथीबताता है कि किसी दवा का पतला घोल शरीर पर उपचारात्मक प्रभाव डाल सकता है, भले ही पतला करने वाला कारक इतना बढ़िया हो कि घोल में पानी के अणुओं के अलावा कुछ भी न बचे। होम्योपैथी के समर्थक इस विरोधाभास को "" नामक अवधारणा से समझाते हैं। जल स्मृति“, जिसके अनुसार आणविक स्तर पर पानी में उस पदार्थ की “स्मृति” होती है जो एक बार इसमें घुल गया था और घटक का एक भी अणु इसमें नहीं रहने के बाद मूल एकाग्रता के समाधान के गुणों को बरकरार रखता है।

होम्योपैथी के सिद्धांतों की आलोचना करने वाली क्वीन यूनिवर्सिटी ऑफ बेलफ़ास्ट के प्रोफेसर मेडेलीन एनिस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने 2002 में इस अवधारणा को हमेशा के लिए खारिज करने के लिए एक प्रयोग किया। परिणाम विपरीत हुआ. जिसके बाद, वैज्ञानिकों ने कहा कि वे प्रभाव की वास्तविकता को साबित करने में सक्षम थे” जल स्मृति" हालाँकि, स्वतंत्र विशेषज्ञों की देखरेख में किए गए प्रयोगों से कोई नतीजा नहीं निकला। घटना के अस्तित्व के बारे में विवाद " जल स्मृति"जारी है।

पानी में कई अन्य असामान्य गुण हैं जिनके बारे में हमने इस लेख में बात नहीं की है। उदाहरण के लिए, पानी का घनत्व तापमान के आधार पर बदलता है (बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है); पानी का सतही तनाव काफी अधिक होता है; तरल अवस्था में, पानी जल समूहों का एक जटिल और गतिशील रूप से बदलता नेटवर्क है, और यह समूहों का व्यवहार है जो पानी की संरचना आदि को प्रभावित करता है।

इनके बारे में और कई अन्य अप्रत्याशित विशेषताओं के बारे में पानीलेख में पढ़ा जा सकता है " जल के असामान्य गुण", लंदन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर मार्टिन चैपलिन द्वारा लिखित।

नमस्कार प्रिय प्रेमियों रोचक तथ्य. आज हम आपसे बात करेंगे. लेकिन मुझे लगता है कि शीर्षक में उठाया गया प्रश्न बिल्कुल बेतुका लग सकता है - लेकिन क्या किसी को हमेशा कुख्यात "सामान्य ज्ञान" पर भरोसा करना चाहिए, न कि कड़ाई से स्थापित परीक्षण प्रयोग पर। आइए जानने की कोशिश करें कि ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है?

ऐतिहासिक सन्दर्भ

कि जमा देने वाले ठंडे और गर्म पानी के मुद्दे में, "हर चीज़ शुद्ध नहीं है" का उल्लेख अरस्तू के कार्यों में किया गया था, फिर एफ. बेकन, आर. डेसकार्टेस और जे. ब्लैक द्वारा भी इसी तरह के नोट्स बनाए गए थे। में आधुनिक इतिहासइस प्रभाव को "मपेम्बा का विरोधाभास" नाम दिया गया - तांगानिका स्कूल के छात्र एरास्टो मपेम्बा के नाम पर, जिसने एक अतिथि भौतिकी प्रोफेसर से यही प्रश्न पूछा था।

लड़के का प्रश्न कहीं से नहीं, बल्कि रसोई में आइसक्रीम मिश्रण को ठंडा करने की प्रक्रिया की विशुद्ध रूप से व्यक्तिगत टिप्पणियों से उत्पन्न हुआ था। बेशक, वहां मौजूद सहपाठियों ने, स्कूल शिक्षक के साथ मिलकर, मपेम्बा को हँसाया - हालाँकि, प्रोफेसर डी. ओसबोर्न द्वारा व्यक्तिगत रूप से एक प्रायोगिक परीक्षण के बाद, उनमें से एरास्टो का मज़ाक उड़ाने की इच्छा "लुप्त" हो गई। इसके अलावा, एमपेम्बा ने एक प्रोफेसर के साथ मिलकर 1969 में भौतिकी शिक्षा में इस प्रभाव का एक विस्तृत विवरण प्रकाशित किया - और तब से वैज्ञानिक साहित्य में उपर्युक्त नाम तय हो गया है।

घटना का सार क्या है?

प्रयोग की स्थापना काफी सरल है: अन्य सभी चीजें समान होने पर, समान पतली दीवार वाले बर्तनों का परीक्षण किया जाता है, जिनमें बिल्कुल समान मात्रा में पानी होता है, केवल तापमान में अंतर होता है। बर्तनों को रेफ्रिजरेटर में लाद दिया जाता है, जिसके बाद उनमें से प्रत्येक में बर्फ बनने तक का समय दर्ज किया जाता है। विरोधाभास यह है कि आरंभ में अधिक गर्म तरल वाले बर्तन में यह तेजी से होता है।

आधुनिक भौतिकी इसे कैसे समझाती है?

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

• किसी तरल पदार्थ की अतिशीतल करने की क्षमता - प्रारंभ में ठंडे पानी में अतिशीतलन की संभावना अधिक होती है, अर्थात। जब उसका तापमान पहले से ही हिमांक बिंदु से नीचे हो तो वह तरल रहता है
• त्वरित शीतलन - गर्म पानी से भाप बर्फ के माइक्रोक्रिस्टल में परिवर्तित हो जाती है, जो वापस गिरने पर प्रक्रिया को तेज कर देती है, एक अतिरिक्त "बाहरी हीट एक्सचेंजर" के रूप में काम करती है।
• इन्सुलेशन प्रभाव - गर्म पानी के विपरीत, ठंडा पानी ऊपर से जम जाता है, जिससे संवहन और विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण में कमी आती है

कई अन्य स्पष्टीकरण हैं (पिछली बार ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री ने हाल ही में 2012 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...