Daudzi pētnieki ir izvirzījuši un izvirza savas versijas, kāpēc karsts ūdens sasalst ātrāk nekā auksts. Šķiet, ka tas ir paradokss - galu galā, lai sasaltu, karstajam ūdenim vispirms ir jāatdziest. Tomēr fakts paliek fakts, un zinātnieki to skaidro dažādi.

Galvenās versijas

Šobrīd ir vairākas versijas, kas izskaidro šo faktu:

1. Tā kā karstais ūdens iztvaiko ātrāk, tā apjoms samazinās. Un mazāka ūdens daudzuma sasalšana tajā pašā temperatūrā notiek ātrāk.
2. Ledusskapja saldētavas nodalījumā ir sniega oderējums. Tvertne ar karstu ūdeni izkausē sniegu zem tā. Tas uzlabo termisko kontaktu ar saldētavu.
3. Aukstā ūdens sasalšana, atšķirībā no karstā ūdens, sākas augšpusē. Tajā pašā laikā pasliktinās konvekcija un siltuma starojums, un līdz ar to arī siltuma zudumi.
4. Aukstā ūdenī ir kristalizācijas centri – tajā izšķīdušās vielas. Ja to saturs ūdenī ir mazs, apledošana ir apgrūtināta, lai gan tajā pašā laikā iespējama pārdzesēšana - mīnusā temperatūrā tai ir šķidrs stāvoklis.

Lai gan godīgi mēs varam teikt, ka šī ietekme ne vienmēr tiek novērota. Ļoti bieži auksts ūdens sasalst ātrāk nekā karsts ūdens.

Kādā temperatūrā ūdens sasalst

Kāpēc ūdens vispār sasalst? Tas satur noteiktu daudzumu minerālu vai organisko daļiņu. Tās varētu būt, piemēram, ļoti mazas smilšu, putekļu vai māla daļiņas. Gaisa temperatūrai pazeminoties, šīs daļiņas ir centri, ap kuriem veidojas ledus kristāli.

Kristalizācijas kodolu lomu var pildīt arī gaisa burbuļi un plaisas traukā, kurā ir ūdens. Ūdens pārtapšanas ledū procesa ātrumu lielā mērā ietekmē šādu centru skaits – ja to ir daudz, šķidrums sasalst ātrāk. Normālos apstākļos, ar normālu atmosfēras spiediens, ūdens no šķidra stāvokļa 0 grādu temperatūrā pārvēršas cietā stāvoklī.

Mpemba efekta būtība

Mpemba efekts ir paradokss, kura būtība ir tāda, ka noteiktos apstākļos karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts. Šo parādību pamanīja Aristotelis un Dekarts. Tomēr tikai 1963. gadā Tanzānijas skolnieks Erasto Mpemba noteica, ka karstā saldējuma sasalšana prasa ilgāku laiku. īsu laiku nekā auksts. Šo secinājumu viņš izdarīja, pildot gatavošanas uzdevumu.

Viņam nācās izšķīdināt cukuru vārītajā pienā un, to atdzesējis, ievietot ledusskapī, lai sasalst. Acīmredzot Mpemba nebija īpaši uzcītīgs un ar novēlošanos sāka pildīt pirmo uzdevuma daļu. Tāpēc viņš nesagaidīja, kad piens atdziest, un ielika to ledusskapī karstu. Viņam bija liels pārsteigums, kad tas sasala vēl ātrāk nekā klasesbiedriem, kuri darbus veica atbilstoši dotajai tehnoloģijai.

Šis fakts jaunekli ļoti ieinteresēja, un viņš sāka eksperimentus ar tīru ūdeni. 1969. gadā žurnāls Physics Education publicēja Mpembas un Dāresalāmas universitātes profesora Denisa Osborna pētījumu rezultātus. Viņu aprakstītajam efektam tika dots nosaukums Mpemba. Tomēr pat šodien šai parādībai nav skaidra izskaidrojuma. Visi zinātnieki ir vienisprātis, ka galvenā loma tajā ir atdzesēta un karstā ūdens īpašību atšķirībām, bet kas tieši, nav zināms.

Singapūras versija

Arī fiziķus no vienas no Singapūras universitātēm interesēja jautājums, kurš ūdens sasalst ātrāk – karsts vai auksts? Sji Džana vadītā pētnieku komanda šo paradoksu izskaidroja tieši ar ūdens īpašībām. Visi pārējie ar skolas dienas Zināms ūdens sastāvs – skābekļa atoms un divi ūdeņraža atomi. Skābeklis zināmā mērā atvelk elektronus no ūdeņraža, tāpēc molekula ir noteikta veida "magnēts".

Rezultātā noteiktas molekulas ūdenī nedaudz pievelkas viena otrai un tās vieno ūdeņraža saite. Tās stiprums ir daudzkārt mazāks par kovalento saiti. Singapūras pētnieki uzskata, ka Mpemba paradoksa izskaidrojums slēpjas tieši ūdeņraža saitēs. Ja ūdens molekulas ir novietotas ļoti cieši kopā, tad tik spēcīga mijiedarbība starp molekulām var deformēt kovalento saiti pašas molekulas vidū.

Bet, kad ūdens tiek uzkarsēts, saistītās molekulas nedaudz attālinās viena no otras. Tā rezultātā molekulu vidū notiek kovalento saišu relaksācija ar liekās enerģijas izdalīšanos un pāreju uz zemāku enerģijas līmeni. Tas noved pie tā, ka karstais ūdens sāk strauji atdzist. Vismaz tā liecina Singapūras zinātnieku veiktie teorētiskie aprēķini.

Tūlītēji sasalstošs ūdens — 5 neticami triki: Video

Šķiet, ka vecā labā formula H 2 O nesatur noslēpumus. Bet patiesībā ūdens - dzīvības avots un slavenākais šķidrums pasaulē - ir pilns ar daudziem noslēpumiem, kurus dažreiz nespēj atrisināt pat zinātnieki.

Šeit ir 5 visvairāk interesanti fakti par ūdeni:

1. Karsts ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens

Ņemsim divus traukus ar ūdeni: vienā ielejam karstu ūdeni, otrā aukstu un ievietojam saldētavā. Karstais ūdens sasals ātrāk nekā auksts, lai gan loģiski, ka aukstam ūdenim vispirms vajadzēja pārvērsties ledū: galu galā karstajam ūdenim vispirms ir jāatdziest līdz aukstajai temperatūrai un pēc tam jāpārvēršas par ledu, savukārt aukstam ūdenim nav jāatdzesē. Kāpēc tas notiek?

1963. gadā Erasto B. Mpemba, vidusskolnieks Tanzānijā, saldēja saldējuma maisījumu un pamanīja, ka karstais maisījums saldētavā sastingst ātrāk nekā aukstais. Kad jaunais vīrietis savā atklājumā dalījās ar fizikas skolotāju, viņš par viņu tikai pasmējās. Par laimi, skolēns bija neatlaidīgs un pārliecināja skolotāju veikt eksperimentu, kas apstiprināja viņa atklājumu: noteiktos apstākļos karstais ūdens faktiski sasalst ātrāk nekā auksts.

Tagad šo fenomenu, kad karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts, sauc par "Mpemba efektu". Tiesa, ilgi pirms viņa šo unikālo ūdens īpašību atzīmēja Aristotelis, Frensiss Bēkons un Renē Dekarts.

Zinātnieki joprojām pilnībā neizprot šīs parādības būtību, skaidrojot to vai nu ar pārdzesēšanas, iztvaikošanas, ledus veidošanās, konvekcijas atšķirību, vai arī ar sašķidrināto gāzu ietekmi uz karsto un auksto ūdeni.

X.RU piezīme par tēmu “Karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens”.

Tā kā dzesēšanas jautājumi mums, saldēšanas speciālistiem, ir tuvāki, tad atļausimies nedaudz iedziļināties šīs problēmas būtībā un sniegsim divus viedokļus par tik mistiskas parādības būtību.

1. Vašingtonas universitātes zinātnieks piedāvājis skaidrojumu noslēpumainai parādībai, kas zināma jau kopš Aristoteļa laikiem: kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā aukstais.

Parādība, ko sauc par Mpemba efektu, tiek plaši izmantota praksē. Piemēram, eksperti iesaka autobraucējiem ziemā mazgātāja tvertnē ieliet aukstu, nevis karstu ūdeni. Bet kas ir šīs parādības pamatā, ilgu laiku palika nezināms.

Dr Džonatans Kats no Vašingtonas universitātes pētīja šo fenomenu un nonāca pie secinājuma, ka liela nozīme ir ūdenī izšķīdušām vielām, kuras karsējot izgulsnējas, ziņo EurekAlert.

Zem izšķīdis vielas dr. Katz attiecas uz kalcija un magnija bikarbonātiem, kas atrodas cietā ūdenī. Sildot ūdeni, šīs vielas izgulsnējas, veidojot nogulsnes uz tējkannas sienām. Ūdenī, kas nekad nav karsēts, ir šie piemaisījumi. Tam sasalstot un veidojoties ledus kristāliem, piemaisījumu koncentrācija ūdenī palielinās 50 reizes. Sakarā ar to ūdens sasalšanas punkts samazinās. "Un tagad ūdenim ir vēl vairāk jāatdziest, lai tas sasaltu," skaidro Dr. Katzs.

Ir otrs iemesls, kas neļauj neapsildītam ūdenim sasalst. Ūdens sasalšanas punkta pazemināšana samazina temperatūras starpību starp cieto un šķidro fāzi. "Tā kā ātrums, kādā ūdens zaudē siltumu, ir atkarīgs no šīs temperatūras starpības, ūdens, kas nav uzsildīts, atdziest sliktāk," komentē Dr. Katz.

Pēc zinātnieka domām, viņa teoriju var pārbaudīt eksperimentāli, jo Mpemba efekts kļūst pamanāmāks cietam ūdenim.

2. Skābeklis plus ūdeņradis un aukstums rada ledu. No pirmā acu uzmetiena šī caurspīdīgā viela šķiet ļoti vienkārša. Patiesībā ledus ir pilns ar daudziem noslēpumiem. Ledus, ko radījis afrikānis Erasto Mpemba, par slavu nedomāja. Dienas bija karstas. Viņš gribēja augļu ledus. Viņš paņēma sulas kasti un ielika saldētavā. Viņš to darīja ne reizi vien un tāpēc pamanīja, ka sula īpaši ātri sasalst, ja to pirmo reizi patur saulē – tā to tiešām uzsilda! Tas ir dīvaini, domāja Tanzānijas skolnieks, kurš rīkojās pretēji pasaulīgajai gudrībai. Vai tiešām ir nepieciešams iepriekš uzsildīt šķidrumu, lai tas ātrāk pārvērstos ledū? Jaunais vīrietis bija tik pārsteigts, ka dalījās savā minējumā ar skolotāju. Par šo kuriozu viņš ziņoja presē.

Šis stāsts notika pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Tagad "Mpemba efekts" ir labi zināms zinātniekiem. Taču ilgu laiku šī šķietami vienkāršā parādība palika noslēpums. Kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens?

Tikai 1996. gadā fiziķis Deivids Auerbahs atrada risinājumu. Lai atbildētu uz šo jautājumu, viņš visu gadu veica eksperimentu: viņš glāzē uzsildīja ūdeni un atkal atdzesēja. Tātad, ko viņš uzzināja? Sildot, ūdenī izšķīdinātie gaisa burbuļi iztvaiko. Ūdens, kurā nav gāzu, vieglāk sasalst uz trauka sienām. "Protams, sasals arī ūdens ar augstu gaisa saturu," saka Auerbahs, "bet ne pie nulles grādiem pēc Celsija, bet tikai pie mīnus četriem līdz sešiem grādiem." Protams, būs jāgaida ilgāk. Tātad, karstais ūdens sasalst pirms aukstā ūdens, tas ir zinātnisks fakts.

Diez vai ir kāda viela, kas mūsu acu priekšā parādās tikpat viegli kā ledus. Tas sastāv tikai no ūdens molekulām - tas ir, elementārām molekulām, kas satur divus ūdeņraža atomus un vienu skābekļa atomu. Tomēr ledus, iespējams, ir visnoslēpumainākā viela Visumā. Zinātnieki vēl nav spējuši izskaidrot dažas tās īpašības.

2. Pārdzesēšana un "tūlītēja" sasaldēšana

Ikviens zina, ka ūdens vienmēr pārvēršas ledū, kad tas ir atdzisis līdz 0°C... izņemot atsevišķus gadījumus! Šāds gadījums, piemēram, ir "pārdzesēšana", kas ir ļoti īpašība tīrs ūdens paliek šķidrs pat tad, ja tas ir atdzesēts līdz zem sasalšanas temperatūras. Šī parādība kļūst iespējama, pateicoties tam, ka vidi nesatur kristalizācijas centrus vai kodolus, kas varētu izraisīt ledus kristālu veidošanos. Un tāpēc ūdens paliek šķidrā veidā pat tad, ja tas ir atdzisis zem nulles grādiem pēc Celsija. Kristalizācijas procesu var izraisīt, piemēram, gāzes burbuļi, piemaisījumi (piesārņotāji) vai nelīdzena tvertnes virsma. Bez tiem ūdens paliks šķidrā stāvoklī. Kad sākas kristalizācijas process, varat vērot, kā lieliski atdzesēts ūdens uzreiz pārvēršas ledū.

Noskatieties Fila Medina (www.mrsciguy.com) video (2901 KB, 60 sek.) un pārliecinies pats >>

komentēt. Pārkarsēts ūdens arī paliek šķidrs pat tad, ja tiek uzkarsēts virs tā viršanas temperatūras.

3. "Stikla" ūdens

Ātri un bez vilcināšanās nosauciet, cik dažādi apstākļi vai ir pie ūdens?

Ja atbildējāt trīs (ciets, šķidrs, gāzēts), tad kļūdījāties. Zinātnieki identificē vismaz 5 dažādus šķidra ūdens stāvokļus un 14 ledus stāvokļus.

Atcerieties sarunu par īpaši atdzesētu ūdeni? Tātad, neatkarīgi no tā, ko jūs darāt, -38 °C pat vistīrākais īpaši atdzesēts ūdens pēkšņi pārvēršas ledū. Kas notiek ar turpmāku samazināšanos?

temperatūra? Pie -120 °C ar ūdeni sāk notikt kaut kas dīvains: tas kļūst superviskozs vai viskozs, piemēram, melase, un temperatūrā, kas zemāka par -135 °C, tas pārvēršas par "stiklainu" vai "stiklveida" ūdeni - cietu vielu, kurai nav kristāliskas struktūras. .

4. Ūdens kvantu īpašības

Molekulārā līmenī ūdens ir vēl pārsteidzošāks. 1995. gadā zinātnieku veiktais neitronu izkliedes eksperiments deva negaidītu rezultātu: fiziķi atklāja, ka neitroni, kuru mērķis ir ūdens molekulas, “redz” par 25% mazāk ūdeņraža protonu, nekā gaidīts.

Izrādījās, ka ar ātrumu vienas atosekundes (10 -18 sekundes) notiek neparasts kvantu efekts, un ūdens ķīmiskā formula ierastās - H 2 O vietā kļūst par H 1,5 O!

5. Vai ūdenim ir atmiņa?

Homeopātija, kas ir alternatīva tradicionālajai medicīnai, nosaka, ka atšķaidīts zāļu šķīdums var iedarboties uz organismu dziedinoši, pat ja atšķaidīšanas faktors ir tik liels, ka šķīdumā nav palicis nekas, izņemot ūdens molekulas. Homeopātijas piekritēji šo paradoksu skaidro ar jēdzienu, ko sauc par “ūdens atmiņu”, saskaņā ar kuru ūdenim molekulārā līmenī ir “atmiņa” par vielu, kas tajā izšķīdusi, un tas saglabā sākotnējās koncentrācijas šķīduma īpašības pēc nevienas reizes. sastāvdaļas molekula paliek tajā.

Starptautiska zinātnieku grupa profesores Madlēnas Ennisas vadībā no Belfāstas universitātes, kas kritizēja homeopātijas principus, 2002. gadā veica eksperimentu, lai uz visiem laikiem atspēkotu šo koncepciju. Rezultāts bija pretējs spēja pierādīt „ūdens atmiņas” efekta realitāti. Tomēr neatkarīgu ekspertu uzraudzībā veiktie eksperimenti nedeva nekādus rezultātus.

Ūdenim ir daudzas citas neparastas īpašības, par kurām mēs šajā rakstā nerunājām.

Literatūra.

1. 5 patiešām dīvainas lietas par ūdeni / http://www.neatorama.com.
2. Ūdens noslēpums: tika izveidota Aristoteļa-Mpemba efekta teorija / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomņaščija N.N. Nedzīvās dabas noslēpumi. Noslēpumainākā viela Visumā / http://www.bibliotekar.ru.

Viens no maniem mīļākajiem priekšmetiem skolā bija ķīmija. Reiz ķīmijas skolotājs mums uzdeva ļoti dīvainu un grūtu uzdevumu. Viņš iedeva mums jautājumu sarakstu, uz kuriem mums bija jāatbild ķīmijas jomā. Šim uzdevumam tika dotas vairākas dienas, un mums bija atļauts izmantot bibliotēkas un citus pieejamos informācijas avotus. Viens no šiem jautājumiem attiecās uz ūdens sasalšanas punktu. Es precīzi neatceros, kā izklausījās jautājums, bet tas bija par to, ka, ja paņem divus vienāda izmēra koka spaiņus, vienu ar karsts ūdens, otrs ar aukstu (ar tieši norādīto temperatūru), un novieto tos vidē ar noteiktu temperatūru, kurš ātrāk sasals? Protams, atbilde uzreiz ierosināja sevi - spainis ar auksts ūdens, bet mums tas šķita pārāk vienkārši. Bet ar to nepietika, lai sniegtu pilnīgu atbildi, mums tas bija jāpierāda no ķīmiskā viedokļa. Neskatoties uz visu manu domāšanu un pētījumiem, es nevarēju nonākt pie loģiska secinājuma. Es pat nolēmu izlaist šo nodarbību tajā dienā, tāpēc es nekad neuzzināju šīs mīklas atrisinājumu.

Pagāja gadi, un es uzzināju daudzus ikdienas mītus par ūdens viršanas un sasalšanas temperatūru, un viens mīts teica: "karsts ūdens sasalst ātrāk." Apskatījos daudzas tīmekļa vietnes, taču informācija bija pārāk pretrunīga. Un tie bija tikai viedokļi, no zinātniskā viedokļa nepamatoti. Un es nolēmu veikt savu eksperimentu. Tā kā es nevarēju atrast koka spaiņus, es izmantoju saldētavu, plīti, nedaudz ūdens un digitālo termometru. Par savas pieredzes rezultātiem pastāstīšu nedaudz vēlāk. Pirmkārt, es dalīšos ar jums dažiem interesantiem argumentiem par ūdeni:

Karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts. Lielākā daļa ekspertu saka, ka auksts ūdens sasalst ātrāk nekā karsts ūdens. Bet viena smieklīga parādība (tā sauktais Memba efekts) nezināmu iemeslu dēļ pierāda pretējo: karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts ūdens. Viens no vairākiem skaidrojumiem ir iztvaikošanas process: ja ļoti karstu ūdeni ievieto aukstā vidē, ūdens sāks iztvaikot (atlikušais ūdens daudzums sasalst ātrāk). Un saskaņā ar ķīmijas likumiem tas nav nekāds mīts, un, visticamāk, tas ir tas, ko skolotāja vēlējās dzirdēt no mums.

Vārīts ūdens sasalst ātrāk nekā krāna ūdens. Neskatoties uz iepriekšējo skaidrojumu, daži eksperti iebilst, ka vārītam ūdenim, kas atdzisis līdz istabas temperatūrai, vajadzētu ātrāk sasalst, jo vārot samazinās skābekļa daudzums.

Auksts ūdens vārās ātrāk nekā karsts ūdens. Ja karstais ūdens sasalst ātrāk, tad varbūt auksts ūdens uzvārās ātrāk! Tas ir pretrunā veselajam saprātam, un zinātnieki saka, ka tā vienkārši nevar būt. Karstam krāna ūdenim faktiski vajadzētu vārīties ātrāk nekā aukstam ūdenim. Bet izmantojot karstu ūdeni vārīšanai, enerģija netiek taupīta. Jūs varat izmantot mazāk gāzes vai gaismas, bet ūdens sildītājs izmantos tādu pašu enerģijas daudzumu, kāds nepieciešams aukstā ūdens sildīšanai. (Ar saules enerģiju situācija ir nedaudz atšķirīga). Ūdens sildīšanas rezultātā ar ūdens sildītāju var parādīties nosēdumi, tāpēc ūdens uzsilšana prasīs ilgāku laiku.

Ja pievienosi ūdenim sāli, tas uzvārīsies ātrāk. Sāls paaugstina viršanas temperatūru (un attiecīgi pazemina sasalšanas temperatūru – tāpēc dažas mājsaimnieces savam saldējumam pievieno nedaudz akmeņsāli). Bet mēs esam iekšā šajā gadījumā Mani interesē vēl viens jautājums: cik ilgi ūdens vārīsies un vai vārīšanās temperatūra šajā gadījumā var paaugstināties virs 100°C). Neskatoties uz pavārgrāmatu teikto, zinātnieki apgalvo, ka sāls daudzums, ko pievienojam verdošam ūdenim, nav pietiekams, lai ietekmētu vārīšanās laiku vai temperatūru.

Bet šeit ir tas, ko es saņēmu:

Auksts ūdens: es izmantoju trīs 100 ml glāzes attīrīta ūdens: vienu glāzi ar istabas temperatūru (72 °F/22 °C), vienu ar karstu ūdeni (115 °F/46 °C) un vienu ar vārītu ūdeni (212 °C). °F/100°C). Visas trīs glāzes ievietoju saldētavā -18°C. Un tā kā es zināju, ka ūdens uzreiz nepārvērsīsies ledū, sasalšanas pakāpi noteicu, izmantojot “koka pludiņu”. Kad glāzes centrā novietotais kociņš vairs neskāra pamatni, uzskatīju, ka ūdens ir sasalis. Es pārbaudīju brilles ik pēc piecām minūtēm. Un kādi ir mani rezultāti? Pirmajā glāzē ūdens sasala pēc 50 minūtēm. Karstais ūdens sasala pēc 80 minūtēm. Vārīts - pēc 95 minūtēm. Mani atklājumi: Ņemot vērā apstākļus saldētavā un izmantoto ūdeni, es nevarēju reproducēt Memba efektu.

Izmēģināju šo eksperimentu arī ar iepriekš vārītu ūdeni, kas bija atdzisis līdz istabas temperatūrai. Tas sasala 60 minūšu laikā – joprojām bija nepieciešams ilgāks laiks nekā aukstam ūdenim, lai sasaldētu.

Vārīts ūdens: paņēmu litru ūdens istabas temperatūrā un uzliku uz uguns. Tas uzvārījās 6 minūtēs. Pēc tam es to atkal atdzesēju līdz istabas temperatūrai un pievienoju tam, kamēr tas bija karsts. Ar to pašu uguni karstu ūdeni uzvārīja 4 stundās un 30 minūtēs. Secinājums: Kā gaidīts, karstais ūdens uzvārās daudz ātrāk.

Vārīts ūdens (ar sāli): uz 1 litru ūdens pievienoju 2 lielas ēdamkarotes galda sāls. Tas uzvārījās 6 minūtēs 33 sekundēs, un, kā rādīja termometrs, tas sasniedza 102°C temperatūru. Neapšaubāmi, sāls ietekmē viršanas temperatūru, bet ne daudz. Secinājums: sāls ūdenī īpaši neietekmē temperatūru un vārīšanās laiku. Es godīgi atzīstu, ka manu virtuvi diez vai var saukt par laboratoriju, un, iespējams, mani secinājumi ir pretrunā ar realitāti. Mana saldētava var nesasaldēt pārtiku vienmērīgi. Manas stikla brilles var būt neregulāras formas utt. Taču, lai kas arī notiktu laboratorijā, kad runa ir par ūdens sasaldēšanu vai vārīšanu virtuvē, svarīgākais ir veselais saprāts.

saite ar interesanti fakti par ūdenivisi par ūdeni
kā ieteikts vietnē forum.ixbt.com, šis efekts (karstā ūdens sasalšana ātrāk nekā auksts ūdens) tiek saukts par "Aristoteļa-Mpembas efektu".

Tie. Vārīts ūdens (atdzesēts) sasalst ātrāk nekā “jēlūdens”.

Ūdens- diezgan vienkārša viela no ķīmiskā viedokļa, tomēr tai ir vairākas neparastas īpašības, kas nebeidz pārsteigt zinātniekus. Zemāk ir daži fakti, par kuriem zina tikai daži cilvēki.

1. Kurš ūdens sasalst ātrāk – auksts vai karsts?

Ņemsim divus traukus ar ūdeni: vienā ielejam karstu ūdeni, otrā aukstu un ievietojam saldētavā. Karstais ūdens sasals ātrāk nekā auksts, lai gan loģiski, ka aukstam ūdenim vispirms vajadzēja pārvērsties ledū: galu galā karstajam ūdenim vispirms ir jāatdziest līdz aukstajai temperatūrai un pēc tam jāpārvēršas par ledu, savukārt aukstam ūdenim nav jāatdzesē. Kāpēc tas notiek?

1963. gadā kāds Tanzānijas students Erasto B. Mpemba, saldējot saldējuma maisījumu, pamanīja, ka karstais maisījums saldētavā sastingst ātrāk nekā aukstais. Kad jaunais vīrietis savā atklājumā dalījās ar savu fizikas skolotāju, viņš par viņu tikai pasmējās. Par laimi, skolēns bija neatlaidīgs un pārliecināja skolotāju veikt eksperimentu, kas apstiprināja viņa atklājumu: noteiktos apstākļos karstais ūdens faktiski sasalst ātrāk nekā auksts.

Tagad šo fenomenu, kad karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts, sauc par " Mpemba efekts" Tiesa, ilgi pirms viņa šo unikālo ūdens īpašību atzīmēja Aristotelis, Frensiss Bēkons un Renē Dekarts.

Zinātnieki joprojām pilnībā neizprot šīs parādības būtību, skaidrojot to vai nu ar pārdzesēšanas, iztvaikošanas, ledus veidošanās, konvekcijas atšķirību, vai arī ar sašķidrināto gāzu ietekmi uz karsto un auksto ūdeni.

2. Tas var uzreiz sasalt

Visi to zina ūdens vienmēr pārvēršas par ledu, atdzesējot līdz 0°C... ar dažiem izņēmumiem! Šāda gadījuma piemērs ir pārdzesēšana, kas ir ļoti tīra ūdens īpašība palikt šķidram pat tad, ja tas ir atdzesēts līdz zem sasalšanas temperatūras. Šī parādība ir iespējama, pateicoties tam, ka vidē nav kristalizācijas centru vai kodolu, kas varētu izraisīt ledus kristālu veidošanos. Un tāpēc ūdens paliek šķidrā veidā pat tad, ja tas ir atdzisis zem nulles grādiem pēc Celsija.

Kristalizācijas process to var izraisīt, piemēram, gāzes burbuļi, piemaisījumi (piesārņotāji) vai nelīdzena tvertnes virsma. Bez tiem ūdens paliks šķidrā stāvoklī. Kad sākas kristalizācijas process, varat vērot, kā lieliski atdzesēts ūdens uzreiz pārvēršas ledū.

Ņemiet vērā, ka “pārkarsēts” ūdens arī paliek šķidrs pat tad, ja tiek uzkarsēts virs tā viršanas temperatūras.

3. 19 ūdens stāvokļi

Nevilcinoties, nosauciet, cik dažādu stāvokļu ir ūdenim? Ja atbildējāt trīs: ciets, šķidrs, gāzēts, tad jūs kļūdījāties. Zinātnieki izšķir vismaz 5 dažādus ūdens stāvokļus šķidrā veidā un 14 stāvokļus sasaldētā veidā.

Atcerieties sarunu par īpaši atdzesētu ūdeni? Tātad, lai ko jūs darītu, pie -38 °C pat vistīrākais īpaši atdzesēts ūdens pēkšņi pārvērtīsies ledū. Kas notiks, temperatūrai pazeminoties vēl vairāk? Pie -120 °C ar ūdeni sāk notikt kaut kas dīvains: tas kļūst īpaši viskozs vai viskozs, piemēram, melase, un temperatūrā, kas zemāka par -135 °C, pārvēršas par "stiklveida" vai "stiklveida" ūdeni - cietu vielu, kurai trūkst kristāliskuma. struktūra.

4. Ūdens pārsteidz fiziķus

Molekulārā līmenī ūdens ir vēl pārsteidzošāks. 1995. gadā zinātnieku veiktais neitronu izkliedes eksperiments deva negaidītu rezultātu: fiziķi atklāja, ka neitroni, kuru mērķis ir ūdens molekulas, “redz” par 25% mazāk ūdeņraža protonu, nekā gaidīts.

Izrādījās, ka ar ātrumu vienas attosekundes (10 -18 sekundes) notiek neparasts kvantu efekts, un tā vietā ūdens ķīmiskā formula H2O, kļūst par H1,5O!

5. Ūdens atmiņa

Alternatīva oficiālajai medicīnai homeopātija norāda, ka atšķaidītam zāļu šķīdumam var būt terapeitiska iedarbība uz organismu, pat ja atšķaidīšanas koeficients ir tik liels, ka šķīdumā nav palicis nekas, izņemot ūdens molekulas. Homeopātijas piekritēji skaidro šo paradoksu ar jēdzienu, ko sauc par " ūdens atmiņa“, saskaņā ar kuru ūdenim molekulārā līmenī ir “atmiņa” par vielu, kas tajā kādreiz bija izšķīdināta, un saglabā sākotnējās koncentrācijas šķīduma īpašības pēc tam, kad tajā nav palikusi neviena sastāvdaļas molekula.

Starptautiska zinātnieku komanda profesores Madlēnas Enisas vadībā no Belfāstas Kvīnas universitātes, kas bija kritizējusi homeopātijas principus, 2002. gadā veica eksperimentu, lai uz visiem laikiem atspēkotu šo koncepciju. Rezultāts bija pretējs. Pēc tam zinātnieki paziņoja, ka viņiem izdevās pierādīt efekta realitāti. ūdens atmiņa" Tomēr eksperimenti, kas veikti neatkarīgu ekspertu uzraudzībā, nedeva rezultātus. Strīdi par fenomena esamību " ūdens atmiņa"turpina.

Ūdenim ir daudzas citas neparastas īpašības, par kurām mēs šajā rakstā nerunājām. Piemēram, ūdens blīvums mainās atkarībā no temperatūras (ledus blīvums ir mazāks par ūdens blīvumu); ūdenim ir diezgan augsts virsmas spraigums; šķidrā stāvoklī ūdens ir sarežģīts un dinamiski mainīgs ūdens kopu tīkls, un tieši kopu uzvedība ietekmē ūdens struktūru utt.

Par šīm un daudzām citām negaidītām funkcijām ūdens var lasīt rakstā " Anomālas ūdens īpašības", autors Martins Čaplins, Londonas Universitātes profesors.

Šajā rakstā aplūkosim jautājumu, kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts.

Uzkarsēts ūdens sasalst daudz ātrāk nekā auksts ūdens! Šī apbrīnojamā ūdens īpašība, kurai zinātnieki joprojām nevar atrast precīzu skaidrojumu, ir zināma kopš seniem laikiem. Piemēram, pat Aristotelī ir aprakstīts ziemas makšķerēšana: makšķernieki ledus bedrēs ievietoja makšķeres un, lai tās ātrāk nosaltu, uzlēja uz ledus siltu ūdeni. Šī parādība tika nosaukta Erasto Mpemba vārdā 20. gadsimta 60. gados. Mnemba, gatavojot saldējumu, pamanīja dīvainu efektu un vērsās pie sava fizikas skolotāja doktora Denisa Osborna, lai saņemtu paskaidrojumu. Mpemba un doktors Osborns eksperimentēja ar ūdeni dažādās temperatūrās un secināja, ka gandrīz verdošs ūdens sāk sasalt daudz ātrāk nekā ūdens istabas temperatūrā. Citi zinātnieki veica savus eksperimentus un katru reizi ieguva līdzīgus rezultātus.

Fizikālas parādības skaidrojums

Nav vispārpieņemta izskaidrojuma, kāpēc tas notiek. Daudzi pētnieki norāda, ka visa būtība ir šķidruma pārdzesē, kas notiek, kad tā temperatūra nokrītas zem sasalšanas punkta. Citiem vārdiem sakot, ja ūdens sasalst temperatūrā, kas zemāka par 0°C, tad pārdzesētam ūdenim var būt, piemēram, -2°C temperatūra un tas joprojām var palikt šķidrs, nepārvēršoties ledū. Mēģinot sasaldēt aukstu ūdeni, pastāv iespēja, ka tas vispirms pārdzesēs un tikai pēc kāda laika sacietēs. Uzkarsētā ūdenī notiek citi procesi. Tā ātrāka pārvēršanās ledū ir saistīta ar konvekciju.

Konvekcija- tā ir fiziska parādība, kurā šķidruma siltie apakšējie slāņi paceļas, bet augšējie, atdzesētie, nokrīt.