ठंड की तुलना में गर्म तेजी से ठंडा होता है। गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है? Mpemba प्रभाव

पानी- रासायनिक दृष्टिकोण से एक काफी सरल पदार्थ, हालांकि, इसमें कई असामान्य गुण हैं जो वैज्ञानिकों को विस्मित करना बंद नहीं करते हैं। नीचे कुछ ऐसे तथ्य दिए गए हैं जिनके बारे में कम ही लोग जानते हैं।

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

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, इसे पहले बर्फ में बदलना चाहिए था ठंडा पानी: आखिरकार, गर्म पानी को पहले ठंडे तापमान पर ठंडा करना चाहिए, और फिर बर्फ में बदलना चाहिए, जबकि ठंडे पानी को ठंडा करने की आवश्यकता नहीं है। ये क्यों हो रहा है?

1963 में, तंजानिया के एक छात्र, जिसका नाम एरास्टो बी. मपेम्बा था, ने एक तैयार आइसक्रीम मिश्रण को फ्रीज करते हुए देखा कि गर्म मिश्रण ठंडे वाले की तुलना में फ्रीजर में तेजी से जमता है। जब युवक ने अपनी खोज एक भौतिकी शिक्षक के साथ साझा की, तो वह केवल उस पर हंसा। सौभाग्य से, छात्र लगातार था और शिक्षक को एक प्रयोग करने के लिए मना लिया, जिसने उसकी खोज की पुष्टि की: कुछ शर्तों के तहत गर्म पानीवास्तव में ठंड की तुलना में तेजी से जम जाता है।

अब गर्म पानी के ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमने की इस घटना को कहा जाता है " Mpemba प्रभाव". सच है, इससे बहुत पहले अद्वितीय संपत्तिपानी को अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने नोट किया था।

वैज्ञानिक इस घटना की प्रकृति को पूरी तरह से समझ नहीं पाते हैं, इसे या तो हाइपोथर्मिया, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या गर्म और ठंडे पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर से समझाते हैं।

2. वह तुरंत जमने में सक्षम है

हर कोई जानता है कि पानी 0 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने पर हमेशा बर्फ में बदल जाता है ... कुछ मामलों को छोड़कर! ऐसा मामला, उदाहरण के लिए, सुपरकूलिंग है, जो कि बहुत . का गुण है स्वच्छ जलठंड से नीचे ठंडा होने पर भी तरल रहता है। यह घटना इस तथ्य के कारण संभव हो जाती है कि पर्यावरण में क्रिस्टलीकरण केंद्र या नाभिक नहीं होते हैं जो बर्फ के क्रिस्टल के गठन को भड़का सकते हैं। और इसलिए पानी शून्य डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर ठंडा होने पर भी तरल रूप में रहता है।

क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाउकसाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, गैस के बुलबुले, अशुद्धियों (प्रदूषण), कंटेनर की असमान सतह से। इनके बिना जल द्रव अवस्था में रहेगा। जब क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया शुरू होती है, तो आप देख सकते हैं कि कैसे सुपर-कूल्ड पानी तुरंत बर्फ में बदल जाता है।

ध्यान दें कि "सुपरहीटेड" पानी भी अपने क्वथनांक से ऊपर गर्म होने पर भी तरल रहता है।

3. जल की 19 अवस्थाएं

बिना झिझक कितने का नाम बताओ विभिन्न राज्यपानी है? यदि आपने तीन का उत्तर दिया: ठोस, तरल, गैसीय, तो आप गलत हैं। वैज्ञानिक पानी की कम से कम 5 अलग-अलग अवस्थाओं को तरल रूप में और 14 अवस्थाओं को जमे हुए रूप में भेद करते हैं।

सुपर-कूल्ड पानी के बारे में बातचीत याद है? तो, आप जो भी करते हैं, -38 डिग्री सेल्सियस पर, यहां तक ​​​​कि सबसे शुद्ध सुपर-कूल्ड पानी भी अचानक बर्फ में बदल जाएगा। क्या होता है क्योंकि तापमान और गिर जाता है? -120 डिग्री सेल्सियस पर, पानी के साथ 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 "ग्लासी" पानी में बदल जाता है - एक ठोस पदार्थ जो क्रिस्टलीय संरचना का अभाव है।

4. जल आश्चर्य भौतिकविदों

आणविक स्तर पर, पानी और भी आश्चर्यजनक है। 1995 में, वैज्ञानिकों द्वारा किए गए एक न्यूट्रॉन बिखरने के प्रयोग ने एक अप्रत्याशित परिणाम दिया: भौतिकविदों ने पाया कि पानी के अणुओं पर निर्देशित न्यूट्रॉन अपेक्षा से 25% कम हाइड्रोजन प्रोटॉन "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 होता है H2O, H1.5O बन जाता है!

5. जल स्मृति

विकल्प आधिकारिक दवा होम्योपैथीबताता है कि एक पतला समाधान औषधीय उत्पादशरीर पर चिकित्सीय प्रभाव हो सकता है, भले ही तनुकरण कारक इतना बड़ा हो कि घोल में पानी के अणुओं के अलावा कुछ नहीं बचा हो। होम्योपैथी के समर्थक इस विरोधाभास को एक अवधारणा के साथ समझाते हैं जिसे " जल स्मृति”, जिसके अनुसार आणविक स्तर पर पानी में एक पदार्थ की "स्मृति" होती है जो एक बार उसमें घुल गई थी और उसमें एक भी घटक अणु नहीं रहने के बाद प्रारंभिक एकाग्रता के समाधान के गुणों को बरकरार रखता है।

क्वीन यूनिवर्सिटी ऑफ बेलफास्ट के प्रोफेसर मेडेलीन एनिस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम, जिन्होंने होम्योपैथी के सिद्धांतों की आलोचना की, ने 2002 में एक बार और सभी के लिए अवधारणा को खारिज करने के लिए एक प्रयोग किया। परिणाम इसके विपरीत रहा। उसके बाद, वैज्ञानिकों ने कहा कि वे प्रभाव की वास्तविकता को साबित करने में कामयाब रहे " जल स्मृति". हालांकि, स्वतंत्र विशेषज्ञों की देखरेख में किए गए प्रयोग परिणाम नहीं लाए। घटना के अस्तित्व के बारे में विवाद " जल स्मृति" जारी रखें।

पानी में कई अन्य असामान्य गुण हैं जिन्हें हमने इस लेख में शामिल नहीं किया है। उदाहरण के लिए, पानी का घनत्व तापमान के साथ बदलता रहता है (बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है); पानी में काफी बड़ा सतह तनाव होता है; एक तरल अवस्था में, पानी जल समूहों का एक जटिल और गतिशील रूप से बदलते नेटवर्क है, और यह समूहों का व्यवहार है जो पानी की संरचना आदि को प्रभावित करता है।

इन और कई अन्य अप्रत्याशित विशेषताओं के बारे में पानीलेख में पढ़ा जा सकता है पानी के विषम गुण”, जिसके लेखक मार्टिन चैपलिन हैं, जो लंदन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर हैं।

गर्म पानी के ठंडे पानी की तुलना में तेज गति से जमने की घटना को विज्ञान में Mpemba प्रभाव के रूप में जाना जाता है। अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस जैसे महान दिमागों ने इस विरोधाभासी घटना पर विचार किया, लेकिन सदियों से कोई भी इस घटना के लिए उचित स्पष्टीकरण देने में सक्षम नहीं है।

केवल 1963 में, तांगानिका गणराज्य के एक स्कूली छात्र, एरास्टो मपेम्बा ने आइसक्रीम के उदाहरण पर इस प्रभाव को देखा, लेकिन किसी भी वयस्क ने उसे स्पष्टीकरण नहीं दिया। फिर भी, भौतिकविदों और रसायनज्ञों ने इस तरह की एक सरल, लेकिन इतनी समझ से बाहर होने वाली घटना के बारे में गंभीरता से सोचा।

तब से, अलग-अलग संस्करण व्यक्त किए गए हैं, जिनमें से एक इस प्रकार था: गर्म पानी का हिस्सा बस पहले वाष्पित हो जाता है, और फिर, जब थोड़ी मात्रा में रहता है, तो पानी तेजी से जम जाता है। यह संस्करण, इसकी सादगी के कारण, सबसे लोकप्रिय हो गया, लेकिन वैज्ञानिक पूरी तरह से संतुष्ट नहीं थे।

अब रसायनज्ञ शी झांग के नेतृत्व में सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम का कहना है कि उन्होंने सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है। जैसा कि चीनी विशेषज्ञों ने पाया, रहस्य पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में निहित है।

जैसा कि आप जानते हैं, पानी के अणु एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणुओं से बने होते हैं, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं, जो कण स्तर पर इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान की तरह दिखते हैं। एक अन्य सर्वविदित तथ्य यह है कि हाइड्रोजन परमाणु पड़ोसी अणुओं से ऑक्सीजन परमाणुओं की ओर आकर्षित होते हैं - इससे हाइड्रोजन बंध बनते हैं।

इसी समय, पानी के अणु समग्र रूप से एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। सिंगापुर के वैज्ञानिकों ने देखा कि पानी जितना गर्म होता है, प्रतिकारक बलों में वृद्धि के कारण तरल के अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होती है। नतीजतन, हाइड्रोजन बांड खिंच जाते हैं, और इसलिए अधिक ऊर्जा जमा करते हैं। यह ऊर्जा तब निकलती है जब पानी ठंडा हो जाता है - अणु एक दूसरे के पास पहुंचते हैं। और ऊर्जा की वापसी, जैसा कि आप जानते हैं, का अर्थ है शीतलन।

जैसा कि केमिस्ट अपने लेख में लिखते हैं, जो arXiv.org प्रीप्रिंट साइट पर पाया जा सकता है, हाइड्रोजन बांड ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी में अधिक मजबूती से फैले होते हैं। इस प्रकार, यह पता चला है कि गर्म पानी के हाइड्रोजन बांड में अधिक ऊर्जा जमा होती है, जिसका अर्थ है कि इसका अधिक हिस्सा ठंडा होने पर छोड़ा जाता है उप-शून्य तापमान. इस वजह से ठंड ज्यादा तेज होती है।

आज तक, वैज्ञानिकों ने इस पहेली को केवल सैद्धांतिक रूप से हल किया है। जब वे अपने संस्करण के पुख्ता सबूत पेश करते हैं, तो इस सवाल को बंद माना जा सकता है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।

यह स्पष्ट प्रतीत होता है कि ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से जमता है, क्योंकि समान परिस्थितियों में गर्म पानी को ठंडा होने और बाद में जमने में अधिक समय लगता है। हालांकि, हजारों वर्षों की टिप्पणियों के साथ-साथ आधुनिक प्रयोगों ने दिखाया है कि विपरीत भी सच है: कुछ शर्तों के तहत, गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। साइंस चैनल साइंसियम इस घटना की व्याख्या करता है:

जैसा कि ऊपर दिए गए वीडियो में बताया गया है, जिस घटना में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, उसे मपेम्बा प्रभाव के रूप में जाना जाता है, जिसका नाम तंजानिया के एक छात्र एरास्टो मपेम्बा के नाम पर रखा गया है, जिसने 1963 में आइसक्रीम को किसके हिस्से के रूप में बनाया था। विद्यालय की परियोजना. छात्रों को क्रीम और चीनी के मिश्रण को उबालने के लिए लाना था, इसे ठंडा होने देना था और फिर इसे फ्रीजर में रखना था।

इसके बजाय, एरास्टो ने अपने मिश्रण को ठंडा होने की प्रतीक्षा किए बिना, एक ही बार में गर्म कर दिया। नतीजतन, 1.5 घंटे के बाद, उसका मिश्रण पहले से ही जम गया था, लेकिन अन्य छात्रों के मिश्रण नहीं थे। इस घटना से प्रेरित होकर, Mpemba ने भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न के साथ इस मुद्दे का अध्ययन करना शुरू किया, और 1969 में उन्होंने एक पेपर प्रकाशित किया जिसमें कहा गया था कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। यह इस तरह का पहला सहकर्मी-समीक्षित अध्ययन था, लेकिन इस घटना का उल्लेख 4 वीं शताब्दी ईसा पूर्व के अरस्तू के पत्रों में ही किया गया है। इ। फ्रांसिस बेकन और डेसकार्टेस ने भी अपने अध्ययन में इस घटना का उल्लेख किया।

क्या हो रहा है यह समझाने के लिए वीडियो कई विकल्पों को सूचीबद्ध करता है:

1. फ्रॉस्ट एक ढांकता हुआ है, और इसलिए ठंढा ठंडा पानी एक गर्म गिलास की तुलना में बेहतर गर्मी का भंडारण करता है जो इसके संपर्क में बर्फ को पिघला देता है।
2. ठंडे पानी में गर्म पानी की तुलना में अधिक घुलने वाली गैसें होती हैं, और शोधकर्ताओं का अनुमान है कि यह शीतलन की दर में भूमिका निभा सकता है, हालांकि यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि कैसे।
3. गर्म पानी वाष्पीकरण के माध्यम से अधिक पानी के अणुओं को खो देता है, जिससे कम जमने लगता है
4. गर्म पानीसंवहन धाराओं में वृद्धि के कारण तेजी से ठंडा हो सकता है। ये धाराएँ इसलिए होती हैं क्योंकि गिलास में पानी पहले सतह और किनारों पर ठंडा होता है, जिससे ठंडा पानी डूब जाता है और गर्म पानी ऊपर उठ जाता है। एक गर्म गिलास में, संवहनी धाराएं अधिक सक्रिय होती हैं, जो शीतलन की दर को प्रभावित कर सकती हैं।

हालांकि, 2016 में, एक सावधानीपूर्वक नियंत्रित अध्ययन आयोजित किया गया था, जिसने इसके विपरीत दिखाया: गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे जम गया। उसी समय, वैज्ञानिकों ने देखा कि थर्मोकपल के स्थान को बदलने से - एक उपकरण जो तापमान के अंतर को निर्धारित करता है - केवल एक सेंटीमीटर से Mpemba प्रभाव की उपस्थिति की ओर जाता है। इसी तरह के अन्य कार्यों की जांच से पता चला है कि सभी मामलों में जब यह प्रभाव देखा गया था, तो एक सेंटीमीटर के भीतर थर्मोकपल का विस्थापन था।

21.11.2017 11.10.2018 एलेक्ज़ेंडर फ़िरत्सेव

« कौन सा पानी तेजी से ठंडा या गर्म जमता है?”- अपने दोस्तों से एक सवाल पूछने की कोशिश करें, सबसे अधिक संभावना है कि उनमें से अधिकांश इसका जवाब देंगे कि ठंडा पानी तेजी से जमता है - और गलती करें।

वास्तव में, यदि आप एक ही आकार और आयतन के दो बर्तन एक साथ फ्रीजर में रखते हैं, जिनमें से एक में ठंडा पानी होगा और दूसरे में गर्म, तो गर्म पानी तेजी से जम जाएगा।

ऐसा बयान बेतुका और अनुचित लग सकता है। तार्किक रूप से, गर्म पानी को पहले ठंडे तापमान पर ठंडा करना चाहिए, और इस समय ठंडा पानी पहले से ही बर्फ में बदल जाना चाहिए।

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

अवलोकन और अनुसंधान का इतिहास

लोगों ने प्राचीन काल से विरोधाभासी प्रभाव देखा है, लेकिन किसी ने भी इसे ज्यादा महत्व नहीं दिया। इसलिए ठंडे और गर्म पानी के जमने की दर में विसंगतियों को उनके नोट्स में एरेस्टोटेल, साथ ही रेने डेसकार्टेस और फ्रांसिस बेकन द्वारा नोट किया गया था। एक असामान्य घटना अक्सर रोजमर्रा की जिंदगी में ही प्रकट होती है।

लंबे समय तक, इस घटना का किसी भी तरह से अध्ययन नहीं किया गया था और वैज्ञानिकों के बीच ज्यादा दिलचस्पी पैदा नहीं हुई थी।

असामान्य प्रभाव का अध्ययन 1963 में शुरू हुआ, जब तंजानिया के एक जिज्ञासु छात्र, एरास्टो मपेम्बा ने देखा कि आइसक्रीम के लिए गर्म दूध ठंडे दूध की तुलना में तेजी से जमता है। असामान्य प्रभाव के कारणों की व्याख्या पाने की आशा में, युवक ने स्कूल में अपने भौतिकी शिक्षक से पूछा। हालाँकि, शिक्षक केवल उस पर हँसे।

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

छह साल बाद, 1969 में, Mpemba ने यह सवाल भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न से पूछा, जो उनके स्कूल में आए थे। प्रोफेसर युवक के अवलोकन में रुचि रखते थे, परिणामस्वरूप, एक प्रयोग किया गया था जिसने प्रभाव की उपस्थिति की पुष्टि की, लेकिन इस घटना के कारणों को स्थापित नहीं किया गया था।

तब से, इस घटना को कहा जाता है Mpemba प्रभाव.

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

इसलिए 2012 में, ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री ने Mpemba प्रभाव की व्याख्या करने के लिए परिकल्पनाओं की एक प्रतियोगिता की घोषणा की। प्रतियोगिता में दुनिया भर के वैज्ञानिकों ने भाग लिया, कुल 22,000 पंजीकृत थे वैज्ञानिक कार्य. इतनी प्रभावशाली संख्या में लेखों के बावजूद, उनमें से किसी ने भी Mpemba विरोधाभास को स्पष्ट नहीं किया।

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

अन्य वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि Mpemba प्रभाव का कारण पानी में घुली गैसों का वाष्पीकरण है। उनकी राय में, हीटिंग प्रक्रिया के दौरान, पानी में घुलने वाली गैसें वाष्पित हो जाती हैं, जिसके कारण यह ठंडे पानी की तुलना में अधिक घनत्व प्राप्त कर लेती है। जैसा कि ज्ञात है, घनत्व में वृद्धि से परिवर्तन होता है भौतिक गुणपानी (तापीय चालकता में वृद्धि), और इसलिए शीतलन दर में वृद्धि।

इसके अलावा, कई परिकल्पनाओं को सामने रखा गया है जो तापमान के एक कार्य के रूप में पानी के संचलन की दर का वर्णन करती हैं। कई अध्ययनों में, कंटेनरों की सामग्री के बीच संबंध स्थापित करने का प्रयास किया गया था जिसमें तरल स्थित था। कई सिद्धांत बहुत प्रशंसनीय लग रहे थे, लेकिन प्रारंभिक डेटा की कमी, अन्य प्रयोगों में विरोधाभासों या इस तथ्य के कारण वैज्ञानिक रूप से पुष्टि नहीं की जा सकी कि पहचाने गए कारक पानी के ठंडा होने की दर के साथ तुलनीय नहीं थे। कुछ वैज्ञानिकों ने अपने कार्यों में प्रभाव के अस्तित्व पर सवाल उठाया।

2013 में, सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने दावा किया कि उन्होंने Mpemba प्रभाव के रहस्य को सुलझा लिया है। उनके अध्ययन के अनुसार, घटना का कारण यह है कि ठंडे और गर्म पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में काफी अंतर होता है।

कंप्यूटर सिमुलेशन विधियों ने निम्नलिखित परिणाम दिखाए हैं: पानी का तापमान जितना अधिक होता है, अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होती है क्योंकि प्रतिकारक बल बढ़ते हैं। और फलस्वरूप, अणुओं के हाइड्रोजन बंध खिंच जाते हैं, संचित हो जाते हैं बड़ी मात्राऊर्जा। ठंडा होने पर, अणु एक दूसरे के पास जाने लगते हैं, हाइड्रोजन बांड से ऊर्जा छोड़ते हैं। इस मामले में, ऊर्जा की रिहाई तापमान में कमी के साथ होती है।

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

संपूर्ण जानकारी और कई प्रयोगों के बावजूद, वैज्ञानिक प्रभाव का अध्ययन जारी रखने का इरादा रखते हैं।

वास्तविक जीवन में Mpemba प्रभाव

क्या आपने कभी सोचा है कि सर्दियों में बर्फ की रिंक क्यों भर जाती है? गर्म पानीऔर ठंडा नहीं? जैसा कि आप पहले ही समझ चुके हैं, वे ऐसा इसलिए करते हैं क्योंकि गर्म पानी से भरा स्केटिंग रिंक ठंडे पानी से भरे होने की तुलना में तेजी से जम जाएगा। इसी कारण से, सर्दियों के बर्फीले शहरों में गर्म पानी के साथ स्लाइड डाली जाती है।

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

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

पानी दुनिया के सबसे आश्चर्यजनक तरल पदार्थों में से एक है, जिसमें असामान्य गुण हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ तरल की एक ठोस अवस्था है विशिष्ट गुरुत्वपानी से भी कम, जिसने कई मायनों में पृथ्वी पर जीवन के उद्भव और विकास को संभव बनाया। इसके अलावा, निकट-वैज्ञानिक और वास्तव में वैज्ञानिक दुनिया में, इस बारे में चर्चा होती है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जो कोई भी कुछ शर्तों के तहत गर्म तरल को तेजी से जमने की पुष्टि करता है और वैज्ञानिक रूप से अपने निर्णय की पुष्टि करता है, उसे ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्स से £1,000 का पुरस्कार मिलेगा।

पार्श्वभूमि

तथ्य यह है कि, कई परिस्थितियों में, ठंड की दर के मामले में गर्म पानी ठंडे पानी से आगे है, मध्य युग में वापस देखा गया था। फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना को समझाने में बहुत प्रयास किया है। हालांकि, शास्त्रीय गर्मी इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, इस विरोधाभास को समझाया नहीं जा सकता है, और उन्होंने इसे दबाने की कोशिश की। विवाद को जारी रखने के लिए प्रेरणा कुछ जिज्ञासु कहानी थी जो 1963 में तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा (एरास्टो मपेम्बा) के साथ हुई थी। एक बार, एक कुकिंग स्कूल में मिठाई बनाने के पाठ के दौरान, अन्य चीजों से विचलित एक लड़के के पास आइसक्रीम के मिश्रण को समय पर ठंडा करने का समय नहीं था और गर्म दूध में चीनी का घोल फ्रीजर में डाल दिया। उनके आश्चर्य के लिए, उत्पाद उनके साथी चिकित्सकों की तुलना में कुछ हद तक तेजी से ठंडा हुआ, जिन्होंने देखा तापमान व्यवस्थाआइसक्रीम की तैयारी।

घटना के सार को समझने की कोशिश करते हुए, लड़के ने एक भौतिकी शिक्षक की ओर रुख किया, जिसने विवरण में जाने के बिना, उसके पाक प्रयोगों का उपहास किया। हालाँकि, एरास्टो को गहरी दृढ़ता से प्रतिष्ठित किया गया था और उसने दूध पर नहीं, बल्कि पानी पर अपने प्रयोग जारी रखे। उन्होंने सुनिश्चित किया कि कुछ मामलों में ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से जमता है।

दार एस सलाम विश्वविद्यालय में प्रवेश करते हुए, एरास्टो म्पेम्बे ने प्रोफेसर डेनिस जी. ओसबोर्न के एक व्याख्यान में भाग लिया। स्नातक स्तर की पढ़ाई के बाद, छात्र ने वैज्ञानिक को उसके तापमान के आधार पर पानी के जमने की दर की समस्या से हैरान कर दिया। डी.जी. ओसबोर्न ने इस सवाल का मजाक उड़ाते हुए कहा कि कोई भी हारने वाला जानता है कि ठंडा पानी तेजी से जम जाएगा। हालांकि, युवक के स्वाभाविक तप ने खुद को महसूस किया। उन्होंने यहां प्रयोगशाला में एक प्रयोगात्मक परीक्षण करने की पेशकश करते हुए प्रोफेसर के साथ एक शर्त लगाई। एरास्टो ने पानी के दो कंटेनर फ्रीजर में रखे, एक 95°F (35°C) पर और दूसरा 212°F (100°C) पर। प्रोफेसर और आसपास के "प्रशंसकों" को क्या आश्चर्य हुआ जब दूसरे कंटेनर में पानी तेजी से जम गया। तब से, इस घटना को "मपेम्बा विरोधाभास" कहा गया है।

हालांकि, आज तक "मपेम्बा विरोधाभास" की व्याख्या करने वाली कोई सुसंगत सैद्धांतिक परिकल्पना नहीं है। यह स्पष्ट नहीं है कि कौन सा बाह्य कारक, रासायनिक संरचनाजल में घुली हुई गैसों और खनिजों की उपस्थिति विभिन्न तापमानों पर द्रवों के जमने की दर को प्रभावित करती है। "म्पेम्बा प्रभाव" का विरोधाभास यह है कि यह आई न्यूटन द्वारा खोजे गए कानूनों में से एक का खंडन करता है, जिसमें कहा गया है कि पानी का ठंडा समय तरल और पर्यावरण के बीच तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक है। और अगर अन्य सभी तरल पदार्थ पूरी तरह से इस कानून के अधीन हैं, तो कुछ मामलों में पानी एक अपवाद है।

गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है?टी

ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी तेजी से क्यों जमता है, इसके कई संस्करण हैं। मुख्य हैं:

• गर्म पानी तेजी से वाष्पित होता है, जबकि इसकी मात्रा कम हो जाती है, और तरल की एक छोटी मात्रा तेजी से ठंडी हो जाती है - जब पानी + 100 डिग्री सेल्सियस से 0 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा हो जाता है, तो वायुमंडलीय दबाव में मात्रा का नुकसान 15% तक पहुंच जाता है;
• तरल और के बीच गर्मी विनिमय की दर वातावरणउच्च, अधिक से अधिक तापमान अंतर, इसलिए उबलते पानी की गर्मी का नुकसान तेजी से गुजरता है;
• जब गर्म पानी ठंडा होता है, तो इसकी सतह पर एक बर्फ की परत बन जाती है, जो तरल को पूरी तरह से जमने और वाष्पित होने से रोकती है;
• पर उच्च तापमानपानी इसका संवहन मिश्रण है, जो जमने के समय को कम करता है;
• पानी में घुलने वाली गैसें हिमांक को कम करती हैं, क्रिस्टल बनाने के लिए ऊर्जा लेती हैं - गर्म पानी में कोई घुली हुई गैसें नहीं होती हैं।

इन सभी शर्तों को बार-बार प्रयोगात्मक सत्यापन के अधीन किया गया है। विशेष रूप से, जर्मन वैज्ञानिक डेविड ऑरबैक ने पाया कि गर्म पानी का क्रिस्टलीकरण तापमान ठंडे पानी की तुलना में थोड़ा अधिक होता है, जिससे पूर्व को और अधिक तेज़ी से जमना संभव हो जाता है। हालाँकि, बाद में उनके प्रयोगों की आलोचना की गई और कई वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि "मपेम्बा प्रभाव" जिसके बारे में पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, केवल कुछ शर्तों के तहत पुन: पेश किया जा सकता है, जिसे अब तक किसी ने नहीं खोजा और ठोस किया है।