آب سرد و گرم: رازهای انجماد چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند؟

اثر Mpemba(پارادوکس Mpemba) - پارادوکسی که می گوید آب گرمدر شرایط خاصی 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، جسم داغ‌تر به زمان بیشتری برای خنک شدن در دمای معین نسبت به جسم خنک‌تر برای خنک شدن در همان دما نیاز دارد.

این پدیده در آن زمان توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963، دانش آموز تانزانیایی Erasto Mpemba متوجه شد که مخلوط بستنی داغ سریعتر از بستنی سرد منجمد می شود.

به عنوان شاگرد ماگامبا دبیرستاندر تانزانیا، Erasto Mpemba انجام داد کار عملیدر هنر آشپزی او مجبور شد بستنی خانگی درست کند - شیر را بجوشاند، شکر را در آن حل کند، آن را تا دمای اتاق خنک کند و سپس آن را در یخچال قرار دهد تا منجمد شود. ظاهراً مپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در بخش اول تکلیف به تعویق انداخت. از ترس اینکه تا پایان درس سر وقت نرسد، شیر هنوز داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، شیر حتی زودتر از شیر رفقای خود که بر اساس یک فناوری خاص تهیه شده بود، یخ زد.

پس از آن، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب ساده نیز آزمایش کرد. در هر صورت، او که قبلاً دانش‌آموز دبیرستان Mkwawa بود، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاه در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ایراد سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش‌آموزان) در مورد آب پرسید: «اگر می‌پذیرید. دو ظرف یکسان با حجم های مساوی آب 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 می زند. چرا؟ آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی در سال 1969 به همراه Mpemba نتایج آزمایشات 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 ویژگی ها 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، 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 همین اثر، آب در 100 درجه سانتیگراد سریعتر از همان مقدار آب در دمای 35 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد خنک می شود.

با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را نیز می توان بر حسب آن توضیح داد فیزیک معروف. در اینجا چند توضیح برای اثر Mpemba آورده شده است:

تبخیر

اثر تبخیر - اثر دوگانه. ابتدا 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 است و آب گرم سریعتر خنک می شود.

هیپوترمی

هنگامی که آب زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت شرایط خاص، می‌تواند در حالی که در دماهای زیر نقطه انجماد مایع باقی می‌ماند، تحت ابرسرد شدن قرار گیرد. 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 بلور نیاز است. اگر آنها در آب مایع نباشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می یابد که دما به اندازه ای کاهش یابد که کریستال ها شروع به تشکیل خود به خود کنند. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و لجن یخی تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد.

آب گرم بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا گرمایش گازها و حباب های محلول را از بین می برد که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل کریستال های یخ عمل کنند.

چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر رخ می دهد. 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 گرم که تحت خنک‌سازی فرعی قرار می‌گیرد، آب سرد 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 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 سانتی گراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط لایه نازکی از یخ برای مدت کوتاهی روی سطح آب تشکیل می‌شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق محافظت از لایه‌های زیرین آب عمل می‌کند که در دمای 4 درجه سانتی‌گراد باقی می‌مانند. ، خنک شدن بیشتر کندتر خواهد بود.

در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب در اثر تبخیر و تبخیر سریعتر سرد می شود تفاوت بیشتردما همچنین لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه‌های آب سرد فرو می‌روند و لایه را بالا می‌برند. 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 جابجایی، 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 شواهد تجربی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که لایه‌های سرد و گرم آب توسط 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 پایین آوردن نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا حلالیت آنها در آب در دمای بالا کمتر است. بنابراین، زمانی که آب گرم خنک می شود، همیشه گازهای محلول کمتری در آن نسبت به آب سرد گرم نشده وجود دارد. 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.

رسانایی گرمایی

همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پاسخی صریح به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را ارائه می‌کنند - به دست نیامده است.

بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر ابرسرد شدن آب 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. ولی آب سردسریعتر از حالت داغ به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند.

علاوه بر این، نتایج اورباخ با داده‌های قبلی که نشان می‌داد آب گرم به دلیل مراکز تبلور کمتر می‌تواند به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، تناقض داشت. هنگامی که آب گرم می شود، گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری املاح حل شده در آن رسوب می کند.

تا کنون، تنها یک چیز را می توان ادعا کرد - بازتولید این اثر اساساً به شرایطی بستگی دارد که تحت 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 انجام می دهد؟"، جرل واکر در The Amator Scientist، Scientific American، جلد. 237، شماره 3، صص 246-257; سپتامبر 1977.

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

در سال 1963، یک دانش آموز از تانزانیا به نام Erasto Mpemba از معلم خود سؤال احمقانه ای پرسید: چرا بستنی گرم سریعتر از بستنی سرد در فریزر او یخ می زد؟

اراستو امپمبا دانش آموز دبیرستان ماگامبین در تانزانیا بود که کار عملی آشپزی انجام می داد. او مجبور شد بستنی خانگی درست کند - شیر را بجوشاند، شکر را در آن حل کند، آن را تا دمای اتاق خنک کند و سپس آن را در یخچال قرار دهد تا منجمد شود. ظاهراً مپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در بخش اول تکلیف به تعویق انداخت. از ترس اینکه تا پایان درس به موقع نرسد، شیر داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، شیر حتی زودتر از شیر رفقای خود که بر اساس یک فناوری خاص 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 آن، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب ساده نیز آزمایش کرد.

در هر صورت، او که قبلاً دانش‌آموز دبیرستان Mkwawa بود، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاه در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ایراد سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش‌آموزان) در مورد آب پرسید: «اگر دو ظرف یکسان با حجم های مساوی آب بردارید 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 یخ بزند. سریعتر چرا؟" آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی در سال 1969 به همراه Mpemba نتایج آزمایشات خود را در مجله Physics Education منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند، اثر Mpemba نامیده می شود.

آیا کنجکاو هستید که بدانید چرا این اتفاق می افتد؟ همین چند سال پیش، دانشمندان موفق به توضیح این پدیده ...

اثر Mpemba (Mpemba Paradox) پارادوکسی است که بیان می‌کند آب گرم در شرایط خاص سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند، 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، جسم داغ‌تر به زمان بیشتری برای خنک شدن در دمای معین نسبت به جسم خنک‌تر برای خنک شدن در همان دما نیاز دارد.

این پدیده در آن زمان توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه 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 ویژگی ها 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 بدن تا دمای محیط خنک می‌شود باید متناسب با اختلاف دمای این بدن و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در همین اثر، آب در 100 درجه سانتیگراد سریعتر از همان مقدار آب در دمای 35 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد خنک می شود.

از آن زمان وجود داشته است نسخه های مختلفیکی از آنها به این صورت بود: ابتدا قسمتی از آب داغ به سادگی تبخیر می شود و سپس وقتی مقدار کمتری از آن باقی می ماند، آب سریعتر جامد می شود. این نسخه، به دلیل سادگی، محبوب ترین شد، اما دانشمندان کاملا راضی نبودند.

اکنون تیمی از محققان از دانشگاه فناورینانیانگ در سنگاپور (دانشگاه فناوری نانیانگ) به رهبری شی ژانگ شیمیدان، گفت که آنها معمای قدیمی را حل کرده اند که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. همانطور که کارشناسان چینی دریافتند، این 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. پیوندهای کووالانسی، که در سطح ذرات شبیه تبادل الکترون است. یکی دیگر واقعیت شناخته شدهاین است که اتم های هیدروژن از مولکول های همسایه به اتم های اکسیژن جذب می شوند - در این حالت پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شود.

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

در اینجا فرضیه های مطرح شده توسط دانشمندان آمده است:

تبخیر

آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب با 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. ابتدا 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 انتقال حرارت در این حالت شدیدتر است و آب گرم سریعتر خنک می شود.

هیپوترمی
وقتی آب زیر صفر درجه سانتیگراد سرد می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت شرایط خاص، می‌تواند در حالی که در دماهای زیر نقطه انجماد مایع باقی می‌ماند، تحت ابرسرد شدن قرار گیرد. 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 بلور نیاز است. اگر آنها در آب مایع نباشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می یابد که دما به اندازه ای کاهش یابد که کریستال ها شروع به تشکیل خود به خود کنند. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و لجن یخی تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد. آب گرم بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا گرمایش گازها و حباب های محلول را از بین می برد که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل کریستال های یخ عمل کنند. چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سردی که فوق سرد نیست، اتفاقی که می افتد این است که 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 گرم که تحت خنک‌سازی فرعی قرار می‌گیرد، آب سرد 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. حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتی گراد است. 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 لایه نازکی از یخ برای مدت کوتاهی روی سطح آب تشکیل می شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق محافظت از لایه های زیرین آب عمل می کند که در دمای 4 درجه سانتی گراد باقی می ماند. بنابراین، فرآیند خنک‌سازی بیشتر کندتر خواهد بود. در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب به دلیل تبخیر و اختلاف دمای بیشتر با سرعت بیشتری 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 می‌کشد. 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، باید فرض کرد که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و پس از کاهش متوسط دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد، فرآیند همرفت ادامه می‌یابد. با این حال، هیچ مدرک تجربی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که لایه‌های آب سرد و گرم توسط همرفت از هم جدا می‌شوند.

گازهای حل شده در آب

رسانایی گرمایی

وقتی آب در یخچال فریزر در ظروف کوچک قرار می گیرد، این مکانیسم می تواند نقش بسزایی داشته باشد. در این شرایط مشاهده شده است که ظرف دارای آب گرم 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 ظرف با آب سرد برف را زیر آن آب نمی کند. همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پاسخ روشنی به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را ارائه می‌دهند - به دست نیامده است. بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر ابرسرد شدن آب 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 اورباخ با داده‌های قبلی که نشان می‌داد آب گرم به دلیل مراکز تبلور کمتر می‌تواند به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، تناقض داشت. هنگامی که آب گرم می شود، گازهای حل شده در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری نمک های حل شده در آن رسوب می کنند. تاکنون فقط یک چیز می توان ادعا کرد - بازتولید این اثر به طور قابل توجهی به شرایطی بستگی دارد که در آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود.

و محتمل ترین دلیل اینجاست.

همانطور که شیمیدانان در مقاله خود می نویسند، که در سایت preprint arXiv.org یافت می شود، پیوندهای هیدروژنی در آب گرم قوی تر از آب سرد کشیده می شوند. 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 انجماد سریعتر است.

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، پس این سوال که چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند را می توان بسته در نظر گرفت.

پدیده انجماد آب گرم با سرعت بیشتری نسبت به آب سرد در علم به عنوان اثر Mpemba شناخته می شود. ذهن های بزرگی مانند ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت در مورد این پدیده متناقض تأمل می کردند، اما برای هزاران سال هیچ کس هنوز نتوانسته است توضیح معقولی برای این پدیده ارائه دهد.

فقط در سال 1963، یک دانش آموز از جمهوری تانگانیکا، Erasto Mpemba، متوجه این تأثیر در نمونه بستنی شد، اما هیچ یک از بزرگسالان توضیحی به او ندادند. با این وجود، فیزیکدانان و شیمیدانان به طور جدی در مورد چنین پدیده ای ساده، اما غیرقابل درک فکر کردند.

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 مقدار کمتری باقی می ماند، آب سریعتر جامد می شود. این نسخه، به دلیل سادگی، محبوب ترین شد، اما دانشمندان کاملا راضی نبودند.

اکنون تیمی از محققان دانشگاه فناوری نانیانگ در سنگاپور به رهبری شی ژانگ شیمیدان می‌گویند که معمای دیرینه چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می‌زند را حل کرده‌اند. همانطور که کارشناسان چینی دریافتند، این 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 توسط پیوندهای کووالانسی در کنار هم نگه داشته می شوند که در سطح ذرات مانند تبادل الکترون به نظر می رسد. یکی دیگر از واقعیت های شناخته شده این است که اتم های هیدروژن به اتم های اکسیژن از مولکول های همسایه جذب می شوند - این باعث تشکیل پیوندهای هیدروژنی می شود.

این درست است، اگرچه باورنکردنی به نظر می رسد، زیرا در فرآیند انجماد، آب از قبل گرم شده باید از دمای آب سرد عبور کند. در این میان از این افکت بسیار استفاده می شود به عنوان مثال پیست های یخ و سرسره ها در زمستان به جای آب سرد با آب گرم پر می شوند. کارشناسان به رانندگان توصیه می کنند در زمستان آب سرد را به جای آب داغ در مخزن ماشین لباسشویی بریزند. این پارادوکس در سراسر 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 بررسی آن کردند. همه چیز از آنجا شروع شد که یک دانش آموز تانزانیایی، اراستو امپمبا متوجه شد که شیر شیرینی که برای تهیه بستنی استفاده می کرد، اگر از قبل گرم شود، سریعتر جامد می شود و پیشنهاد کرد که آب داغ سریعتر از آب سرد یخ می زند. 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 قضاوت کند، و پس از بازگشت به خانه از کارکنان 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 "Eng. فیزیکتحصیلات". 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 با همان دما سریعتر یخ می زند. در ظروف بدون هوا، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
وجود پوشش برفی. ظرف آب گرم برف زیر را ذوب می کند و در نتیجه تماس حرارتی با سطح خنک کننده را بهبود می بخشد. آب سرد زیر آن برف را آب نمی کند. بدون پوشش برف، ظرف آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
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 هم زدن مکانیکی اضافی آب در ظروف، آب سرد باید سریعتر منجمد شود.
وجود مراکز تبلور در آب سرد شده - مواد محلول در آن. با تعداد کمی از چنین مراکزی در آب سرد، تبدیل آب به یخ دشوار است و حتی ابرسرد شدن آن در صورت ماندن در آب امکان پذیر است. حالت مایعبا دمای زیر صفر

اخیرا توضیح دیگری منتشر شده است. دکتر جاناتان کاتز از دانشگاه واشنگتن این پدیده را بررسی کرد و به این نتیجه رسید که مواد محلول در آب نقش مهمی دارند و هنگام گرم شدن رسوب می کنند.
تحت منحل شده است مواد Drکاتز به بی کربنات های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت اشاره دارد. هنگامی که آب گرم می شود، این مواد رسوب می کنند، 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. این امر نقطه انجماد آب را کاهش می دهد.

این توضیح برای من قانع کننده به نظر نمی رسد، زیرا. ما نباید فراموش کنیم که این اثر در آزمایشات با بستنی و نه با آب سخت یافت شد. به احتمال زیاد، دلایل این پدیده ترموفیزیکی است و نه شیمیایی.

تاکنون هیچ توضیح روشنی در مورد پارادوکس Mpemba دریافت نشده است. باید بگویم 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 شناخته و محبوبیت پیدا کرده است.

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 اعلام کرد رقابت بین المللیبرای کشف راز علمی "اثر Mpemba" با صندوق جایزه 1000 پوند آخرین مهلت در 30 جولای 2012 تعیین شد. برنده نیکولا برگوویک 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 خواص اساسی آب است. 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 ماهیت پدیده ها را درک نمی کنند: گرما و سرما! گرما و سرما احساسات فیزیکی هستند که در اثر برهمکنش ذرات ماده به شکل فشردگی متقابل امواج مغناطیسی که از سمت فضا و از مرکز زمین حرکت می کنند، ایجاد می شوند. بنابراین، هر چه اختلاف پتانسیل این ولتاژ مغناطیسی بیشتر باشد، تبادل انرژی با روش نفوذ متقابل یک موج به موج دیگر سریعتر انجام می شود. یعنی با انتشار! یکی از مخالفان در پاسخ به مقاله من می نویسد: 1) "..آب گرم سریعتر تبخیر می شود که در نتیجه آن کمتر است، بنابراین سریعتر یخ می زند" سوال! چه انرژی باعث می شود آب سریعتر تبخیر شود؟ 2) در مقاله من در مورد یک لیوان صحبت می کنیم و نه در مورد تغار چوبی که طرف مقابل آن را به عنوان استدلال متقابل ذکر می کند. چه چیزی درست نیست! من به این سوال پاسخ می دهم: "به چه دلیلی تبخیر آب در طبیعت انجام 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 عین حال، از زمان حرکت به فضا، ذرات آب را اسپری می کنند. ، حجم آنها افزایش می یابد. یعنی گسترش بده! در صورت غلبه بر امواج مغناطیسی فشردگی، این بخارات آب فشرده (متراکم) می شوند و تحت تأثیر این نیروهای فشردگی مغناطیسی، آب به صورت بارش به زمین باز می گردد! خالصانه! الکسی میشنف. 6 اکتبر 2012.

الکسی میشنف. , 06.10.2012 04:19

دما چیست. دما درجه تنش الکترومغناطیسی امواج مغناطیسی با انرژی فشردگی و انبساط است. در حالت تعادل این انرژی ها، دمای بدن یا ماده در حالت پایدار است. اگر حالت تعادل این انرژی ها به هم بخورد، به سمت انرژی انبساط، جسم یا ماده در حجم فضا افزایش می یابد. در صورت تجاوز از انرژی امواج مغناطیسی در جهت فشردگی، جسم یا ماده در حجم فضا کاهش می یابد. درجه تنش الکترومغناطیسی با درجه انبساط یا انقباض جسم مرجع تعیین می شود. الکسی میشنف.

موسیوا ناتالیا, 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 عجیب و غریب است. من هرگز در مورد "انبساط الکترومغناطیسی بدن مرجع" نشنیده ام.

یوری کوزنتسوف، 04.12.2012 12:32

فرضیه‌ای پیشنهاد شده است که این کار رزونانس بین مولکولی و جاذبه متحرک بین مولکول‌های تولید شده توسط آن است. در آب سرد، مولکول ها به طور تصادفی و با فرکانس های مختلف حرکت می کنند و ارتعاش می کنند. هنگامی که آب گرم می شود، با افزایش فرکانس نوسان، دامنه آنها باریک می شود (اختلاف فرکانس از آب داغ مایع تا نقطه تبخیر کاهش می یابد)، فرکانس های نوسان مولکول ها به یکدیگر نزدیک می شوند، در نتیجه رزونانس رخ می دهد. بین مولکول ها هنگامی که سرد می شود، این رزونانس تا حدی حفظ می شود، بلافاصله از بین نمی رود. 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. بنابراین در آب منجمد، مولکول‌های سرد شده بیرونی سعی می‌کنند دامنه و فرکانس ارتعاشات را از دست بدهند، اما مولکول‌های «گرم» درون ظرف، ارتعاشات را به عقب می‌کشند، به‌عنوان ارتعاش‌کننده عمل می‌کنند و مولکول‌های بیرونی به‌عنوان تشدیدکننده عمل می‌کنند. بین ارتعاش‌کننده‌ها و تشدیدکننده‌ها است که جاذبه‌ی تأمل‌انگیز* پدید می‌آید. 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 همراه 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 ... شاید حتی از نور ... بنابراین ، اثر توضیحات زیادی دارد و گاهی اوقات بازتولید آن دشوار است. به همان دلیل "طنین دار". آب جوشسریعتر از جوشانده نمی جوشد - رزونانس برای مدتی پس از جوشش شدت ارتعاشات مولکول های آب را حفظ می کند (اتلاف انرژی در هنگام خنک شدن عمدتاً به دلیل از دست دادن انرژی جنبشی حرکت خطی مولکول ها است). با گرمایش شدید، مولکول های ویبراتور با مولکول های تشدید کننده در مقایسه با انجماد نقش خود را تغییر می دهند - فرکانس ویبراتورها کمتر از فرکانس تشدید کننده ها است، به این معنی که بین مولکول ها جاذبه وجود ندارد، بلکه دافعه وجود دارد که انتقال به دیگری را تسریع می کند. حالت تجمع (جفت).

Vlad, 11.12.2012 03:42

مغزمو شکست...

Anton , 04.02.2013 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 آن را بررسی کنید

Gudrat , 1392/03/11 10:12 | متاک

آب سرد از قبل دارای اتم های نیتروژن است و فواصل 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 سرد شدن سریع سخت می شود!

ولادیمیر , 03/13/2013 06:50

یا شاید این باشد: چگالی آب گرم و یخ کمتر از چگالی آب سرد است و بنابراین آب نیازی به تغییر چگالی ندارد و مقداری از زمان خود را از دست می دهد و یخ می زند.

الکسی میشنف، 2013/03/21، 11:50 صبح

قبل از صحبت در مورد تشدید، جاذبه و ارتعاش ذرات، لازم است به این سوال پی ببریم که 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 کردید تا یکی از این سیم ها شروع به ارتعاش کنید! 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 ذرات بنیادی را با نیروی 1.33 کیلوگرم فشرده می کند. نه در سانتی متر مربع بلکه به ازای هر ذره بنیادی.چون فشار جو نمی تواند انتخابی باشد!آن را با مقدار نیرو اشتباه نگیرید!

Dodik , 05/31/2013 02:59

به نظر من یک حقیقت را فراموش کرده اید - "علم از جایی شروع می شود که اندازه گیری ها شروع می شود." دمای آب "گرم" چقدر است؟ دمای آب "سرد" چقدر است؟ مقاله یک کلمه در مورد آن 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 بدانیم، باید فکر کنیم تا حداقل کمی یاد بگیریم. و نه فقط اندازه گیری.

دیمیتری، 1392/12/24 10:57 ق.ظ

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 شده است. مقاله کاملا غیر علمی است. هم نویسنده و هم مفسران در جست‌وجوی توضیحی از پدیده با یکدیگر رقابت می‌کردند و به خود زحمت نمی‌دادند بفهمند که آیا اصلاً این پدیده مشاهده می‌شود و اگر مشاهده می‌شود، پس در چه شرایطی. علاوه بر این، حتی توافقی در مورد آنچه ما در واقع مشاهده می کنیم وجود ندارد! بنابراین نویسنده بر لزوم توضیح تأثیر انجماد سریع بستنی داغ پافشاری می‌کند، اگرچه از کل متن (و عبارت "اثر در آزمایشات با بستنی کشف شد") چنین برمی‌آید که خود او چنین چیزی را تنظیم نکرده است. آزمایش. از انواع "توضیحات" پدیده ذکر شده در مقاله، می توان دریافت که آزمایش های کاملاً متفاوتی شرح داده شده است که در شرایط مختلف با محلول های آبی مختلف تنظیم شده اند. هم ماهیت توضیحات و هم حالت فرعی در آنها نشان می دهد که حتی یک راستی آزمایی ابتدایی از ایده های بیان شده انجام نشده است. شخصی به طور تصادفی یک داستان کنجکاو شنید و به طور اتفاقی نتیجه گمانه زنی خود را بیان کرد. متاسفم اما فیزیکی نیست تحقیق علمیو مکالمه در اتاق سیگار.

ایوان , 1393/01/10 06:10

با توجه به نظرات مقاله در مورد پرکردن غلتک از مخزن آب گرم و واشر سرد. همه چیز از نظر فیزیک ابتدایی ساده است. پیست اسکیت فقط به این دلیل که کندتر یخ می زند با آب داغ پر می شود. پیست باید صاف و صاف باشد. سعی کنید آن را با آب سرد پر کنید - برآمدگی و "هجوم" خواهید داشت، زیرا. آب به سرعت یخ می زند بدون اینکه فرصت پخش شدن در یک لایه یکنواخت داشته باشد. و داغ زمان خواهد داشت که در یک لایه یکنواخت پخش شود و یخ و برف گیرهای موجود را آب می کند. با یک واشر نیز دشوار نیست: بریزید آب تمیزدر یخبندان معنی ندارد - روی شیشه یخ می زند (حتی گرم). و مایع انجماد داغ می تواند منجر به ترک خوردن شیشه سرد شود، به علاوه به دلیل تبخیر سریع الکل ها در مسیر شیشه، نقطه انجماد بیشتری روی شیشه خواهد داشت (آیا همه هنوز اصل مهتاب را می دانند؟ - الکل تبخیر می شود، آب باقی می ماند).

ایوان , 1393/01/10 06:34

اما در واقع این پدیده احمقانه است که بپرسیم چرا دو آزمایش مختلف در شرایط مختلف به طور متفاوتی پیش می روند. اگر آزمایش به طور تمیز تنظیم 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 نه روی برف، بلکه روی همان پایه خشک و یکنواخت، به عنوان مثال، یک میز چوبی قرار می دهیم. و نه در یک میکروفریزر، بلکه در یک ترموستات به اندازه کافی حجیم - من آزمایشی را چند سال پیش در کشور انجام دادم، زمانی که هوای یخبندان پایدار در خارج وجود داشت، حدود -25 درجه سانتیگراد. آب پس از آزاد شدن گرمای تبلور در دمای معینی متبلور می شود. این فرضیه به این جمله خلاصه می‌شود که آب گرم سریع‌تر سرد می‌شود (این درست است، مطابق با فیزیک کلاسیک، سرعت انتقال حرارت متناسب با اختلاف دما است)، اما حتی زمانی که دمای آن برابر با دما باشد، نرخ خنک‌سازی افزایش یافته را حفظ می‌کند. از آب سرد 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 یک اتاق سیگار، بلکه بر اساس صدها هزار و میلیون ها آزمایش) می گوید: بله، هیچ، دینامیک خنک کننده بیشتر یکسان خواهد بود (فقط آب جوش بعداً به نقطه +20 می رسد. ). و آزمایش هم همین را نشان می‌دهد: وقتی در یک لیوان آب سرد ابتدا یک پوسته جامد از یخ وجود دارد، آب گرم حتی فکر یخ زدن هم نمی‌کرد. P.S. به نظرات یوری کوزنتسوف. زمانی که شرایط وقوع آن توضیح داده می شود و به طور پایدار بازتولید می شود، می توان وجود یک اثر خاص را ثابت در نظر گرفت. و وقتی آزمایش‌های نامفهومی با شرایط ناشناخته داریم، ساختن نظریه‌هایی برای توضیح آنها زود است و این از نظر علمی چیزی به دست نمی‌دهد. P.P.S. خوب، خواندن نظرات الکسی میشنف بدون اشک احساسات غیرممکن است - یک فرد در نوعی دنیای تخیلی زندگی می کند که ربطی به فیزیک و آزمایش های واقعی ندارد.

گریگوری، 1393/01/13 10:58 ق.ظ

ایوان، متوجه شدم که شما اثر Mpemba را رد می کنید؟ همانطور که آزمایشات شما نشان می دهد وجود ندارد؟ چرا در فیزیک اینقدر معروف است و چرا بسیاری سعی در توضیح آن دارند؟

ایوان , 1393/02/14 01:51

عصر بخیر، گرگوری! اثر یک آزمایش مرحله‌ای ناخالص وجود دارد. اما، همانطور که متوجه شدید، این دلیلی برای جستجوی الگوهای جدید در فیزیک نیست، بلکه دلیلی برای بهبود مهارت 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 بیان کنند که دقیقاً چه چیزی و در چه شرایطی اندازه گیری می کنند. و شما می خواهید بگویید که اینها فیزیکدانان تجربی هستند؟ من را به خنده نیانداز. این اثر نه در فیزیک، بلکه در بحث های شبه علمی در انجمن ها و وبلاگ های مختلف، که اکنون دریا از آن است، شناخته شده است. به عنوان یک اثر فیزیکی واقعی (به معنای نتیجه برخی قوانین فیزیکی جدید، و نه به عنوان پیامد یک تفسیر نادرست یا فقط یک افسانه)، افرادی که از فیزیک دور هستند آن را درک می کنند. بنابراین دلیلی وجود ندارد که به عنوان یک اثر فیزیکی واحد در مورد نتایج آزمایش های مختلف که در شرایط کاملاً متفاوت تنظیم شده اند 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 ساعت 12:50 بعد از ظهر

ایوان من موافقم که الان سایت های شبه علمی زیادی هستن که مطالب جنجالی تایید نشده منتشر میکنن. از این گذشته ، تأثیر 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 صنعتی سنگاپور مورد مطالعه قرار گرفت. به لینک http://arxiv.org/abs/1310.6514 نگاه کنید. آنها معتقدند که توضیحی برای این اثر یافته اند. من جزئیات در مورد ماهیت کشف نمی نویسم، اما به نظر آنها، این اثر با تفاوت در انرژی های ذخیره شده در پیوندهای هیدروژنی همراه است.

موسیوا N.P. , 1393/02/19 03:04

برای همه علاقه مندان به تحقیق در مورد اثر Mpemba، من مطالب مقاله را کمی تکمیل کردم و پیوندهایی را ارائه دادم که می توانید با آخرین نتایج آشنا شوید (متن را ببینید). با تشکر از نظرات.

ایلدار , 1393/02/24 04:12 | بی معنی است که همه چیز را فهرست کنید

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 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 پیوندهای ظرفیتی مولکول ها زمان برای جمع آوری خوشه های بزرگ را ندارند. تشکیل خوشه ها کمی بیشتر از کاهش سرعت مولکول ها طول می کشد. و از آنجایی که خوشه ها کوچکتر هستند، تشکیل شبکه کریستالیسریعتر اتفاق می افتد ظاهراً در آب سرد، خوشه‌های بزرگ و نسبتاً پایدار از تشکیل شبکه جلوگیری می‌کنند؛ تخریب آنها مدتی طول می‌کشد. من خودم در تلویزیون یک اثر کنجکاو دیدم، زمانی که آب سردی 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. خوب، کشیشی که این تأثیر را نشان داد، آن را با این واقعیت توضیح داد که آب تقدیس شده است. به هر حال، معلوم می شود که آب بسته به دما ویسکوزیته خود را به شدت تغییر می دهد. ما به عنوان موجودات بزرگ متوجه این موضوع نمی شویم، اما در سطح سخت پوستان کوچک (میلی متر و کمتر) و حتی بیشتر از آن باکتری ها، ویسکوزیته آب عامل بسیار مهمی است. این ویسکوزیته، به نظر من، با اندازه خوشه های آب نیز مشخص می شود.

خاکستری , 03/15/2014 05:30

هر چیزی که در اطراف ما می بینیم ویژگی های سطحی است (خواص) بنابراین ما فقط آن چیزی را به عنوان انرژی می گیریم که بتوانیم وجود را به هر طریقی اندازه گیری یا اثبات کنیم، در غیر این صورت یک بن بست است. این پدیده، اثر Mpemba، تنها با یک تئوری حجمی ساده قابل توضیح است که همه مدل‌های فیزیکی را در یک ساختار واحد از تعامل متحد می‌کند. در واقع ساده است

نیکیتا, 1393/06/06 04:27 | ماشین

اما چگونه کاری کنیم که وقتی سوار ماشین می شوید آب سرد بماند و گرم نباشد!

alexey, 03.10.2014 01:09

و در اینجا یکی دیگر از "کشف"، در حال حرکت است. آب در یک بطری پلاستیکی با درپوش باز خیلی سریعتر یخ می زند. برای سرگرمی، بارها آزمایش کردم یخبندان شدید. اثر آشکار است. سلام نظریه پردازان!

یوجین، 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 در 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 تماس با جو را افزایش می دهیم. هر چه شدت تبخیر بیشتر باشد، افت دما سریعتر است. در اینجا لازم است به عامل رطوبت اشاره شود. هرچه رطوبت کمتر باشد، تبخیر قوی تر و خنک کننده قوی تر است.

خاکستری تامسک، 03/01/2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - ادامه آنچه در مورد دما می دانید همه چیز نیست. یه چیز دیگه هم هست اگر یک مدل فیزیکی دما را درست بسازید، آنگاه 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، پس از بررسی مدل‌های دما، یک مدل دمای کلی را تهیه کردم. پس از چند ماه، من پارادوکس دما را به یاد آوردم و سپس متوجه شدم ... که مدل دمای من نیز پارادوکس Mpemba را توصیف می کند. این در ماه مه - ژوئن 2013 بود. یک سال تاخیر، اما این برای بهترین است. مدل فیزیکی من یک فریم فریز است و می توان آن را هم به جلو و هم به عقب پیمایش کرد و دارای مهارت های حرکتی فعالیت است، همان فعالیتی که در آن همه چیز حرکت می کند. من 8 کلاس مدرسه و 2 سال دانشگاه با تکرار موضوع دارم. 20 سال گذشت. بنابراین من نمی توانم هیچ نوع مدل فیزیکی دانشمندان مشهور و همچنین فرمول ها را نسبت دهم. خیلی 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 مند هستید، برای من یک ایمیل بنویسید: [ایمیل محافظت شده]

Andrey , 08.11.2015 08:58

متاسفم، من صندوق پستی اشتباهی دادم اینجا ایمیل صحیح است: [ایمیل محافظت شده]

ویکتور , 1394/12/23 10:37 ق.ظ

به نظر من همه چیز ساده تر است، برف با ما می بارد، گاز تبخیر شده است، خنک می شود، بنابراین شاید در یخبندان سریعتر سرد شود، زیرا تبخیر می شود و بلافاصله به دور از بالا آمدن متبلور می شود، و آب در حالت گازی سریعتر از مایع سرد می شود. )

Bekzhan , 1395/01/28 09:18

حتی اگر کسی این قوانین جهان را که مرتبط با این اثر است فاش کند، اینجا نمی نویسد، از نظر من منطقی نیست که اسرار او را برای کاربران اینترنتی فاش کند زمانی که بتواند آن را در مجلات علمی معروف منتشر کند. خودش رو جلوی مردم ثابت کنه پس چیزی که در مورد این تاثیر اینجا نوشته میشه این همه اکثریت منطقی نیست.)))

الکس , 1395/02/22 12:48 ب.ظ

سلام تجربیان شما درست می گویید علم از جایی شروع می شود که... نه اندازه گیری، بلکه محاسبات. "آزمایش" - یک استدلال ابدی و ضروری برای کسانی که از تخیل و تفکر خطی محروم هستند همه را توهین کرد ، اکنون در مورد E \u003d mc2 - آیا همه به یاد دارند؟ سرعت پرواز مولکول‌ها از آب سرد به داخل اتمسفر، میزان انرژی را که از آب می‌برند (سرد شدن - اتلاف انرژی) تعیین می‌کند. جرم باقی مانده از آب) همین است، اگر از "آزمایش" خارج شوید و مبانی علم را به خاطر بسپارید

ولادیمیر , 1395/04/25 10:53 ق.ظ | متئو

در آن روزهایی که ضدیخ امری نادر بود، آب سیستم خنک‌کننده خودروها در گاراژ گرم نشده ناوگان خودرو پس از یک روز کاری تخلیه می‌شد تا بلوک سیلندر یا رادیاتور یخ‌زدایی نشود - گاهی اوقات هر دو با هم. صبح آب گرم ریخته شد. 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. کسی که باور نمی کند، بررسی کند. و امپمبا بستنی را آزمایش کردند. در بستنی، کریستالیزاسیون متفاوت از آب است. 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 شیرین چه سرد و چه گرم در دمای 0*C یخ می زند. آب سرد سریع است، اما آب گرم برای خنک شدن نیاز به زمان دارد.

سرگردان , 1395/06/05 12:54 | به الکس

"c" - سرعت نور در خلاء E=mc^2 - فرمول بیان کننده هم ارزی جرم و انرژی

آلبرت، 1395/07/27 08:22

اول، قیاس با جامدات (فرایند تبخیر وجود ندارد). لوله های مسی آب که به تازگی لحیم شده اند. این فرآیند با گرم کردن مشعل گاز تا دمای ذوب لحیم انجام می شود. زمان گرم شدن یک اتصال با کوپلینگ تقریباً یک دقیقه است. من یک اتصال را با کوپلینگ لحیم کردم و بعد از چند دقیقه متوجه شدم که آن را اشتباه لحیم کرده ام. پیمایش لوله در کوپلینگ کمی طول کشید. من دوباره شروع به گرم کردن مفصل با مشعل کردم و در کمال تعجب 3-4 دقیقه طول کشید تا اتصال تا نقطه ذوب گرم شود. چطوره!؟ از این گذشته ، لوله هنوز داغ است و به نظر می رسد انرژی بسیار کمتری برای گرم کردن آن تا نقطه ذوب مورد نیاز است ، اما همه چیز برعکس شد. همه چیز در مورد هدایت حرارتی است، که برای یک لوله از قبل گرم شده بسیار بالاتر است و مرز بین لوله های گرم و سرد توانسته در دو دقیقه از محل اتصال دور شود. حالا در مورد آب ما با مفاهیم رگ 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 می شود که نسبتاً سریع از محیط به مرکز حرکت می کند، زیرا در این مرز، ذرات سریع به سرعت انرژی خود را از دست می دهند (سرد). ) توسط ذرات در طرف دیگر مرز. از آنجایی که حجم ذرات سرد بیرونی بزرگتر است، ذرات سریع که انرژی حرارتی خود را از دست می دهند، نمی توانند ذرات سرد بیرونی را به میزان قابل توجهی گرم کنند. بنابراین، فرآیند خنک سازی آب گرم نسبتا سریع اتفاق می افتد. از طرف دیگر، 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. در نتیجه یک ظرف داغ سریعتر از ظرف گرم سرد می شود. من فکر می کنم لازم است فرآیند خنک سازی آب با دماهای مختلف را در دینامیک با قرار دادن چندین سنسور دما از وسط تا لبه ظرف ردیابی کنیم.

حداکثر , 1395/11/19 05:07

تأیید شده است: در یامال در یخبندان لوله ای با آب گرم یخ می زند و باید گرم شود اما سرد نیست!

Artem, 1395/09/12 01:25

سخت است، اما من فکر می کنم که آب سرد متراکم تر از آب گرم است، حتی بهتر از آب جوشیده، و سپس یک شتاب در خنک شدن وجود دارد، یعنی. آب گرم به دمای سرد می رسد و از آن سبقت می گیرد و با توجه به اینکه آب گرم از پایین یخ می زند نه از بالا همانطور که در بالا نوشته شده است، این روند را بسیار تسریع می کند!

الکساندر سرگئیف, 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 اگر آزمایش ها با دقت انجام شود (اگر نمونه های آب گرم و سرد باشند در همه چیز به جز دما یکسان است)، اثر مشاهده نمی شود.

هدلب 1396/08/22 05:31

ویکتور , 1396/10/27 03:52 ق.ظ

"واقعا هست." - اگر مدرسه نفهمید ظرفیت گرمایی و قانون بقای انرژی چیست. بررسی آن آسان است - برای این شما نیاز دارید: یک میل، یک سر، دست ها، آب، یک یخچال و یک ساعت زنگ دار. و پیست های اسکیت همانطور که کارشناسان می نویسند با آب سرد یخ زده (پر می شوند) و با آب گرم یخ های بریده شده را صاف می کنند. و در زمستان باید مایع ضد یخ را در مخزن واشر بریزید نه آب. آب به هر حال 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 در مقاله درست است. اما دلیل آن تا حدودی متفاوت است. در فرآیند جوش، هوای محلول در آن از آب تبخیر می شود، بنابراین با سرد شدن آب در حال جوش، در نتیجه چگالی آن از آب خام هم دما کمتر می شود. هیچ دلیل دیگری برای هدایت حرارتی متفاوت به جز چگالی متفاوت وجود ندارد.

هدلب, 1397/03/01 08:58 | سر آزمایشگاه

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

اثر Mpemba یا چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند؟ اثر Mpemba (Mpemba Paradox) پارادوکسی است که بیان می‌کند آب گرم در شرایط خاص سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند، 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، جسم داغ‌تر به زمان بیشتری برای خنک شدن در دمای معین نسبت به جسم خنک‌تر برای خنک شدن در همان دما نیاز دارد. این پدیده در آن زمان توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963، دانش آموز تانزانیایی Erasto Mpemba متوجه شد که مخلوط بستنی داغ سریعتر از بستنی سرد منجمد می شود. اراستو امپمبا دانش آموز دبیرستان ماگامبین در تانزانیا بود که کار عملی آشپزی انجام می داد. او مجبور شد بستنی خانگی درست کند - شیر را بجوشاند، شکر را در آن حل کند، آن را تا دمای اتاق خنک کند و سپس آن را در یخچال قرار دهد تا منجمد شود. ظاهراً مپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در بخش اول تکلیف به تعویق انداخت. از ترس اینکه تا پایان درس سر وقت نرسد، شیر هنوز داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، شیر حتی زودتر از شیر رفقای خود که بر اساس یک فناوری خاص تهیه شده بود، یخ زد. پس از آن، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب ساده نیز آزمایش کرد. در هر صورت، او که قبلاً دانش‌آموز دبیرستان Mkwawa بود، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاه در دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ایراد سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش‌آموزان) در مورد آب پرسید: «اگر می‌پذیرید. دو ظرف یکسان با حجم های مساوی آب 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 می زند. چرا؟ آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی در سال 1969 به همراه Mpemba نتایج آزمایشات خود را در مجله "Physics Education" منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند، اثر Mpemba نامیده می شود. 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 ویژگی ها 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 بدن تا دمای محیط خنک می‌شود باید متناسب با اختلاف دمای این بدن و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن ایجاد شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در همین اثر، آب در 100 درجه سانتیگراد سریعتر از همان مقدار آب در دمای 35 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد خنک می شود. با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را می توان در فیزیک شناخته شده نیز 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. ابتدا 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 است و آب گرم سریعتر سرد می شود. خنک سازی فرعی هنگامی که آب در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد خنک می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت شرایط خاص، می‌تواند در حالی که در دماهای زیر نقطه انجماد مایع باقی می‌ماند، تحت ابرسرد شدن قرار گیرد. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد می تواند مایع باقی بماند. دلیل این اثر این است که برای اینکه اولین کریستال های یخ شروع به تشکیل شدن کنند، به مراکز تشکیل بلور نیاز است. اگر آنها در آب مایع نباشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می یابد که دما به اندازه ای کاهش یابد که کریستال ها شروع به تشکیل خود به خود کنند. هنگامی که آنها در مایع فوق سرد شده شروع به تشکیل می کنند، سریعتر رشد می کنند و لجن یخی تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد. آب گرم بیشتر مستعد هیپوترمی است زیرا گرمایش گازها و حباب های محلول را از بین می برد که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکز تشکیل کریستال های یخ عمل کنند. چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر رخ می دهد. 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 گرم که تحت خنک‌سازی فرعی قرار می‌گیرد، آب سرد 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 و در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت را بدتر می کند و در نتیجه گرما را از دست می دهد، 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 سانتی گراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح باقی می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط لایه نازکی از یخ برای مدت کوتاهی روی سطح آب تشکیل می‌شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق محافظت از لایه‌های زیرین آب عمل می‌کند که در دمای 4 درجه سانتی‌گراد باقی می‌مانند. ، خنک شدن 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 می‌کشد. 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، فرض می‌شود که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا می‌شوند و فرآیند همرفت پس از کاهش میانگین دمای آب به زیر 4 درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد. با این حال، داده‌های تجربی وجود ندارد. که این فرضیه را تایید می کند که لایه های آب سرد و گرم توسط همرفت از هم جدا می شوند. گازهای محلول در آب آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی پایین آوردن نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا حلالیت آنها در آب در دمای بالا کمتر است. بنابراین، زمانی که آب گرم خنک می شود، همیشه گازهای محلول کمتری در آن نسبت به آب سرد گرم نشده وجود دارد. 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. رسانایی حرارتی این مکانیزم می تواند نقش مهمی را ایفا کند زمانی که آب در یخچال فریزر در ظروف کوچک قرار می گیرد. در این شرایط مشاهده شده است که ظرف دارای آب گرم 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 ظرف با آب سرد برف را زیر آن آب نمی کند. همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پاسخی صریح به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را ارائه می‌کنند - به دست نیامده است. بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر ابرسرد شدن آب 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 اورباخ با داده‌های قبلی که نشان می‌داد آب گرم به دلیل مراکز تبلور کمتر می‌تواند به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، تناقض داشت. هنگامی که آب گرم می شود، گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری املاح حل شده در آن رسوب می کند. تا کنون، تنها یک چیز را می توان ادعا کرد - بازتولید این اثر اساساً به شرایطی بستگی دارد که تحت آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود. O. V. Mosin