Основні тези
- Феномен Мпемби полягає в тому, що нагріта вода замерзає оперативніше, ніж холодна, і цей факт було підтверджено в наукових дослідженнях.
- Серед імовірних роз’яснень феномену: випаровування, менша кількість розчинених газів у підігрітій воді, конвекційні течії та вплив довкілля.
Ефект Мпемби: чому гаряче замерзає швидше за холодне / Pixabay
Цими днями Україну відчутно морозить. Отже, саме вчас спробувати феномен Мпемби – коли кип’яток, підкинутий у вкрай холодне повітря, миттю випаровується та утворює вражаючу хмару пари, подібну до феєрверку.
Такі відеоролики набувають популярності щозими у багатьох державах світу. Що ж являє собою феномен Мпемби – повідає 24 Канал.
Хто такий Мпемба та в чому полягає його феномен?
Той факт, що нагріта вода замерзає швидше за холодну, знаний вже багато століть. Уперше про це почав говорити Арістотель, котрий у 340 році до нашої ери проголосив, що попередньо підігріта вода холоне швидше. Згодом це явище обговорювали в середньовіччі, коли європейські фізики намагалися розробити теорію теплообміну. Але до XX століття воно було відомим лише як народна оповідка, йдеться у статті Каліфорнійського університету “Чи може гаряча вода замерзнути швидше за холодну?”
Так тривало до 1969 року, поки учень з Танзанії Ерасто Мпемба не розповів світові, як він готував крижане ласощі та з яким дивом зіткнувся. За його словами, у 1963 році, коли він навчався у 3 класі, він готував морозиво у школі, змішуючи молоко, що тільки-но закипіло, з цукром. Йому було потрібно почекати, поки молоко охолоне, перш ніж класти його в холодильник. Але Ерасто поспішав звільнити місце та поставив молоко, не давши йому охолонути.
На свій подив, школяр побачив, що його підігріте молоко замерзло та стало крижаним ласощами раніше, ніж в інших учнів. Він попросив роз’яснення у свого вчителя фізики, але той відповів, що, можливо, це помилка, оскільки таке неможливо.
Ерасто тоді довірився своєму вчителю. Але згодом того ж року він зустрів друга, котрий робив та продавав морозиво у місті Танга. Друг розповів, що під час приготування крижаного ласощі він кладе гарячі рідини в холодильник, щоб вони швидше замерзли.
Пізніше, вже навчаючись у старшій школі, Мпемба вивчив закон охолодження Ньютона, котрий описує, як мають холонути нагріті тіла. Він знову спитав учителя, чому гаряче молоко замерзає оперативніше за холодне, коли кладеш його в морозильну камеру. На це вчитель відповів, що той, напевно, заплутався. Коли Мпемба продовжив сперечатися, вчитель мовив: “Все, що я можу сказати, це те, що це фізика Мпемби, а не загальна фізика”. Але коли Мпемба пізніше провів експеримент з гарячою та холодною водою у біологічній лабораторії своєї школи, він знову виявив, що гаряча вода замерзає оперативніше.
Через роки насмішок і докорів Мпемба отримав змогу поставити своє запитання справжньому професору фізики, і отримав дещо прихильнішу відповідь.
Зізнаюся, я вважав, що він помиляється. Але, на щастя, я пригадав про необхідність заохочувати студентів до розвитку критичного мислення та здатності ставити запитання. Жодне запитання не слід висміювати”
– пригадував Деніс Озборн, професор фізики з танзанійського Університету Дар-ес-Салама.
Відкритість Озборна до дослідів пішла на користь Мпембі. Науковець доручив одному зі своїх лаборантів повторити експеримент, і вони засвідчили, що гаряча вода дійсно замерзає оперативніше. Власне, було виявлено досить різку залежність: найгарячіша вода, котра має температуру близько 90°C, замерзала всього за 30 хвилин, тоді як вода з початковою температурою 70°C замерзала майже годину. Найхолодніша з перевірених мала температуру 20 °C, і вона замерзала цілих 100 хвилин.
Феномен Мпемби на практиці: дивіться відео
Зрештою у 1969 Мпемба та Озборн описали свої наслідки в науковій праці, і про них довідався увесь світ.
Чому виникає феномен Мпемби?
Вчені досі намагаються з’ясувати, як і чому виникає цей феномен. І поки жоден не надав однозначної відповіді.
Сьогодні існує декілька теорій щодо цього
- Випаровування – за високих температур випаровується більше води, ніж за низьких. Це відбувається тому, що випаровування вимагає більше енергії.
- Розчинені гази – гаряча вода може містити менше розчинених газів, ніж холодна, і велика кількість газу випаровується під час кип’ятіння. Тому у теплішій воді може бути менше розчинених газів. Це якимось чином може змінювати властивості води, можливо, полегшуючи утворення конвекційних потоків.
- Конвекція – під час того, як вода охолоджується, у ній утворюються конвекційні течії та нерівномірний розподіл температури. Щільність води зменшується з підвищенням температури, тому її поверхня буде теплішою за дно: це явище називається “гарячою вершиною”. Якщо вода втрачає тепло переважно через поверхню, то вода з гарячою вершиною буде втрачати тепло швидше, ніж можна було б очікувати, виходячи з її середньої температури.
- Навколишнє середовище – ще одна відмінність в охолодженні двох ємностей пов’язана не із самою водою, а з довкіллям. Спочатку тепліша вода може змінити довкілля і це впливає на процес її охолодження.
Як виникає феномен Мпемби: дивіться відео
У чому небезпека від виливання окропу на холодному повітрі?
Потрібно бути дуже обережним з експериментами з феноменом Мпемби, адже передусім вода має бути достатньої температури – 100 градусів або близькою до цього. Так само має надворі бути мороз – інколи і -11 градусів замало.
Якщо все зробити неправильно – замість ефектної хмари пари, ви можете отримати опіки. Найчастіше буває, що кип’яток виливається людям просто в обличчя.
Дивіться відео невдалого експерименту з феноменом Мпемби
Чи має сніг свій запах?
Люди відчувають запах, котрий виникає під час дощу. Також існує запах озону, за яким можна відчути наближення грози. Деякі вчені вважають, що зі снігом відбувається дещо подібне.
За словами професора Йогана Лундстрема, сніжинки під час падіння діють як своєрідні “пилососи” – активно збирають на свою поверхню леткі сполуки з навколишнього середовища. Тому сніг у місті пахне помітно інакше, ніж у віддаленій арктичній глушині.
А є й альтернативне роз’яснення: можливо, ми відчуваємо не стільки запах самого снігу, скільки відсутність запахів взагалі.
Детальніше про те, чи має насправді сніг свій запах, – у матеріалі 24 Каналу.
Читають зараз:
Источник: www.24tv.ua