Nước nào đóng băng nhanh hơn, nóng hay lạnh, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, nhưng bản thân câu hỏi này có vẻ hơi lạ. Từ vật lý học, người ta đã biết ngụ ý rằng nước nóng vẫn cần thời gian để nguội xuống bằng nhiệt độ của nước lạnh tương đương để biến thành băng. Với nước lạnh, giai đoạn này có thể được bỏ qua, và do đó, nó sẽ thắng đúng lúc.
Nhưng câu trả lời cho câu hỏi nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng - trên đường phố trong sương giá, bất kỳ người dân nào ở các vĩ độ phía bắc đều biết. Trên thực tế, về mặt khoa học, hóa ra trong mọi trường hợp, nước lạnh chỉ đơn giản là phải đóng băng nhanh hơn.
Giáo viên vật lý cũng vậy, người được cậu học sinh Erasto Mpemba tiếp cận vào năm 1963 với yêu cầu giải thích lý do tại sao hỗn hợp lạnh của kem tương lai lại đông hơn cùng loại, nhưng lại nóng.
Đây không phải là vật lý thế giới, mà là một dạng vật lý Mpemba nào đó
Vào thời điểm đó, giáo viên chỉ cười vì điều này, nhưng Deniss Osborn, một giáo sư vật lý, người đã từng học cùng trường nơi Erasto học, đã thực nghiệm xác nhận sự tồn tại của một hiệu ứng như vậy, mặc dù có không có lời giải thích cho điều này sau đó. Năm 1969, một tạp chí khoa học nổi tiếng đã xuất bản một bài báo chung của hai người đàn ông mô tả tác động đặc biệt này.
Kể từ đó, câu hỏi nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, đều có tên riêng - hiệu ứng, hay nghịch lý, Mpemba.
Câu hỏi đã nảy sinh từ rất lâu rồi
Đương nhiên, một hiện tượng như vậy đã xảy ra trước đây, và nó đã được đề cập trong các công trình của các nhà khoa học khác. Không chỉ một cậu học sinh quan tâm đến câu hỏi này, mà Francis Bacon, Rene Descartes và thậm chí cả Aristotle cũng đã có lúc nghĩ về nó.
Đó chỉ là cách tiếp cận để giải quyết nghịch lý này bắt đầu chỉ được xem xét vào cuối thế kỷ XX.
Điều kiện để xảy ra nghịch lý
Đối với kem, nó không chỉ là nước thông thường bị đóng băng trong quá trình thử nghiệm. Các điều kiện nhất định phải có để bắt đầu tranh luận nước nào đông nhanh hơn - lạnh hay nóng. Điều gì ảnh hưởng đến quá trình này?
Bây giờ, trong thế kỷ 21, một số phương án đã được đưa ra có thể giải thíchnghịch lý này. Nước nào đóng băng nhanh hơn, nóng hay lạnh hơn, có thể phụ thuộc vào thực tế là nước nóng có tốc độ bay hơi cao hơn nước lạnh. Do đó, thể tích của nó giảm, và khi giảm thể tích, thời gian đóng băng sẽ ngắn hơn so với khi bạn lấy một lượng nước lạnh ban đầu tương tự.
Ngăn đá lâu bị rã đông
Nước nào đóng băng nhanh hơn, và tại sao lại đóng băng, có thể bị ảnh hưởng bởi lớp tuyết có thể nằm trong ngăn đá của tủ lạnh dùng cho thí nghiệm. Nếu bạn lấy hai thùng chứa có thể tích giống hệt nhau, nhưng một trong hai thùng chứa nước nóng và một thùng chứa nước lạnh, thùng chứa nước nóng sẽ làm tan tuyết bên dưới, do đó cải thiện sự tiếp xúc của mức nhiệt với thành tủ lạnh. Một thùng chứa nước lạnh không thể làm được điều đó. Nếu không có lớp lót này mà có tuyết trong ngăn mát tủ lạnh thì nước lạnh sẽ đông nhanh hơn.
Trên - dưới
Ngoài ra, hiện tượng nước đóng băng nhanh hơn - nóng hoặc lạnh, được giải thích như sau. Theo một số quy luật nhất định, nước lạnh bắt đầu đóng băng từ các lớp trên, khi nước nóng thì ngược lại - nó bắt đầu đóng băng từ dưới lên. Nó chỉ ra rằng nước lạnh, có một lớp lạnh trên cùng với băng đã được hình thành ở một số nơi, do đó làm suy yếu các quá trình đối lưu và bức xạ nhiệt, do đó giải thích nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng. Ảnh từ nghiệp dưthử nghiệm được đính kèm và điều này hiển thị rõ ràng ở đây.
Nhiệt thoát ra, có xu hướng hướng lên trên, và ở đó nó gặp một lớp rất lạnh. Không có đường dẫn tự do cho bức xạ nhiệt, vì vậy quá trình làm mát trở nên khó khăn. Nước nóng hoàn toàn không có rào cản như vậy trên đường đi của nó. Cái nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng, tùy thuộc vào kết quả có thể xảy ra, bạn có thể mở rộng câu trả lời bằng cách nói rằng bất kỳ loại nước nào cũng có một số chất nhất định bị hòa tan trong đó.
Tạp chất trong thành phần của nước như một yếu tố ảnh hưởng đến kết quả
Nếu bạn không gian lận và sử dụng nước có thành phần giống nhau, nồng độ của một số chất giống nhau, thì nước lạnh sẽ đông nhanh hơn. Nhưng nếu một tình huống xảy ra khi các nguyên tố hóa học hòa tan chỉ có trong nước nóng, trong khi nước lạnh không sở hữu chúng, thì nước nóng có cơ hội đóng băng sớm hơn. Điều này được giải thích là do các chất hòa tan trong nước tạo ra các trung tâm kết tinh, và với một số lượng nhỏ các trung tâm này, việc chuyển nước thành trạng thái rắn rất khó khăn. Thậm chí có thể làm siêu lạnh nước, theo nghĩa là ở nhiệt độ dưới 0, nó sẽ ở trạng thái lỏng.
Nhưng tất cả các phiên bản này dường như không hoàn toàn phù hợp với các nhà khoa học và họ vẫn tiếp tục nghiên cứu vấn đề này. Năm 2013, một nhóm các nhà nghiên cứu ở Singapore cho biết họ đã giải đáp được bí ẩn lâu đời.
Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng bí mật của hiệu ứng này nằm ở lượng năng lượng được lưu trữ giữa các phân tử nước trong các liên kết của nó, được gọi là liên kết hydro.
Manh mối từ các nhà khoa học Trung Quốc
Thông tin sau sẽ theo sau, để hiểu được bạn cần phải có một số kiến thức về hóa học để tìm ra nước đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh. Như bạn đã biết, phân tử nước bao gồm hai nguyên tử H (hydro) và một nguyên tử O (oxy) được giữ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
Nhưng các nguyên tử hydro của một phân tử cũng bị thu hút bởi các phân tử lân cận, đến thành phần oxy của chúng. Chính những liên kết này được gọi là liên kết hydro.
Điều đáng nhớ là đồng thời, các phân tử nước tác động lên nhau. Các nhà khoa học lưu ý rằng khi nước được làm nóng, khoảng cách giữa các phân tử của nó tăng lên, và điều này được tạo điều kiện bởi lực đẩy. Hóa ra là các liên kết hydro, chiếm một khoảng cách giữa các phân tử ở trạng thái lạnh, có thể được nói là kéo dài, và chúng có nguồn cung cấp năng lượng lớn hơn. Đó là nguồn dự trữ năng lượng được giải phóng khi các phân tử nước bắt đầu tiếp cận nhau, tức là xảy ra quá trình làm lạnh. Nó chỉ ra rằng một nguồn cung cấp năng lượng lớn hơn trong nước nóng và sự giải phóng năng lượng lớn hơn khi được làm lạnh đến nhiệt độ dưới 0, xảy ra nhanh hơn so với trong nước lạnh, có nguồn cung cấp như vậy.ít nhiệt huyết. Vậy nước nào đóng băng nhanh hơn - lạnh hay nóng hơn? Nghịch lý Mpemba nên xảy ra bên ngoài và trong phòng thí nghiệm, và nước nóng sẽ biến thành đá nhanh hơn.
Nhưng vẫn mở
Chỉ có xác nhận lý thuyết về manh mối này - tất cả điều này được viết bằng các công thức đẹp và có vẻ hợp lý. Nhưng khi dữ liệu thí nghiệm, nước nào đóng băng nhanh hơn - nóng hay lạnh, sẽ có ý nghĩa thực tế và kết quả của chúng sẽ được trình bày, thì có thể coi câu hỏi về nghịch lý Mpemba đã khép lại.
