असे बरेच घटक आहेत जे पाणी जलद गोठवते, गरम किंवा थंड होते, परंतु प्रश्न स्वतःच थोडा विचित्र वाटतो. तात्पर्य, आणि हे भौतिकशास्त्रावरून ज्ञात आहे, की बर्फात बदलण्यासाठी गरम पाण्याला थंड पाण्याच्या तापमानाशी थंड होण्यासाठी अजूनही वेळ लागतो. थंड पाणी हा टप्पा वगळू शकतो, आणि त्यानुसार, त्याला वेळ मिळतो.

परंतु कोणते पाणी जलद गोठते या प्रश्नाचे उत्तर - थंड किंवा गरम - बाहेर थंडीत, उत्तर अक्षांशातील कोणत्याही रहिवाशांना माहित आहे. खरं तर, वैज्ञानिकदृष्ट्या, हे दिसून येते की कोणत्याही परिस्थितीत, थंड पाणी फक्त जलद गोठण्यास बांधील आहे.

1963 मध्ये शाळकरी इरास्टो एमपेम्बा याने संपर्क साधलेल्या भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाने, भविष्यातील आइस्क्रीमच्या थंड मिश्रणाला समान, परंतु गरम पेक्षा गोठण्यास जास्त वेळ का लागतो हे स्पष्ट करण्यासाठी विनंतीसह हाच विचार केला.

"हे सार्वत्रिक भौतिकशास्त्र नाही तर काही प्रकारचे Mpemba भौतिकशास्त्र आहे"

त्या वेळी, शिक्षक फक्त यावर हसले, परंतु भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक डेनिस ओसबोर्न, ज्यांनी एकेकाळी इरास्टो ज्या शाळेत शिकला त्याच शाळेला भेट दिली, प्रायोगिकपणे अशा प्रभावाच्या उपस्थितीची पुष्टी केली, जरी तेव्हा त्याचे कोणतेही स्पष्टीकरण नव्हते. 1969 मध्ये, या दोन लोकांचा एक संयुक्त लेख एका लोकप्रिय वैज्ञानिक जर्नलमध्ये प्रकाशित झाला, ज्याने या विचित्र परिणामाचे वर्णन केले.

तेव्हापासून, मार्गानुसार, कोणते पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड - या प्रश्नाचे स्वतःचे नाव आहे - एमपेम्बा प्रभाव किंवा विरोधाभास.

हा प्रश्न खूप दिवसांपासून आहे

स्वाभाविकच, अशी घटना यापूर्वी घडली होती आणि इतर शास्त्रज्ञांच्या कार्यात त्याचा उल्लेख होता. केवळ शाळकरी मुलांनाच या समस्येत रस नव्हता, तर रेने डेकार्टेस आणि अगदी अॅरिस्टॉटलने देखील एकेकाळी याबद्दल विचार केला.

परंतु त्यांनी विसाव्या शतकाच्या शेवटीच हा विरोधाभास सोडवण्याच्या दृष्टीकोनांचा शोध सुरू केला.

विरोधाभास होण्याच्या अटी

आइस्क्रीमप्रमाणे, प्रयोगादरम्यान गोठलेले फक्त साधे पाणी नाही. कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम याबद्दल वादविवाद सुरू करण्यासाठी काही परिस्थिती उपस्थित असणे आवश्यक आहे. या प्रक्रियेच्या मार्गावर काय परिणाम होतो?

आता, 21व्या शतकात, या विरोधाभासाचे स्पष्टीकरण देणारे अनेक पर्याय समोर ठेवले गेले आहेत. कोणते पाणी जलद गोठते, गरम किंवा थंड, ते थंड पाण्यापेक्षा जास्त बाष्पीभवन दर आहे यावर अवलंबून असू शकते. अशाप्रकारे, त्याचे प्रमाण कमी होते आणि जसजसे आवाज कमी होतो तसतसे थंड पाण्याचे समान प्रारंभिक व्हॉल्यूम घेतल्यास गोठवण्याची वेळ कमी होते.

तुम्ही फ्रीजर डिफ्रॉस्ट करून थोडा वेळ झाला आहे.

कोणते पाणी जलद गोठते आणि हे का घडते याचा प्रभाव प्रयोगासाठी वापरल्या जाणार्‍या रेफ्रिजरेटरच्या फ्रीझरमध्ये असलेल्या बर्फाच्या अस्तराने होऊ शकतो. जर तुम्ही दोन कंटेनर घेतले जे व्हॉल्यूममध्ये समान आहेत, परंतु त्यापैकी एकामध्ये गरम पाणी आणि दुसरे थंड असेल, तर गरम पाण्याचा कंटेनर खाली बर्फ वितळेल, ज्यामुळे रेफ्रिजरेटरच्या भिंतीशी थर्मल पातळीचा संपर्क सुधारेल. थंड पाण्याचा कंटेनर हे करू शकत नाही. रेफ्रिजरेटरच्या डब्यात बर्फासह असे कोणतेही अस्तर नसल्यास, थंड पाणी वेगाने गोठले पाहिजे.

वर - खालचा

तसेच, ज्या घटनेचे पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड - खालीलप्रमाणे स्पष्ट केले आहे. काही नियमांचे पालन करून, थंड पाणी वरच्या थरांमधून गोठण्यास सुरवात होते, जेव्हा गरम पाणी उलट करते - ते तळापासून गोठण्यास सुरवात होते. असे दिसून येते की थंड पाणी, ज्याच्या वर बर्फाचा एक थंड थर आहे, ज्यामध्ये बर्फाचा थर आधीच तयार झाला आहे, अशा प्रकारे संवहन आणि थर्मल रेडिएशनची प्रक्रिया बिघडते, ज्यामुळे कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम हे स्पष्ट करते. हौशी प्रयोगांचे फोटो जोडलेले आहेत आणि हे येथे स्पष्टपणे दृश्यमान आहे.

उष्णता बाहेर जाते, घाईघाईने वरच्या दिशेने जाते, आणि तेथे एक अतिशय थंड थर भेटते. उष्णतेच्या किरणोत्सर्गासाठी कोणताही मोकळा मार्ग नाही, त्यामुळे शीतकरण प्रक्रिया कठीण होते. गरम पाण्याच्या मार्गात असे कोणतेही अडथळे नाहीत. कोणते जलद गोठते - थंड किंवा गरम, संभाव्य परिणाम काय ठरवते? आपण असे सांगून उत्तर विस्तृत करू शकता की कोणत्याही पाण्यात विशिष्ट पदार्थ विरघळले आहेत.

परिणामांवर परिणाम करणारा घटक म्हणून पाण्यातील अशुद्धता

जर तुम्ही फसवणूक केली नाही आणि त्याच रचनेसह पाणी वापरत नसल्यास, जेथे विशिष्ट पदार्थांची एकाग्रता एकसारखी असते, तर थंड पाणी जलद गोठले पाहिजे. परंतु जर अशी परिस्थिती उद्भवली की विरघळलेले रासायनिक घटक फक्त गरम पाण्यात असतात आणि थंड पाण्यात ते नसतात, तर गरम पाण्याला आधी गोठवण्याची संधी असते. पाण्यात विरघळणारे पदार्थ क्रिस्टलायझेशन केंद्रे तयार करतात आणि या केंद्रांच्या थोड्या संख्येने, पाण्याचे घन अवस्थेत रूपांतर करणे कठीण आहे या वस्तुस्थितीद्वारे हे स्पष्ट केले आहे. हे देखील शक्य आहे की पाणी सुपर कूल केले जाईल, या अर्थाने की उप-शून्य तापमानात ते द्रव स्थितीत असेल.

परंतु या सर्व आवृत्त्या, वरवर पाहता, शास्त्रज्ञांना पूर्णपणे अनुरूप नाहीत आणि त्यांनी या समस्येवर कार्य करणे सुरू ठेवले. 2013 मध्ये, सिंगापूरमधील संशोधकांच्या टीमने सांगितले की त्यांनी एक जुने रहस्य सोडवले आहे.

चिनी शास्त्रज्ञांचा एक गट असा दावा करतो की या परिणामाचे रहस्य त्याच्या बंधांमध्ये पाण्याच्या रेणूंमध्ये साठवलेल्या उर्जेच्या प्रमाणात आहे, ज्याला हायड्रोजन बॉन्ड म्हणतात.

चिनी शास्त्रज्ञांचे उत्तर

खालील माहिती आहे, कोणते पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड हे समजून घेण्यासाठी तुम्हाला रसायनशास्त्राचे काही ज्ञान असणे आवश्यक आहे. जसे ज्ञात आहे, त्यात दोन एच (हायड्रोजन) अणू आणि एक ओ (ऑक्सिजन) अणू असतात, सहसंयोजक बंधांनी एकत्र ठेवलेले असतात.

परंतु एका रेणूचे हायड्रोजन अणू शेजारच्या रेणूंकडे, त्यांच्या ऑक्सिजन घटकाकडे आकर्षित होतात. या बंधांना हायड्रोजन बंध म्हणतात.

हे लक्षात ठेवण्यासारखे आहे की त्याच वेळी, पाण्याच्या रेणूंचा एकमेकांवर तिरस्करणीय प्रभाव असतो. शास्त्रज्ञांनी नमूद केले की जेव्हा पाणी गरम केले जाते तेव्हा त्याच्या रेणूंमधील अंतर वाढते आणि हे तिरस्करणीय शक्तींद्वारे सुलभ होते. असे दिसून आले की थंड अवस्थेत रेणूंमधील समान अंतर व्यापून, ते ताणले गेले असे म्हणता येईल आणि त्यांच्याकडे उर्जेचा पुरवठा जास्त आहे. जेव्हा पाण्याचे रेणू एकमेकांच्या जवळ जायला लागतात, म्हणजेच थंड होते तेव्हा हा ऊर्जा साठा सोडला जातो. असे दिसून आले की गरम पाण्यात ऊर्जेचा मोठा साठा, आणि उप-शून्य तापमानापर्यंत थंड झाल्यावर त्याचे जास्त प्रमाणात प्रकाशन थंड पाण्यापेक्षा वेगाने होते, ज्यामध्ये अशा उर्जेचा साठा कमी असतो. तर कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम? रस्त्यावर आणि प्रयोगशाळेत, Mpemba चे विरोधाभास उद्भवले पाहिजे आणि गरम पाणी वेगाने बर्फात बदलले पाहिजे.

पण प्रश्न अजूनही खुला आहे

या समाधानाची केवळ सैद्धांतिक पुष्टी आहे - हे सर्व सुंदर सूत्रांमध्ये लिहिलेले आहे आणि ते प्रशंसनीय दिसते. परंतु जेव्हा प्रायोगिक डेटा ज्यावर पाणी जलद गोठते - गरम किंवा थंड - व्यावहारिक वापरात आणले जाते आणि त्यांचे परिणाम सादर केले जातात, तेव्हा Mpemba च्या विरोधाभासाचा प्रश्न बंद मानला जाऊ शकतो.

Mpemba प्रभाव किंवा गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा जलद गोठते का? Mpemba Effect (Mpemba Paradox) हा एक विरोधाभास आहे ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की काही परिस्थितींमध्ये गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते, जरी ते गोठवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान थंड पाण्याचे तापमान पार केले पाहिजे. हा विरोधाभास एक प्रायोगिक वस्तुस्थिती आहे जी नेहमीच्या कल्पनांचा विरोधाभास करते, त्यानुसार, त्याच परिस्थितीत, कमी तापलेल्या शरीराला त्याच तापमानाला थंड होण्यासाठी अधिक तापलेल्या शरीराला ठराविक तापमानाला थंड होण्यासाठी जास्त वेळ लागतो. ही घटना अ‍ॅरिस्टॉटल, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी एकेकाळी लक्षात घेतली होती, परंतु केवळ 1963 मध्ये टांझानियन शाळकरी इरास्टो एमपेम्बा याने शोधून काढले की गरम आइस्क्रीम मिश्रण थंडपेक्षा जास्त वेगाने गोठते. टांझानियामधील मागाम्बी हायस्कूलमध्ये विद्यार्थी असताना, एरास्टो एमपेम्बा यांनी स्वयंपाकी म्हणून व्यावहारिक काम केले. त्याला होममेड आइस्क्रीम बनवायचे होते - दूध उकळून त्यात साखर विरघळवून, खोलीच्या तपमानावर थंड करा आणि मग ते फ्रीज करण्यासाठी रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. वरवर पाहता, Mpemba हा विशेष मेहनती विद्यार्थी नव्हता आणि त्याने टास्कचा पहिला भाग पूर्ण करण्यास उशीर केला. धडा संपेपर्यंत तो तयार होणार नाही या भीतीने त्याने फ्रीजमध्ये गरम दूध ठेवले. त्याच्या आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, ते दिलेल्या तंत्रज्ञानानुसार तयार केलेल्या त्याच्या साथीदारांच्या दुधापेक्षाही आधी गोठले. यानंतर एमपेम्बाने केवळ दुधावरच नव्हे तर सामान्य पाण्यावरही प्रयोग केला. कोणत्याही परिस्थितीत, आधीच मकवावा माध्यमिक विद्यालयात विद्यार्थी असताना, त्याने दार एस सलाम येथील युनिव्हर्सिटी कॉलेजमधील प्रोफेसर डेनिस ऑस्बोर्न यांना (विद्यार्थ्यांना भौतिकशास्त्रावर व्याख्यान देण्यासाठी शाळेच्या संचालकांनी आमंत्रित केले होते) विशेषत: पाण्याबद्दल विचारले: “जर तुम्ही घेतले तर समान प्रमाणात पाण्याचे दोन समान कंटेनर जेणेकरून त्यातील एकामध्ये पाण्याचे तापमान 35 डिग्री सेल्सिअस असेल आणि दुसर्‍यामध्ये - 100 डिग्री सेल्सिअस असेल आणि त्यांना फ्रीजरमध्ये ठेवा, नंतर दुसऱ्यामध्ये पाणी अधिक वेगाने गोठेल. का?" ऑस्बोर्नला या प्रकरणामध्ये रस वाटू लागला आणि लवकरच, 1969 मध्ये, त्याने आणि एमपेम्बा यांनी त्यांच्या प्रयोगांचे परिणाम भौतिकशास्त्र शिक्षण जर्नलमध्ये प्रकाशित केले. तेव्हापासून, त्यांनी शोधलेल्या प्रभावाला Mpemba प्रभाव म्हणतात. या विचित्र परिणामाचे स्पष्टीकरण कसे द्यावे हे आत्तापर्यंत कोणालाही माहित नाही. शास्त्रज्ञांकडे एकच आवृत्ती नाही, जरी अनेक आहेत. हे सर्व गरम आणि थंड पाण्याच्या गुणधर्मांमधील फरकांबद्दल आहे, परंतु या प्रकरणात कोणते गुणधर्म भूमिका बजावतात हे अद्याप स्पष्ट झालेले नाही: सुपर कूलिंग, बाष्पीभवन, बर्फ निर्मिती, संवहन किंवा पाण्यावर द्रवीभूत वायूंचा प्रभाव यातील फरक. भिन्न तापमान. Mpemba प्रभावाचा विरोधाभास असा आहे की ज्या काळात शरीर सभोवतालच्या तापमानाला थंड होते तो वेळ या शरीराच्या आणि वातावरणातील तापमानाच्या फरकाच्या प्रमाणात असावा. हा कायदा न्यूटनने स्थापित केला होता आणि तेव्हापासून व्यवहारात त्याची पुष्टी अनेकदा झाली आहे. या परिणामात, 100 डिग्री सेल्सिअस तापमान असलेले पाणी 35 डिग्री सेल्सिअस तापमान असलेल्या पाण्यापेक्षा 0 डिग्री सेल्सिअस तापमानाला अधिक वेगाने थंड होते. तथापि, हे अद्याप विरोधाभास दर्शवत नाही, कारण Mpemba प्रभाव ज्ञात भौतिकशास्त्राच्या चौकटीत स्पष्ट केला जाऊ शकतो. एमपेम्बा प्रभावासाठी येथे काही स्पष्टीकरणे आहेत: बाष्पीभवन कंटेनरमधून गरम पाण्याचे अधिक वेगाने बाष्पीभवन होते, त्यामुळे त्याचे प्रमाण कमी होते आणि त्याच तापमानात पाण्याचे लहान प्रमाण जलद गोठते. 100 C वर गरम केलेले पाणी 0 C वर थंड झाल्यावर 16% वस्तुमान गमावते. बाष्पीभवनाचा परिणाम दुहेरी परिणाम होतो. प्रथम, थंड होण्यासाठी आवश्यक पाण्याचे प्रमाण कमी होते. आणि दुसरे म्हणजे, पाण्याच्या टप्प्यापासून वाफेच्या अवस्थेपर्यंत संक्रमणाच्या बाष्पीभवनाची उष्णता कमी झाल्यामुळे तापमान कमी होते. तापमानातील फरक गरम पाणी आणि थंड हवा यांच्यातील तपमानातील फरक जास्त असल्याने, या प्रकरणात उष्णता विनिमय अधिक तीव्र आहे आणि गरम पाणी जलद थंड होते. हायपोथर्मिया जेव्हा पाणी 0 सेल्सिअस खाली थंड होते तेव्हा ते नेहमी गोठत नाही. काही परिस्थितींमध्ये, ते अतिशीत होऊ शकते, गोठण्यापेक्षा कमी तापमानात द्रव राहते. काही प्रकरणांमध्ये, -20 सेल्सिअस तापमानातही पाणी द्रव राहू शकते. या परिणामाचे कारण असे आहे की प्रथम बर्फाचे स्फटिक तयार होण्यास सुरुवात करण्यासाठी, क्रिस्टल निर्मिती केंद्रांची आवश्यकता असते. जर ते द्रव पाण्यात नसतील, तर स्फटिक उत्स्फूर्तपणे तयार होण्यासाठी तापमान पुरेसे कमी होईपर्यंत सुपर कूलिंग चालू राहील. जेव्हा ते अति थंड द्रवामध्ये तयार होऊ लागतात, तेव्हा ते वेगाने वाढू लागतात, स्लश बर्फ तयार करतात, ज्यामुळे बर्फ तयार होईल. गरम पाणी हायपोथर्मियासाठी सर्वात जास्त संवेदनाक्षम आहे कारण ते गरम केल्याने विरघळलेले वायू आणि फुगे काढून टाकले जातात, ज्यामुळे बर्फ क्रिस्टल्सच्या निर्मितीचे केंद्र बनू शकते. हायपोथर्मियामुळे गरम पाणी जलद गोठते का? थंड पाण्याच्या बाबतीत जे सुपर कूल केलेले नाही, खालील गोष्टी घडतात. या प्रकरणात, जहाजाच्या पृष्ठभागावर बर्फाचा पातळ थर तयार होईल. बर्फाचा हा थर पाणी आणि थंड हवा यांच्यामध्ये इन्सुलेटर म्हणून काम करेल आणि पुढील बाष्पीभवन टाळेल. या प्रकरणात बर्फ क्रिस्टल्स तयार होण्याचा दर कमी असेल. सुपर कूलिंगच्या अधीन असलेल्या गरम पाण्याच्या बाबतीत, सुपर कूलिंग पाण्यात बर्फाचा संरक्षणात्मक पृष्ठभाग नसतो. म्हणून, ते ओपन टॉपद्वारे खूप वेगाने उष्णता गमावते. जेव्हा सुपर कूलिंग प्रक्रिया संपते आणि पाणी गोठते तेव्हा जास्त उष्णता नष्ट होते आणि त्यामुळे जास्त बर्फ तयार होतो. या प्रभावाचे अनेक संशोधक हायपोथर्मिया हे Mpemba प्रभावाच्या बाबतीत मुख्य घटक मानतात. संवहन थंड पाणी वरून गोठण्यास सुरवात होते, ज्यामुळे उष्णता विकिरण आणि संवहन प्रक्रिया बिघडते आणि त्यामुळे उष्णता कमी होते, तर गरम पाणी खालून गोठण्यास सुरवात होते. हा परिणाम पाण्याच्या घनतेतील विसंगतीने स्पष्ट केला आहे. पाण्याची जास्तीत जास्त घनता 4 डिग्री सेल्सिअस असते. जर तुम्ही पाणी 4 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत थंड केले आणि ते कमी तापमानात ठेवले तर पाण्याचा पृष्ठभागाचा थर जलद गोठतो. हे पाणी 4 सेल्सिअस तापमानात पाण्यापेक्षा कमी दाट असल्यामुळे ते पृष्ठभागावर राहील आणि पातळ थंड थर तयार करेल. या परिस्थितीत, थोड्याच वेळात पाण्याच्या पृष्ठभागावर बर्फाचा पातळ थर तयार होईल, परंतु बर्फाचा हा थर 4 सेल्सिअस तापमानात राहणार्‍या पाण्याच्या खालच्या थरांचे संरक्षण करून इन्सुलेटर म्हणून काम करेल. त्यामुळे, पुढील शीतकरण प्रक्रिया मंद होईल. गरम पाण्याच्या बाबतीत, परिस्थिती पूर्णपणे भिन्न आहे. बाष्पीभवन आणि तापमानातील अधिक फरक यामुळे पाण्याचा पृष्ठभाग अधिक लवकर थंड होईल. शिवाय, थंड पाण्याचे थर गरम पाण्याच्या थरांपेक्षा घनदाट असतात, त्यामुळे थंड पाण्याचा थर खाली बुडेल आणि कोमट पाण्याचा थर पृष्ठभागावर वाढेल. पाण्याचे हे अभिसरण तापमानात जलद घसरण सुनिश्चित करते. पण ही प्रक्रिया समतोल बिंदूपर्यंत का पोहोचत नाही? संवहनाच्या या दृष्टिकोनातून Mpemba प्रभावाचे स्पष्टीकरण करण्यासाठी, असे गृहीत धरणे आवश्यक आहे की पाण्याचे थंड आणि गरम थर वेगळे केले जातात आणि पाण्याचे सरासरी तापमान 4 सेल्सिअसच्या खाली गेल्यावर संवहन प्रक्रिया स्वतःच चालू राहते. तथापि, असे नाही. प्रायोगिक डेटा जो या गृहितकाची पुष्टी करेल की पाण्याचे थंड आणि गरम थर संवहन प्रक्रियेद्वारे वेगळे केले जातात. पाण्यात विरघळणारे वायू पाण्यात नेहमी विरघळलेले वायू असतात - ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइड. या वायूंमध्ये पाण्याचा गोठणबिंदू कमी करण्याची क्षमता असते. जेव्हा पाणी गरम केले जाते तेव्हा हे वायू पाण्यातून बाहेर पडतात कारण उच्च तापमानात त्यांची पाण्यातील विद्राव्यता कमी असते. म्हणून, जेव्हा गरम पाणी थंड होते, तेव्हा त्यात नेहमी गरम न केलेल्या थंड पाण्यापेक्षा कमी विरघळणारे वायू असतात. त्यामुळे गरम पाण्याचा गोठणबिंदू जास्त असतो आणि ते जलद गोठते. Mpemba प्रभाव स्पष्ट करण्यासाठी हा घटक कधीकधी मुख्य मानला जातो, जरी या वस्तुस्थितीची पुष्टी करणारा कोणताही प्रायोगिक डेटा नाही. जेव्हा रेफ्रिजरेटर कंपार्टमेंट फ्रीजरमध्ये लहान कंटेनरमध्ये पाणी ठेवले जाते तेव्हा थर्मल चालकता ही यंत्रणा महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकते. या परिस्थितीत, असे आढळून आले आहे की गरम पाण्याचा कंटेनर फ्रीझरमधील बर्फ वितळतो, ज्यामुळे फ्रीजरच्या भिंतीशी थर्मल संपर्क आणि थर्मल चालकता सुधारते. परिणामी, थंड पाण्यापेक्षा गरम पाण्याच्या कंटेनरमधून उष्णता वेगाने काढून टाकली जाते. या बदल्यात, थंड पाण्याचा कंटेनर खाली बर्फ वितळत नाही. या सर्व (तसेच इतर) परिस्थितींचा अनेक प्रयोगांमध्ये अभ्यास केला गेला, परंतु प्रश्नाचे स्पष्ट उत्तर - त्यापैकी कोणते एमपेम्बा प्रभावाचे शंभर टक्के पुनरुत्पादन प्रदान करतात - कधीही प्राप्त झाले नाहीत. उदाहरणार्थ, 1995 मध्ये, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ डेव्हिड ऑरबाख यांनी या प्रभावावर सुपर कूलिंग पाण्याच्या प्रभावाचा अभ्यास केला. त्याने शोधून काढले की गरम पाणी, अति थंड अवस्थेत पोहोचते, ते थंड पाण्यापेक्षा जास्त तापमानात गोठते आणि त्यामुळे नंतरच्या तुलनेत जलद होते. परंतु थंड पाणी गरम पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने अति थंड अवस्थेत पोहोचते, ज्यामुळे मागील अंतराची भरपाई होते. याव्यतिरिक्त, ऑरबॅकच्या निकालांनी मागील डेटाचे खंडन केले की कमी क्रिस्टलायझेशन केंद्रांमुळे गरम पाणी जास्त सुपर कूलिंग प्राप्त करण्यास सक्षम होते. पाणी गरम केल्यावर त्यातील विरघळलेले वायू त्यातून काढून टाकले जातात आणि जेव्हा ते उकळले जाते तेव्हा त्यात विरघळलेले काही क्षार अवक्षेपित होतात. आत्तासाठी, फक्त एक गोष्ट सांगितली जाऊ शकते - या प्रभावाचे पुनरुत्पादन लक्षणीयरीत्या कोणत्या परिस्थितीत प्रयोग केले जाते यावर अवलंबून असते. तंतोतंत कारण ते नेहमी पुनरुत्पादित केले जात नाही. ओ.व्ही. मोसिन

हे स्पष्ट दिसते की थंड पाणी गरम पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते, कारण समान परिस्थितीत गरम पाणी थंड होण्यास जास्त वेळ लागतो आणि नंतर गोठतो. तथापि, हजारो वर्षांच्या निरिक्षणांनी, तसेच आधुनिक प्रयोगांनी दर्शविले आहे की उलट देखील सत्य आहे: विशिष्ट परिस्थितीत, गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते. सायन्सियम सायन्स चॅनेल या घटनेचे स्पष्टीकरण देते:

वरील व्हिडिओमध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे, थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त वेगाने गोठण्याची घटना एमपेम्बा इफेक्ट म्हणून ओळखली जाते, ज्याला टांझानियन विद्यार्थ्याने 1963 मध्ये शाळेच्या प्रकल्पाचा एक भाग म्हणून आईस्क्रीम बनवलेले एरास्टो एमपेम्बा यांच्या नावावरून नाव देण्यात आले आहे. विद्यार्थ्यांना मलई आणि साखर यांचे मिश्रण उकळून आणावे लागले, ते थंड होऊ द्या आणि नंतर फ्रीजरमध्ये ठेवा.

त्याऐवजी, इरास्टो त्याचे मिश्रण ताबडतोब, गरम, थंड होण्याची वाट न पाहता त्यात टाका. परिणामी, 1.5 तासांनंतर त्याचे मिश्रण आधीच गोठले होते, परंतु इतर विद्यार्थ्यांचे मिश्रण नव्हते. इंद्रियगोचरमध्ये स्वारस्य असलेल्या, Mpemba यांनी भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक डेनिस ऑस्बोर्न यांच्यासमवेत या समस्येचा अभ्यास करण्यास सुरुवात केली आणि 1969 मध्ये त्यांनी एक शोधनिबंध प्रकाशित केला ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की कोमट पाणी थंड पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने गोठते. हा त्याच्या प्रकारचा पहिला समवयस्क-पुनरावलोकन केलेला अभ्यास होता, परंतु इंद्रियगोचर स्वतःच अ‍ॅरिस्टॉटलच्या कागदपत्रांमध्ये उल्लेख केला गेला आहे, जो बीसी 4 व्या शतकातील आहे. e फ्रान्सिस बेकन आणि डेकार्टेस यांनीही त्यांच्या अभ्यासात या घटनेची नोंद केली.

व्हिडिओमध्ये काय घडत आहे हे स्पष्ट करण्यासाठी अनेक पर्यायांची सूची आहे:

1. फ्रॉस्ट हे डायलेक्ट्रिक आहे, आणि म्हणून फ्रॉस्ट थंड पाणी उबदार काचेपेक्षा जास्त उष्णता साठवते, जे त्याच्या संपर्कात आल्यावर बर्फ वितळते.
2. कोमट पाण्यापेक्षा थंड पाण्यात जास्त विरघळणारे वायू असतात आणि संशोधकांचा असा अंदाज आहे की हे थंड होण्याच्या दरात भूमिका बजावू शकते, जरी हे अद्याप स्पष्ट झालेले नाही.
3. गरम पाणी बाष्पीभवनाद्वारे अधिक पाण्याचे रेणू गमावते, म्हणून गोठण्यासाठी कमी शिल्लक आहेत
4. संवहनी प्रवाह वाढल्यामुळे उबदार पाणी जलद थंड होऊ शकते. हे प्रवाह उद्भवतात कारण काचेतील पाणी प्रथम पृष्ठभागावर आणि बाजूंना थंड होते, ज्यामुळे थंड पाणी बुडते आणि गरम पाणी वाढते. उबदार ग्लासमध्ये, संवहनी प्रवाह अधिक सक्रिय असतात, ज्यामुळे शीतलन दर प्रभावित होऊ शकतो.

तथापि, 2016 मध्ये, एक काळजीपूर्वक नियंत्रित अभ्यास आयोजित केला गेला ज्याने उलट दर्शविले: गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा खूपच हळूहळू गोठले. त्याच वेळी, शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आले की थर्मोकूपलचे स्थान बदलणे - तापमानातील बदल निर्धारित करणारे उपकरण - फक्त एक सेंटीमीटरने एमपेम्बा प्रभाव दिसून येतो. इतर तत्सम अभ्यासांच्या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की सर्व प्रकरणांमध्ये जेथे हा प्रभाव दिसून आला, तेथे एक सेंटीमीटरच्या आत थर्मोकूपलचे विस्थापन होते.

1963 मध्ये, एरास्टो एमपेम्बा नावाच्या टांझानियन शाळकरी मुलाने आपल्या शिक्षकाला एक मूर्ख प्रश्न विचारला - त्याच्या फ्रीझरमधील उबदार आइस्क्रीम थंडपेक्षा जास्त वेगाने का गोठले?

टांझानियामधील मागाम्बी हायस्कूलमध्ये विद्यार्थी असताना, एरास्टो एमपेम्बा यांनी स्वयंपाकी म्हणून व्यावहारिक काम केले. त्याला होममेड आइस्क्रीम बनवायचे होते - दूध उकळून त्यात साखर विरघळवून, खोलीच्या तपमानावर थंड करा आणि मग ते फ्रीज करण्यासाठी रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवा. वरवर पाहता, Mpemba हा विशेष मेहनती विद्यार्थी नव्हता आणि त्याने टास्कचा पहिला भाग पूर्ण करण्यास उशीर केला. धडा संपेपर्यंत तो तयार होणार नाही या भीतीने त्याने फ्रीजमध्ये गरम दूध ठेवले. त्याच्या आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, ते दिलेल्या तंत्रज्ञानानुसार तयार केलेल्या त्याच्या साथीदारांच्या दुधापेक्षाही आधी गोठले.

स्पष्टीकरणासाठी तो भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाकडे वळला, परंतु त्याने विद्यार्थ्याकडे फक्त हसले आणि पुढील गोष्टी सांगितल्या: “हे सार्वत्रिक भौतिकशास्त्र नाही तर एमपेम्बा भौतिकशास्त्र आहे.” यानंतर एमपेम्बाने केवळ दुधावरच नव्हे तर सामान्य पाण्यावरही प्रयोग केला.

कोणत्याही परिस्थितीत, आधीच मकवावा माध्यमिक विद्यालयात विद्यार्थी असताना, त्याने दार एस सलाम येथील युनिव्हर्सिटी कॉलेजमधील प्रोफेसर डेनिस ऑस्बोर्न यांना (विद्यार्थ्यांना भौतिकशास्त्रावर व्याख्यान देण्यासाठी शाळेच्या संचालकांनी आमंत्रित केले होते) विशेषत: पाण्याबद्दल विचारले: “जर तुम्ही घेतले तर समान प्रमाणात पाण्याचे दोन समान कंटेनर जेणेकरून त्यातील एकामध्ये पाण्याचे तापमान 35 डिग्री सेल्सिअस असेल आणि दुसर्‍यामध्ये - 100 डिग्री सेल्सिअस असेल आणि त्यांना फ्रीजरमध्ये ठेवा, नंतर दुसऱ्यामध्ये पाणी अधिक वेगाने गोठेल. का?" ऑस्बोर्नला या प्रकरणामध्ये रस वाटू लागला आणि लवकरच, 1969 मध्ये, त्याने आणि एमपेम्बा यांनी त्यांच्या प्रयोगांचे परिणाम भौतिकशास्त्र शिक्षण जर्नलमध्ये प्रकाशित केले. तेव्हापासून, त्यांनी शोधलेल्या प्रभावाला Mpemba प्रभाव म्हणतात.

हे का घडते हे जाणून घेण्यात तुम्हाला स्वारस्य आहे? काही वर्षांपूर्वी, शास्त्रज्ञांनी या घटनेचे स्पष्टीकरण दिले ...

Mpemba Effect (Mpemba Paradox) हा एक विरोधाभास आहे ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की काही परिस्थितींमध्ये गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते, जरी ते गोठवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान थंड पाण्याचे तापमान पार केले पाहिजे. हा विरोधाभास एक प्रायोगिक वस्तुस्थिती आहे जी नेहमीच्या कल्पनांचा विरोधाभास करते, त्यानुसार, त्याच परिस्थितीत, कमी तापलेल्या शरीराला त्याच तापमानाला थंड होण्यासाठी अधिक तापलेल्या शरीराला ठराविक तापमानाला थंड होण्यासाठी जास्त वेळ लागतो.

ही घटना त्यांच्या काळात अॅरिस्टॉटल, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी लक्षात घेतली. या विचित्र परिणामाचे स्पष्टीकरण कसे द्यावे हे आत्तापर्यंत कोणालाही माहित नाही. शास्त्रज्ञांकडे एकच आवृत्ती नाही, जरी अनेक आहेत. हे सर्व गरम आणि थंड पाण्याच्या गुणधर्मांमधील फरकांबद्दल आहे, परंतु या प्रकरणात कोणते गुणधर्म भूमिका बजावतात हे अद्याप स्पष्ट झालेले नाही: सुपर कूलिंग, बाष्पीभवन, बर्फ निर्मिती, संवहन किंवा पाण्यावर द्रवीभूत वायूंचा प्रभाव यातील फरक. भिन्न तापमान. Mpemba प्रभावाचा विरोधाभास असा आहे की ज्या काळात शरीर सभोवतालच्या तापमानाला थंड होते तो वेळ या शरीराच्या आणि वातावरणातील तापमानाच्या फरकाच्या प्रमाणात असावा. हा कायदा न्यूटनने स्थापित केला होता आणि तेव्हापासून व्यवहारात त्याची पुष्टी अनेकदा झाली आहे. या परिणामात, 100 डिग्री सेल्सिअस तापमान असलेले पाणी 35 डिग्री सेल्सिअस तापमान असलेल्या पाण्यापेक्षा 0 डिग्री सेल्सिअस तापमानाला अधिक वेगाने थंड होते.

तेव्हापासून, वेगवेगळ्या आवृत्त्या व्यक्त केल्या गेल्या आहेत, त्यापैकी एक खालीलप्रमाणे आहे: गरम पाण्याचा काही भाग प्रथम फक्त बाष्पीभवन होतो आणि नंतर, जेव्हा ते कमी होते, तेव्हा पाणी वेगाने गोठते. ही आवृत्ती, त्याच्या साधेपणामुळे, सर्वात लोकप्रिय बनली, परंतु शास्त्रज्ञांना पूर्णपणे संतुष्ट केले नाही.

आता सिंगापूरमधील नानयांग टेक्नॉलॉजिकल युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांच्या एका चमूने, रसायनशास्त्रज्ञ झी झांग यांच्या नेतृत्वाखाली, असे म्हटले आहे की त्यांनी कोमट पाणी थंड पाण्यापेक्षा अधिक वेगाने का गोठते याचे जुने जुने रहस्य सोडवले आहे. चिनी तज्ज्ञांनी शोधल्याप्रमाणे, पाण्याच्या रेणूंमधील हायड्रोजन बाँडमध्ये किती ऊर्जा साठवली जाते याचे रहस्य आहे.

तुम्हाला माहिती आहेच की, पाण्याच्या रेणूंमध्ये एक ऑक्सिजन अणू आणि दोन हायड्रोजन अणू सहसंयोजक बंधांनी एकत्र ठेवलेले असतात, जे कण पातळीवर इलेक्ट्रॉनच्या एक्सचेंजसारखे दिसतात. आणखी एक सुप्रसिद्ध वस्तुस्थिती अशी आहे की हायड्रोजन अणू शेजारच्या रेणूंमधून ऑक्सिजन अणूंकडे आकर्षित होतात - हायड्रोजन बंध तयार होतात.

त्याच वेळी, पाण्याचे रेणू सामान्यतः एकमेकांना मागे टाकतात. सिंगापूरच्या शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आले: पाणी जितके गरम असेल तितके द्रव रेणूंमधील तिरस्करणीय शक्तींमध्ये वाढ झाल्यामुळे अंतर जास्त असेल. परिणामी, हायड्रोजन बंध ताणले जातात आणि त्यामुळे अधिक ऊर्जा साठवली जाते. जेव्हा पाणी थंड होते तेव्हा ही ऊर्जा सोडली जाते - रेणू एकमेकांच्या जवळ जातात. आणि उर्जेचे प्रकाशन, जसे की ज्ञात आहे, म्हणजे थंड होणे.

येथे शास्त्रज्ञांनी मांडलेल्या गृहीतके आहेत:

बाष्पीभवन

गरम पाण्याचे कंटेनरमधून जलद बाष्पीभवन होते, त्यामुळे त्याचे प्रमाण कमी होते आणि त्याच तापमानात थोडेसे पाणी जलद गोठते. 100 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत गरम केलेले पाणी 0 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत थंड झाल्यावर त्याचे 16% वस्तुमान गमावते. बाष्पीभवन प्रभाव दुहेरी प्रभाव आहे. प्रथम, थंड होण्यासाठी आवश्यक पाण्याचे प्रमाण कमी होते. आणि दुसरे म्हणजे, बाष्पीभवनामुळे त्याचे तापमान कमी होते.

तापमान फरक

गरम पाणी आणि थंड हवा यांच्यातील तापमानाचा फरक जास्त आहे या वस्तुस्थितीमुळे, या प्रकरणात उष्णता विनिमय अधिक तीव्र आहे आणि गरम पाणी जलद थंड होते.

हायपोथर्मिया
जेव्हा पाणी 0°C च्या खाली थंड होते तेव्हा ते नेहमी गोठत नाही. काही परिस्थितींमध्ये, ते अतिशीत होऊ शकते, गोठण्यापेक्षा कमी तापमानात द्रव राहते. काही प्रकरणांमध्ये, -20 डिग्री सेल्सिअस तापमानातही पाणी द्रव राहू शकते. या प्रभावाचे कारण असे आहे की प्रथम बर्फाचे स्फटिक तयार होण्यास सुरुवात करण्यासाठी, क्रिस्टल निर्मिती केंद्रे आवश्यक आहेत. जर ते द्रव पाण्यात नसतील, तर स्फटिक उत्स्फूर्तपणे तयार होण्यासाठी तापमान पुरेसे कमी होईपर्यंत सुपर कूलिंग चालू राहील. जेव्हा ते अति थंड द्रवामध्ये तयार होऊ लागतात, तेव्हा ते वेगाने वाढू लागतात, स्लश बर्फ तयार करतात, ज्यामुळे बर्फ तयार होईल. गरम पाणी हायपोथर्मियासाठी सर्वात जास्त संवेदनाक्षम आहे कारण ते गरम केल्याने विरघळलेले वायू आणि फुगे काढून टाकले जातात, ज्यामुळे बर्फ क्रिस्टल्सच्या निर्मितीचे केंद्र बनू शकते. हायपोथर्मियामुळे गरम पाणी जलद गोठते का? अति थंड पाण्याच्या बाबतीत, पुढील गोष्टी घडतात: त्याच्या पृष्ठभागावर बर्फाचा पातळ थर तयार होतो, जो पाणी आणि थंड हवा यांच्यामध्ये इन्सुलेटर म्हणून काम करतो आणि त्यामुळे पुढील बाष्पीभवन टाळतो. या प्रकरणात बर्फ क्रिस्टल्स तयार होण्याचा दर कमी असेल. सुपर कूलिंगच्या अधीन असलेल्या गरम पाण्याच्या बाबतीत, सुपर कूलिंग पाण्यात बर्फाचा संरक्षणात्मक पृष्ठभाग नसतो. म्हणून, ते ओपन टॉपद्वारे खूप वेगाने उष्णता गमावते. जेव्हा सुपर कूलिंग प्रक्रिया संपते आणि पाणी गोठते तेव्हा जास्त उष्णता नष्ट होते आणि त्यामुळे जास्त बर्फ तयार होतो. या प्रभावाचे अनेक संशोधक हायपोथर्मिया हे Mpemba प्रभावाच्या बाबतीत मुख्य घटक मानतात.
संवहन

थंड पाणी वरून गोठण्यास सुरवात होते, ज्यामुळे उष्णता विकिरण आणि संवहन प्रक्रिया बिघडते आणि त्यामुळे उष्णता कमी होते, तर गरम पाणी खालून गोठण्यास सुरवात होते. हा परिणाम पाण्याच्या घनतेतील विसंगतीने स्पष्ट केला आहे. पाण्याची कमाल घनता ४°C आहे. जर तुम्ही पाणी 4°C पर्यंत थंड केले आणि ते कमी तापमान असलेल्या वातावरणात ठेवल्यास, पाण्याचा पृष्ठभागाचा थर जलद गोठतो. हे पाणी 4°C वर पाण्यापेक्षा कमी दाट असल्यामुळे ते पृष्ठभागावर राहील आणि पातळ थंड थर तयार करेल. या परिस्थितीत, पाण्याच्या पृष्ठभागावर थोड्याच वेळात बर्फाचा पातळ थर तयार होईल, परंतु बर्फाचा हा थर पाण्याच्या खालच्या थरांचे संरक्षण करून इन्सुलेटर म्हणून काम करेल, जे 4 डिग्री सेल्सियस तापमानात राहील. . त्यामुळे, पुढील शीतकरण प्रक्रिया मंद होईल. गरम पाण्याच्या बाबतीत, परिस्थिती पूर्णपणे भिन्न आहे. बाष्पीभवन आणि तापमानातील अधिक फरक यामुळे पाण्याचा पृष्ठभाग अधिक लवकर थंड होईल. तसेच, थंड पाण्याचे थर हे गरम पाण्याच्या थरांपेक्षा घनदाट असतात, त्यामुळे थंड पाण्याचा थर खाली बुडेल, ज्यामुळे कोमट पाण्याचा थर पृष्ठभागावर येईल. पाण्याचे हे अभिसरण तापमानात जलद घसरण सुनिश्चित करते. पण ही प्रक्रिया समतोल बिंदूपर्यंत का पोहोचत नाही? संवहनाच्या दृष्टिकोनातून Mpemba प्रभावाचे स्पष्टीकरण करण्यासाठी, असे गृहीत धरणे आवश्यक आहे की पाण्याचे थंड आणि गरम थर वेगळे केले जातात आणि पाण्याचे सरासरी तापमान 4 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा कमी झाल्यानंतर संवहन प्रक्रिया स्वतःच चालू राहते. तथापि, या गृहीतकाचे समर्थन करण्यासाठी कोणतेही प्रायोगिक पुरावे नाहीत की पाण्याचे थंड आणि गरम थर संवहन प्रक्रियेद्वारे वेगळे केले जातात.

पाण्यात विरघळणारे वायू

पाण्यात नेहमी विरघळलेले वायू असतात - ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइड. या वायूंमध्ये पाण्याचा गोठणबिंदू कमी करण्याची क्षमता असते. जेव्हा पाणी गरम केले जाते तेव्हा हे वायू पाण्यातून बाहेर पडतात कारण उच्च तापमानात त्यांची पाण्यातील विद्राव्यता कमी असते. म्हणून, जेव्हा गरम पाणी थंड होते, तेव्हा त्यात नेहमी गरम न केलेल्या थंड पाण्यापेक्षा कमी विरघळणारे वायू असतात. त्यामुळे गरम पाण्याचा गोठणबिंदू जास्त असतो आणि ते जलद गोठते. Mpemba प्रभाव स्पष्ट करण्यासाठी हा घटक कधीकधी मुख्य मानला जातो, जरी या वस्तुस्थितीची पुष्टी करणारा कोणताही प्रायोगिक डेटा नाही.

औष्मिक प्रवाहकता

जेव्हा रेफ्रिजरेटर कंपार्टमेंट फ्रीजरमध्ये लहान कंटेनरमध्ये पाणी ठेवले जाते तेव्हा ही यंत्रणा महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकते. या परिस्थितीत, असे आढळून आले आहे की गरम पाण्याचा कंटेनर फ्रीझरमधील बर्फ वितळतो, ज्यामुळे फ्रीजरच्या भिंतीशी थर्मल संपर्क आणि थर्मल चालकता सुधारते. परिणामी, थंड पाण्यापेक्षा गरम पाण्याच्या कंटेनरमधून उष्णता वेगाने काढून टाकली जाते. या बदल्यात, थंड पाण्याचा कंटेनर खाली बर्फ वितळत नाही. या सर्व (तसेच इतर) परिस्थितींचा अनेक प्रयोगांमध्ये अभ्यास करण्यात आला, परंतु प्रश्नाचे एक अस्पष्ट उत्तर - त्यापैकी कोणते Mpemba प्रभावाचे 100% पुनरुत्पादन सुनिश्चित करतात - कधीही प्राप्त झाले नाहीत. उदाहरणार्थ, 1995 मध्ये, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ डेव्हिड ऑरबाख यांनी या प्रभावावर सुपर कूलिंग पाण्याच्या प्रभावाचा अभ्यास केला. त्याने शोधून काढले की गरम पाणी, अति थंड अवस्थेत पोहोचते, ते थंड पाण्यापेक्षा जास्त तापमानात गोठते आणि त्यामुळे नंतरच्या तुलनेत जलद होते. परंतु थंड पाणी गरम पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने अति थंड अवस्थेत पोहोचते, ज्यामुळे मागील अंतराची भरपाई होते. याव्यतिरिक्त, ऑरबॅकच्या निकालांनी मागील डेटाचे खंडन केले की कमी क्रिस्टलायझेशन केंद्रांमुळे गरम पाणी जास्त सुपर कूलिंग प्राप्त करण्यास सक्षम होते. पाणी गरम केल्यावर त्यातील विरघळलेले वायू त्यातून काढून टाकले जातात आणि जेव्हा ते उकळले जाते तेव्हा त्यात विरघळलेले काही क्षार अवक्षेपित होतात. आत्तासाठी, फक्त एक गोष्ट सांगितली जाऊ शकते: या प्रभावाचे पुनरुत्पादन लक्षणीयरीत्या कोणत्या परिस्थितीत प्रयोग केले जाते यावर अवलंबून असते. तंतोतंत कारण ते नेहमी पुनरुत्पादित केले जात नाही.

पण ते म्हणतात म्हणून, बहुधा कारण.

रसायनशास्त्रज्ञ त्यांच्या लेखात लिहितात, जे प्रीप्रिंट वेबसाइट arXiv.org वर आढळू शकते, हायड्रोजन बंध थंड पाण्यापेक्षा गरम पाण्यात जास्त मजबूत असतात. अशाप्रकारे, असे दिसून येते की गरम पाण्याच्या हायड्रोजन बाँडमध्ये अधिक ऊर्जा साठवली जाते, याचा अर्थ असा होतो की उप-शून्य तापमानाला थंड केल्यावर त्यातील अधिक ऊर्जा सोडली जाते. या कारणास्तव, कडक होणे जलद होते.

आजपर्यंत, शास्त्रज्ञांनी हे रहस्य केवळ सैद्धांतिकरित्या सोडवले आहे. जेव्हा ते त्यांच्या आवृत्तीचे खात्रीशीर पुरावे सादर करतात, तेव्हा थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठते हा प्रश्न बंद मानला जाऊ शकतो.

21.11.2017 11.10.2018 अलेक्झांडर फर्टसेव्ह

« कोणते पाणी जलद गोठते, थंड किंवा गरम?"- तुमच्या मित्रांना एक प्रश्न विचारण्याचा प्रयत्न करा, बहुधा त्यापैकी बहुतेक उत्तर देतील की थंड पाणी जलद गोठते - आणि ते चूक करतील.

खरं तर, जर तुम्ही एकाच वेळी एकाच आकाराची आणि व्हॉल्यूमची दोन भांडी फ्रीजरमध्ये ठेवलीत, ज्यापैकी एकामध्ये थंड पाणी आणि दुसरे गरम असेल, तर ते गरम पाणी आहे जे जलद गोठते.

असे विधान अवास्तव आणि अवास्तव वाटू शकते. जर आपण तर्काचे अनुसरण केले तर गरम पाणी प्रथम थंड पाण्याच्या तपमानावर थंड झाले पाहिजे आणि यावेळी थंड पाणी आधीच बर्फात बदलले पाहिजे.

मग गोठण्याच्या मार्गावर गरम पाणी थंड पाण्याला का मारते? चला ते शोधण्याचा प्रयत्न करूया.

निरीक्षणे आणि संशोधनाचा इतिहास

प्राचीन काळापासून लोक हा विरोधाभासी प्रभाव पाहत आहेत, परंतु कोणीही त्याला फारसे महत्त्व दिले नाही. अशाप्रकारे, अॅरेस्टोटल, तसेच रेने डेकार्टेस आणि फ्रान्सिस बेकन यांनी त्यांच्या नोट्समध्ये थंड आणि गरम पाण्याच्या गोठण्याच्या दरातील विसंगती नोंदविली. दैनंदिन जीवनात एक असामान्य घटना अनेकदा दिसून येते.

बर्याच काळापासून, या घटनेचा कोणत्याही प्रकारे अभ्यास केला गेला नाही आणि शास्त्रज्ञांमध्ये जास्त रस निर्माण झाला नाही.

या असामान्य प्रभावाचा अभ्यास 1963 मध्ये सुरू झाला, जेव्हा टांझानियामधील जिज्ञासू शाळकरी एरास्टो एमपेम्बा याच्या लक्षात आले की आइस्क्रीमसाठी गरम दूध थंड दुधापेक्षा अधिक वेगाने गोठते. असामान्य प्रभावाच्या कारणास्तव स्पष्टीकरण मिळण्याच्या आशेने, तरुणाने त्याच्या भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाला शाळेत विचारले. मात्र, शिक्षक त्याच्यावर फक्त हसले.

नंतर, मपेम्बाने प्रयोगाची पुनरावृत्ती केली, परंतु त्याच्या प्रयोगात त्याने यापुढे दूध वापरले नाही तर पाणी वापरले आणि विरोधाभासी परिणाम पुन्हा पुन्हा केला गेला.

6 वर्षांनंतर, 1969 मध्ये, एमपेम्बाने हा प्रश्न त्याच्या शाळेत आलेल्या भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक डेनिस ऑस्बॉर्न यांना विचारला. प्रोफेसरला तरुणाच्या निरीक्षणात रस होता आणि परिणामी, एक प्रयोग आयोजित केला गेला ज्याने प्रभावाच्या उपस्थितीची पुष्टी केली, परंतु या घटनेची कारणे स्थापित केली गेली नाहीत.

तेव्हापासून इंद्रियगोचर म्हणतात Mpemba प्रभाव.

वैज्ञानिक निरीक्षणाच्या संपूर्ण इतिहासात, या घटनेच्या कारणांबद्दल अनेक गृहीतके मांडली गेली आहेत.

म्हणून 2012 मध्ये, ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्री Mpemba प्रभाव स्पष्ट करणारी गृहीतकांची स्पर्धा जाहीर करेल. या स्पर्धेत जगभरातील शास्त्रज्ञ सहभागी झाले होते; एकूण 22,000 वैज्ञानिक पेपर्सची नोंदणी करण्यात आली होती. इतके प्रभावी लेख असूनही, त्यापैकी कोणीही Mpemba विरोधाभास स्पष्टता आणले नाही.

सर्वात सामान्य आवृत्ती होती ज्यानुसार गरम पाणी जलद गोठते, कारण ते फक्त वेगाने बाष्पीभवन होते, त्याचे प्रमाण लहान होते आणि जसजसे आवाज कमी होतो, थंड होण्याचे प्रमाण वाढते. सर्वात सामान्य आवृत्ती अखेरीस नाकारण्यात आली कारण एक प्रयोग आयोजित करण्यात आला होता ज्यामध्ये बाष्पीभवन वगळण्यात आले होते, परंतु तरीही परिणामाची पुष्टी झाली.

इतर शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की Mpemba प्रभावाचे कारण पाण्यात विरघळलेल्या वायूंचे बाष्पीभवन होते. त्यांच्या मते, गरम प्रक्रियेदरम्यान, पाण्यात विरघळलेले वायू बाष्पीभवन करतात, ज्यामुळे ते थंड पाण्यापेक्षा जास्त घनता प्राप्त करते. जसे ज्ञात आहे, घनतेत वाढ झाल्यामुळे पाण्याच्या भौतिक गुणधर्मांमध्ये बदल होतो (थर्मल चालकतेमध्ये वाढ), आणि त्यामुळे थंड होण्याच्या दरात वाढ होते.

याव्यतिरिक्त, तापमानावर अवलंबून पाण्याच्या अभिसरणाच्या दराचे वर्णन करणारे अनेक गृहीतके पुढे मांडण्यात आले आहेत. बर्‍याच अभ्यासांनी कंटेनरच्या सामग्रीमधील संबंध स्थापित करण्याचा प्रयत्न केला आहे ज्यामध्ये द्रव स्थित होता. अनेक सिद्धांत अतिशय प्रशंसनीय वाटले, परंतु प्रारंभिक डेटाच्या कमतरतेमुळे, इतर प्रयोगांमधील विरोधाभास किंवा ओळखले गेलेले घटक पाणी थंड होण्याच्या दराशी तुलना करता येत नसल्यामुळे त्यांची वैज्ञानिकदृष्ट्या पुष्टी होऊ शकली नाही. त्यांच्या कामात काही शास्त्रज्ञांनी प्रभावाच्या अस्तित्वावर प्रश्नचिन्ह उपस्थित केले.

2013 मध्ये, सिंगापूरमधील नानयांग टेक्नॉलॉजिकल युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी Mpemba प्रभावाचे रहस्य सोडवल्याचा दावा केला. त्यांच्या संशोधनानुसार, या घटनेचे कारण हे आहे की थंड आणि गरम पाण्याच्या रेणूंमधील हायड्रोजन बंधांमध्ये साठवलेल्या उर्जेचे प्रमाण लक्षणीय भिन्न आहे.

संगणक मॉडेलिंग पद्धतींनी खालील परिणाम दर्शवले: पाण्याचे तापमान जितके जास्त असेल तितके रेणूंमधील अंतर जास्त असेल कारण प्रतिकार शक्ती वाढते. परिणामी, रेणूंचे हायड्रोजन बंध ताणतात, अधिक ऊर्जा साठवतात. थंड झाल्यावर, रेणू एकमेकांच्या जवळ जाऊ लागतात, हायड्रोजन बंधांमधून ऊर्जा सोडतात. या प्रकरणात, ऊर्जेचे प्रकाशन तापमानात घट सह होते.

ऑक्टोबर 2017 मध्ये, स्पॅनिश भौतिकशास्त्रज्ञांना, दुसर्या अभ्यासात असे आढळून आले की प्रभावाच्या निर्मितीमध्ये एक प्रमुख भूमिका समतोल पासून पदार्थ काढून टाकण्याद्वारे खेळली जाते (मजबूत थंड होण्यापूर्वी मजबूत गरम करणे). त्यांनी कोणत्या परिस्थितीत परिणाम होण्याची शक्यता जास्तीत जास्त आहे हे निर्धारित केले. याव्यतिरिक्त, स्पेनमधील शास्त्रज्ञांनी उलट Mpemba प्रभावाच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली. त्यांना आढळले की जेव्हा गरम केले जाते तेव्हा थंड नमुना गरम तापमानापेक्षा जास्त वेगाने पोहोचू शकतो.

सर्वसमावेशक माहिती आणि असंख्य प्रयोग असूनही, शास्त्रज्ञांनी परिणामाचा अभ्यास सुरू ठेवण्याचा मानस ठेवला आहे.

वास्तविक जीवनात Mpemba प्रभाव

तुम्ही कधी विचार केला आहे का की हिवाळ्यात स्केटिंग रिंक गरम पाण्याने का भरलेली असते आणि थंड नसते? आपण आधीच समजून घेतल्याप्रमाणे, ते असे करतात कारण गरम पाण्याने भरलेली स्केटिंग रिंक थंड पाण्याने भरलेली असण्यापेक्षा जलद गोठते. त्याच कारणास्तव, हिवाळ्यातील बर्फाच्या शहरांमध्ये स्लाइड्समध्ये गरम पाणी ओतले जाते.

अशा प्रकारे, इंद्रियगोचरच्या अस्तित्वाचे ज्ञान लोकांना हिवाळी खेळांसाठी साइट तयार करताना वेळ वाचविण्यास अनुमती देते.

याव्यतिरिक्त, Mpemba प्रभाव काहीवेळा उद्योगात उत्पादने, पदार्थ आणि पाणी असलेली सामग्री गोठवण्याचा वेळ कमी करण्यासाठी वापरला जातो.