Ni maji gani huganda haraka, moto au baridi, huathiriwa na mambo mengi, lakini swali lenyewe linaonekana kuwa geni kidogo. Inadokezwa, na inajulikana kutokana na fizikia, kwamba maji ya moto bado yanahitaji wakati wa kupoa hadi joto la maji baridi ya kulinganishwa ili kugeuka kuwa barafu. Kwa maji baridi, hatua hii inaweza kurukwa, na, ipasavyo, itashinda kwa wakati.
Lakini jibu la swali la ni maji gani huganda haraka - baridi au moto - barabarani kwenye barafu, mkaaji yeyote wa latitudo za kaskazini anajua. Kwa kweli, kisayansi, inabadilika kuwa kwa vyovyote vile, maji baridi lazima yagande haraka zaidi.
Ndivyo alivyofanya mwalimu wa fizikia, ambaye alifuatwa na mvulana wa shule Erasto Mpemba mwaka wa 1963 na ombi la kuelezea kwa nini mchanganyiko baridi wa ice cream ya baadaye huganda kwa muda mrefu kuliko huo huo, lakini moto.
Hii si fizikia ya dunia, bali ni aina fulani ya fizikia ya Mpemba
Wakati huo mwalimu alicheka tu na hili, lakini Deniss Osborn, profesa wa fizikia, ambaye wakati fulani alisoma shule ile ile ambayo Erasto alisoma, alithibitisha kwa majaribio uwepo wa athari kama hiyo, ingawa kulikuwa na hakuna maelezo kwa hili basi. Mnamo 1969 jarida maarufu la kisayansi lilichapisha nakala ya pamoja ya wanaume hao wawili ambao walielezea athari hii ya kipekee.
Tangu wakati huo, kwa njia, swali la ni maji gani huganda haraka - moto au baridi, ina jina lake - athari, au kitendawili, Mpemba.
Swali liliibuka kitambo sana
Kwa kawaida, jambo kama hilo limetokea hapo awali, na lilitajwa katika kazi za wanasayansi wengine. Sio tu mvulana wa shule aliyependezwa na swali hili, lakini Francis Bacon, Rene Descartes na hata Aristotle walifikiria kulihusu wakati mmoja.
Hizo ni mbinu tu za kutatua kitendawili hiki zilianza kuangaliwa tu mwishoni mwa karne ya ishirini.
Masharti ya kitendawili kutokea
Kama ilivyo kwa aiskrimu, si maji ya kawaida tu ambayo huganda wakati wa jaribio. Masharti fulani lazima yawepo ili kuanza kubishana ni maji gani huganda haraka - baridi au moto. Ni nini kinachoathiri mchakato huu?
Sasa, katika karne ya 21, chaguzi kadhaa zimetolewa ambazo zinaweza kueleza.kitendawili hiki. Ambayo maji huganda haraka, moto au baridi, inaweza kutegemea ukweli kwamba maji ya moto yana kiwango cha juu cha uvukizi kuliko maji baridi. Kwa hivyo, kiasi chake hupungua, na kwa kupungua kwa kiasi, muda wa kufungia unakuwa mfupi kuliko ikiwa unachukua kiasi sawa cha awali cha maji baridi.
friji imeganda kwa muda mrefu
Ni maji gani huganda kwa haraka, na kwa nini yanaganda, yanaweza kuathiriwa na safu ya theluji ambayo inaweza kuwa kwenye friji ya friji inayotumika kwa majaribio. Ikiwa unachukua vyombo viwili vinavyofanana kwa kiasi, lakini moja yao itakuwa na maji ya moto na maji mengine ya baridi, chombo kilicho na maji ya moto kitayeyusha theluji chini yake, na hivyo kuboresha mawasiliano ya kiwango cha joto na ukuta wa friji. Chombo cha maji baridi hakiwezi kufanya hivyo. Ikiwa hakuna safu kama hiyo ya theluji kwenye chumba cha friji, maji baridi yanapaswa kuganda haraka zaidi.
Juu - chini
Pia, hali ambayo maji huganda kwa kasi - moto au baridi, inafafanuliwa kama ifuatavyo. Kufuatia sheria fulani, maji baridi huanza kufungia kutoka kwenye tabaka za juu, wakati maji ya moto yanafanya kinyume chake - huanza kufungia kutoka chini kwenda juu. Inatokea kwamba maji baridi, kuwa na safu ya baridi juu na barafu tayari sumu katika baadhi ya maeneo, hivyo impairs taratibu za convection na mionzi ya mafuta, na hivyo kueleza ambayo maji kufungia kwa kasi - baridi au moto. Picha kutoka kwa Amateurmajaribio yameambatishwa, na hii inaonekana wazi hapa.
Joto hutoka, likielekea juu, na hapo hukutana na tabaka lililopoa sana. Hakuna njia ya bure ya mionzi ya joto, hivyo mchakato wa baridi unakuwa mgumu. Maji ya moto hayana vizuizi kama hivyo katika njia yake. Ambayo huganda haraka - baridi au moto, ambayo matokeo ya uwezekano hutegemea, unaweza kupanua jibu kwa kusema kwamba maji yoyote yana vitu fulani vilivyoyeyushwa ndani yake.
Uchafu katika muundo wa maji kama sababu inayoathiri matokeo
Ikiwa hutadanganya na kutumia maji yenye muundo sawa, ambapo viwango vya dutu fulani vinafanana, basi maji baridi yanapaswa kuganda haraka. Lakini ikiwa hali hutokea wakati vipengele vya kemikali vya kufutwa vinapatikana tu katika maji ya moto, wakati maji baridi hayamiliki, basi maji ya moto yana fursa ya kufungia mapema. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba vitu vilivyoharibiwa katika maji huunda vituo vya crystallization, na kwa idadi ndogo ya vituo hivi, mabadiliko ya maji katika hali imara ni vigumu. Hata baridi kali ya maji inawezekana, kwa maana ya kwamba katika halijoto ya chini ya sufuri itakuwa katika hali ya kioevu.
Lakini matoleo haya yote, inaonekana, hayakufaa kikamilifu wanasayansi na waliendelea kufanyia kazi suala hili. Mnamo 2013, timu ya watafiti nchini Singapore walisema walikuwa wametatua fumbo hilo la zamani.
Kundi la wanasayansi wa Uchina wanadai kuwa siri ya athari hii iko katika kiasi cha nishati iliyohifadhiwa kati ya molekuli za maji katika vifungo vyake, iitwayo bondi za hidrojeni.
Dokezo kutoka kwa wanasayansi wa China
Maelezo yafuatayo yatafuata, kwa ufahamu ambao unahitaji kuwa na ujuzi fulani katika kemia ili kufahamu ni maji gani huganda haraka - moto au baridi. Kama unavyojua, molekuli ya maji ina atomi mbili za H (hidrojeni) na atomi moja ya O (oksijeni) iliyoshikiliwa pamoja kwa vifungo shirikishi.
Lakini atomi za hidrojeni za molekuli moja pia huvutiwa na molekuli za jirani, kwa kijenzi chao cha oksijeni. Ni vifungo hivi vinavyoitwa hydrogen bond.
Inafaa kukumbuka kuwa wakati huo huo, molekuli za maji hutenda kwa kuchukiza. Wanasayansi walibainisha kuwa wakati maji yanapokanzwa, umbali kati ya molekuli zake huongezeka, na hii inawezeshwa na nguvu za kukataa. Inatokea kwamba vifungo vya hidrojeni, vinavyochukua umbali mmoja kati ya molekuli katika hali ya baridi, vinaweza kusema kuwa vimeenea, na wana ugavi mkubwa wa nishati. Ni hifadhi hii ya nishati ambayo hutolewa wakati molekuli za maji zinaanza kukaribiana, yaani, baridi hutokea. Inatokea kwamba usambazaji mkubwa wa nishati katika maji ya moto, na kutolewa kwake zaidi wakati umepozwa kwa joto la chini ya sifuri, hutokea kwa kasi zaidi kuliko maji baridi, ambayo yana usambazaji huo.nishati kidogo. Kwa hivyo ni maji gani huganda haraka - baridi au moto? Kitendawili cha Mpemba kinapaswa kutokea nje na kwenye maabara, na maji ya moto yageuke kuwa barafu haraka zaidi.
Lakini bado imefunguliwa
Kuna uthibitisho wa kinadharia tu wa kidokezo hiki - yote haya yameandikwa kwa njia nzuri na yanaonekana kusadikika. Lakini wakati data ya majaribio, ambayo maji huganda kwa kasi - moto au baridi, itawekwa kwa maana ya vitendo, na matokeo yao yatawasilishwa, basi itawezekana kuzingatia swali la kitendawili cha Mpemba kufungwa.
