Watter water vinniger vries, warm of koud, word deur baie faktore beïnvloed, maar die vraag self lyk 'n bietjie vreemd. Dit word geïmpliseer, en dit is bekend uit fisika, dat warm water nog tyd nodig het om af te koel tot die temperatuur van vergelykbare koue water om in ys te verander. Met koue water kan hierdie stadium oorgeslaan word, en dienooreenkomstig wen dit betyds.
Maar die antwoord op die vraag watter water vries vinniger - koud of warm - op straat in ryp, weet enige inwoner van die noordelike breedtegrade. Trouens, wetenskaplik blyk dit dat koue water in elk geval net vinniger moet vries.
So ook die onderwyser in fisika, wat in 1963 deur die skoolseun Erasto Mpemba genader is met 'n versoek om te verduidelik waarom die koue mengsel van die toekomstige roomys langer as dieselfde vries, maar warm.
Dit is nie wêreldfisika nie, maar 'n soort Mpemba-fisika
Destyds het die onderwyser net hieroor gelag, maar Deniss Osborn, 'n professor in fisika, wat op 'n tyd na dieselfde skool gegaan het waar Erasto gestudeer het, het eksperimenteel die bestaan van so 'n effek bevestig, alhoewel daar was geen verduideliking hiervoor dan nie. In 1969 het 'n gewilde wetenskaplike tydskrif 'n gesamentlike artikel gepubliseer deur die twee mans wat hierdie eienaardige effek beskryf het.
Sedertdien, terloops, het die vraag watter water vinniger vries – warm of koud, sy eie naam – die effek, of paradoks, Mpemba.
Die vraag het lank gelede ontstaan
Natuurlik het so 'n verskynsel al voorheen plaasgevind, en dit is in die werke van ander wetenskaplikes genoem. Nie net 'n skoolseun het in hierdie vraag belang gestel nie, maar Francis Bacon, Rene Descartes en selfs Aristoteles het op 'n tyd daaroor gedink.
Dit is net die benaderings tot die oplossing van hierdie paradoks wat eers aan die einde van die twintigste eeu begin lyk het.
Voorwaardes vir 'n paradoks om te voorkom
Soos met roomys, is dit nie net gewone water wat tydens die eksperiment vries nie. Sekere toestande moet aanwesig wees om te begin stry watter water vries vinniger – koud of warm. Wat beïnvloed hierdie proses?
Nou, in die 21ste eeu, is verskeie opsies voorgehou wat kan verduidelikhierdie paradoks. Watter water vries vinniger, warm of koud, kan afhang van die feit dat warm water 'n hoër verdampingstempo as koue water het. Dus neem die volume daarvan af, en met 'n afname in volume word die vriestyd korter as wanneer jy 'n soortgelyke aanvanklike volume koue water neem.
Die vrieskas is lankal ontvries
Watter water vinniger vries, en hoekom dit wel, kan beïnvloed word deur die sneeuvoering wat dalk in die vrieskas van die yskas wat vir die eksperiment gebruik is, kan wees. As jy twee houers neem wat identies is in volume, maar een van hulle sal warm water hê en die ander koue water, sal die houer met warm water die sneeu daaronder smelt, en sodoende die kontak van die termiese vlak met die yskaswand verbeter.’n Kouewaterhouer kan dit nie doen nie. As daar nie so 'n voering met sneeu in die yskaskompartement is nie, behoort koue water vinniger te vries.
Bo - onder
Die verskynsel dat water vinniger vries – warm of koud, word ook soos volg verduidelik. Na aanleiding van sekere wette begin koue water van die boonste lae vries, wanneer warm water dit andersom doen - dit begin van onder af vries. Dit blyk dat koue water, met 'n koue laag bo-op met ys wat reeds op sommige plekke gevorm is, dus die prosesse van konveksie en termiese bestraling benadeel, en sodoende verduidelik watter water vinniger vries - koud of warm. Foto's van amateureksperimente is aangeheg, en dit is duidelik hier sigbaar.
Hitte kom uit, neig opwaarts, en daar ontmoet dit 'n baie verkoelde laag. Daar is geen vrye pad vir hittestraling nie, so die verkoelingsproses word moeilik. Warm water het absoluut geen sulke hindernisse in sy pad nie. Wat vinniger vries - koud of warm, waarvan die waarskynlike uitkoms afhang, jy kan die antwoord uitbrei deur te sê dat enige water sekere stowwe daarin opgelos het.
Onsuiwerhede in die samestelling van water as 'n faktor wat die uitkoms beïnvloed
As jy nie kul en water met dieselfde samestelling gebruik, waar die konsentrasies van sekere stowwe identies is nie, dan behoort koue water vinniger te vries. Maar as 'n situasie voorkom wanneer opgeloste chemiese elemente slegs in warm water teenwoordig is, terwyl koue water dit nie besit nie, dan het warm water die geleentheid om vroeër te vries. Dit word verklaar deur die feit dat opgeloste stowwe in water kristallisasiesentrums skep, en met 'n klein aantal van hierdie sentrums is die transformasie van water in 'n vaste toestand moeilik. Selfs onderverkoeling van water is moontlik, in die sin dat dit by temperature onder nul in 'n vloeibare toestand sal wees.
Maar al hierdie weergawes het blykbaar nie ten volle by die wetenskaplikes gepas nie en hulle het voortgegaan om aan hierdie kwessie te werk. In 2013 het 'n span navorsers in Singapoer gesê hulle het die eeue oue raaisel opgelos.
'n Groep Chinese wetenskaplikes beweer dat die geheim van hierdie effek lê in die hoeveelheid energie wat tussen watermolekules in sy bindings gestoor word, wat waterstofbindings genoem word.
Leid van Chinese wetenskaplikes
Die volgende inligting sal volg, vir die begrip waarvan jy 'n bietjie kennis in chemie moet hê om uit te vind watter water vinniger vries - warm of koud. Soos jy weet, bestaan 'n watermolekule uit twee H (waterstof) atome en een O (suurstof) atoom wat deur kovalente bindings bymekaar gehou word.
Maar waterstofatome van een molekule word ook aangetrokke tot naburige molekules, na hul suurstofkomponent. Dit is hierdie bindings wat waterstofbindings genoem word.
Dit is die moeite werd om te onthou dat watermolekules terselfdertyd afstootlik op mekaar inwerk. Wetenskaplikes het opgemerk dat wanneer water verhit word, die afstand tussen sy molekules toeneem, en dit word vergemaklik deur afstotende kragte. Dit blyk dat waterstofbindings, wat een afstand tussen molekules in 'n koue toestand beslaan, gesê kan word dat dit gestrek is, en hulle het 'n groter voorraad energie. Dit is hierdie energiereserwe wat vrygestel word wanneer watermolekules mekaar begin nader, dit wil sê afkoeling vind plaas. Dit blyk dat 'n groter voorraad energie in warm water, en die groter vrystelling daarvan wanneer dit afgekoel word tot temperature onder nul, vinniger plaasvind as in koue water, wat so 'n toevoer het.minder energie. So watter water vries vinniger - koud of warm? Die Mpemba-paradoks behoort buite en in die laboratorium te gebeur, en warm water moet vinniger in ys verander.
Maar steeds oop
Daar is net teoretiese bevestiging van hierdie leidraad - dit alles is in pragtige formules geskryf en lyk geloofwaardig. Maar wanneer die eksperimentele data, watter water vinniger vries - warm of koud, in 'n praktiese sin gestel sal word, en die resultate daarvan aangebied sal word, dan sal dit moontlik wees om die vraag oor die Mpemba-paradoks gesluit te beskou.
