Mpemba प्रभाव(मपेम्बा विरोधाभास) - एक विरोधाभास जो बताता है कि गर्म पानीकुछ स्थितियों में यह ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है, हालांकि साथ ही इसे ठंड की प्रक्रिया के दौरान ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य अवधारणाओं का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, एक निश्चित तापमान को ठंडा करने के लिए एक अधिक गर्म शरीर को उसी तापमान पर ठंडा करने के लिए कम गर्म शरीर की तुलना में अधिक समय लगता है।

इस घटना को उस समय अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस द्वारा देखा गया था, लेकिन 1963 तक यह नहीं था कि तंजानिया के एक स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने पाया कि एक गर्म आइसक्रीम का मिश्रण ठंडे की तुलना में तेजी से जम जाता है।

मगंबिंस्काया के छात्र के रूप में उच्च विद्यालयतंजानिया में, एरास्टो मपेम्बा ने किया व्यावहारिक कार्यखाना पकाने पर। उसे घर का बना आइसक्रीम बनाने की जरूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान पर ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिर है, Mpemba विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने असाइनमेंट के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि पाठ के अंत तक वह समय पर नहीं होगा, उसने गर्म दूध को फ्रिज में रख दिया। उनके आश्चर्य के लिए, यह उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया, जो एक दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किया गया था।

उसके बाद, Mpemba ने न केवल दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया। किसी भी मामले में, पहले से ही मकवावा हाई स्कूल के छात्र होने के नाते, उन्होंने डार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए प्रधानाध्यापक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप दो लेते हैं समान मात्रा में पानी के समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रख दें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों ? " ओसबोर्न को इस मुद्दे में दिलचस्पी हो गई और जल्द ही 1969 में, उन्होंने और म्पेम्बा ने "भौतिकी शिक्षा" पत्रिका में अपने प्रयोगों के परिणाम प्रकाशित किए। तब से, उन्होंने जो प्रभाव खोजा उसे कहा जाता है Mpemba प्रभाव.

अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालांकि कई हैं। यह सब गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि इस मामले में कौन से गुण भूमिका निभाते हैं: सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर जब अलग तापमान.

Mpemba प्रभाव का विरोधाभास वह समय है जिसके दौरान शरीर एक तापमान तक ठंडा हो जाता है वातावरण, इस शरीर और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होना चाहिए। यह नियम न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में कई बार इसकी पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाला पानी 35 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाले पानी की समान मात्रा की तुलना में 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक तेजी से ठंडा हो जाता है।

फिर भी, यह अभी तक एक विरोधाभास का सुझाव नहीं देता है, क्योंकि Mpemba प्रभाव को प्रसिद्ध भौतिकी के ढांचे के भीतर समझाया जा सकता है। यहाँ Mpemba प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं:

वाष्पीकरण

कंटेनर से गर्म पानी तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान वाले पानी की थोड़ी मात्रा तेजी से जम जाती है। 100 C तक गर्म किया गया पानी 0 C तक ठंडा होने पर अपने द्रव्यमान का 16% खो देता है।

वाष्पीकरण प्रभाव - दोहरा प्रभाव। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी की मात्रा कम कर दी जाती है। और दूसरी बात, तापमान कम हो जाता है क्योंकि पानी के चरण से वाष्प चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है।

तापमान अंतराल

इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी और ठंडी हवा के बीच तापमान का अंतर अधिक होता है - इसलिए, इस मामले में गर्मी का आदान-प्रदान अधिक तीव्र होता है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।

अल्प तपावस्था

जब पानी को 0C से नीचे ठंडा किया जाता है, तो यह हमेशा जमता नहीं है। कुछ शर्तों के तहत, यह हाइपोथर्मिया से गुजर सकता है, हिमांक से नीचे के तापमान पर तरल रहना जारी रखता है। कुछ मामलों में, पानी -20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी तरल रह सकता है।

इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए क्रिस्टल बनने के केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो हाइपोथर्मिया तब तक जारी रहेगा जब तक कि तापमान इतना कम न हो जाए कि क्रिस्टल अनायास बनने लगते हैं। जब वे एक सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से बढ़ने लगते हैं, जिससे एक बर्फ का टुकड़ा बनता है, जो जमने पर बर्फ बन जाएगा।

गर्म पानी हाइपोथर्मिया के लिए अतिसंवेदनशील होता है क्योंकि इसे गर्म करने से घुली हुई गैसें और बुलबुले निकल जाते हैं, जो बदले में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण के लिए केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं।

हाइपोथर्मिया गर्म पानी को तेजी से जमने का कारण क्यों बनता है? ठंडे पानी के मामले में जो सुपरकूल्ड नहीं है, निम्नलिखित होता है। ऐसे में बर्तन की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी। बर्फ की यह परत पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करेगी और आगे वाष्पीकरण को रोकेगी। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल बनने की दर धीमी होगी। सुपरकूलिंग के अधीन गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल्ड पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, खुले शीर्ष के माध्यम से यह बहुत तेजी से गर्मी खो देता है।

जब हाइपोथर्मिया प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी खो जाती है और इसलिए बनती है अधिक बर्फ.

इस आशय के कई शोधकर्ता हाइपोथर्मिया को Mpemba प्रभाव के मामले में मुख्य कारक मानते हैं।

कंवेक्शन

ठंडा पानी ऊपर से जमने लगता है, जिससे गर्मी विकिरण और संवहन की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, और इसलिए गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमने लगता है।

इस प्रभाव को जल घनत्व विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4 C होता है। यदि आप पानी को 4 C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान पर रखते हैं, तो पानी की सतह की परत तेजी से जम जाएगी। चूंकि यह पानी 4 डिग्री सेल्सियस पर पानी से कम घना होता है, इसलिए यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली, ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में पानी की सतह पर थोड़े समय के लिए बर्फ की एक पतली परत बनेगी, लेकिन बर्फ की यह परत पानी की निचली परतों की रक्षा करने वाले एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो 4 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर रहेगी। इसलिए , आगे शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी।

गर्म पानी के मामले में, स्थिति बिल्कुल अलग है। वाष्पीकरण और अधिक तापमान अंतर के कारण पानी की सतह की परत अधिक तेज़ी से ठंडी होगी। इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में घनी होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे गिर जाएगी, परत ऊपर उठ जाएगी गर्म पानीज़मीनी स्तर पर। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है।

लेकिन यह प्रक्रिया एक संतुलन बिंदु तक पहुंचने में विफल क्यों होती है? संवहन के इस दृष्टिकोण से Mpemba प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, किसी को यह मान लेना चाहिए कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 C से नीचे जाने के बाद भी संवहन प्रक्रिया जारी रहती है।

हालांकि, ऐसा कोई प्रायोगिक डेटा नहीं है जो इस परिकल्पना का समर्थन करे कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन द्वारा अलग होती हैं।

पानी में घुली गैसें

पानी में हमेशा घुली हुई गैसें होती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो ये गैसें पानी से निकल जाती हैं क्योंकि उच्च तापमान पर पानी में इनकी घुलनशीलता कम होती है। इसलिए, जब गर्म पानी को ठंडा किया जाता है, तो उसमें हमेशा बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में कम घुलने वाली गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और यह तेजी से जमता है। इस कारक को कभी-कभी Mpemba प्रभाव की व्याख्या करने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाले कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं हैं।

ऊष्मीय चालकता

यह तंत्र एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है जब पानी को छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर के डिब्बे में फ्रीजर में रखा जाता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी वाला एक कंटेनर अपने नीचे फ्रीजर की बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार और तापीय चालकता के साथ थर्मल संपर्क में सुधार होता है। नतीजतन, ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के साथ कंटेनर से गर्मी तेजी से हटा दी जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर इसके नीचे बर्फ नहीं पिघलाता है।

इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का कई प्रयोगों में अध्ययन किया गया था, लेकिन इस सवाल का एक स्पष्ट जवाब नहीं मिला है - उनमें से कौन सा Mpemba प्रभाव का एक सौ प्रतिशत प्रजनन प्रदान करता है - प्राप्त नहीं हुआ है।

उदाहरण के लिए, 1995 में जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरबैक ने इस प्रभाव पर पानी के सुपरकूलिंग के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, सुपरकूल्ड अवस्था में पहुँचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, जिसका अर्थ है कि बाद वाले की तुलना में तेज़। परंतु ठंडा पानीगर्म की तुलना में तेजी से सुपरकूल्ड अवस्था में पहुँचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई होती है।

इसके अलावा, Auerbach के परिणामों ने पहले प्राप्त आंकड़ों का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त कर सकता है। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब इसे उबाला जाता है तो इसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं।

अब तक, केवल एक ही बात पर जोर दिया जा सकता है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन अनिवार्य रूप से उन स्थितियों पर निर्भर करता है जिनमें प्रयोग किया जाता है। ठीक है क्योंकि यह हमेशा पुन: उत्पन्न नहीं होता है।

1963 में, तंजानिया के एरास्टो मपेम्बा नाम के एक छात्र ने अपने शिक्षक से एक बेवकूफी भरा सवाल पूछा - ठंडी आइसक्रीम की तुलना में गर्म आइसक्रीम उसके फ्रीजर में तेजी से क्यों जमती है?

तंजानिया के मगंबा हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एरास्टो मपेम्बा ने खाना पकाने का व्यावहारिक काम किया। उसे घर का बना आइसक्रीम बनाने की जरूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान पर ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिर है, Mpemba विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने असाइनमेंट के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि पाठ के अंत तक वह समय पर नहीं पहुंचेगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उनके आश्चर्य के लिए, यह उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया, जो एक दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किया गया था।

उन्होंने स्पष्टीकरण के लिए भौतिकी के शिक्षक की ओर रुख किया, लेकिन उन्होंने केवल निम्नलिखित कहते हुए छात्र पर हँसे: "यह विश्व भौतिकी नहीं है, बल्कि Mpemba की भौतिकी है।" उसके बाद, Mpemba ने न केवल दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया।

किसी भी मामले में, पहले से ही मकवावा हाई स्कूल के छात्र होने के नाते, उन्होंने डार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न से पूछा (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए प्रधानाध्यापक द्वारा आमंत्रित किया गया) विशेष रूप से पानी के बारे में: "यदि आप दो लेते हैं के साथ समान कंटेनर बराबर मात्रापानी ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रख दें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" ओसबोर्न को इस मुद्दे में दिलचस्पी हो गई और जल्द ही 1969 में उन्होंने और मपेम्बा ने अपने प्रयोगों के परिणामों को भौतिकी शिक्षा पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उन्होंने जो प्रभाव खोजा, उसे Mpemba प्रभाव कहा जाता है।

क्या आप यह जानने के लिए उत्सुक हैं कि ऐसा क्यों हो रहा है? कुछ साल पहले, वैज्ञानिक समझाने में कामयाब रहे यह घटना …

Mpemba effect (Mpemba paradox) एक विरोधाभास है जो कहता है कि कुछ शर्तों के तहत गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, हालांकि इसे ठंड की प्रक्रिया के दौरान ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य अवधारणाओं का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, एक निश्चित तापमान पर ठंडा होने के लिए एक अधिक गर्म शरीर को उसी तापमान पर ठंडा करने के लिए कम गर्म शरीर की तुलना में अधिक समय लगता है।

इस घटना को उनके समय में अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने देखा था। अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालांकि कई हैं। यह सब गर्म और ठंडे पानी के गुणों में अंतर के बारे में है, लेकिन यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि इस मामले में कौन से गुण भूमिका निभाते हैं: सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ गठन, संवहन, या पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव में अंतर विभिन्न तापमान। Mpemba प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान एक शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है, वह इस शरीर और पर्यावरण के बीच के तापमान के अंतर के समानुपाती होना चाहिए। यह नियम न्यूटन द्वारा स्थापित किया गया था और तब से व्यवहार में कई बार इसकी पुष्टि की गई है। इस प्रभाव में, 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाला पानी 35 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाले पानी की समान मात्रा की तुलना में 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक तेजी से ठंडा हो जाता है।

तब से विभिन्न संस्करण, जिनमें से एक इस प्रकार लग रहा था: पहले गर्म पानी का कुछ हिस्सा बस वाष्पित हो जाता है, और फिर, जब यह कम होता है, तो पानी तेजी से जम जाता है। यह संस्करण, इसकी सादगी के कारण, सबसे लोकप्रिय हो गया, लेकिन वैज्ञानिक पूरी तरह से संतुष्ट नहीं थे।

अब रसायनज्ञ शी झांग के नेतृत्व में सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि उन्होंने सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है। जैसा कि चीनी विशेषज्ञों ने पाया है, रहस्य पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में निहित है।

जैसा कि आप जानते हैं, पानी के अणुओं में एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ होते हैं, जो कण स्तर पर इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान की तरह दिखता है। एक और ज्ञात तथ्यइस तथ्य में शामिल हैं कि हाइड्रोजन परमाणु पड़ोसी अणुओं से ऑक्सीजन परमाणुओं की ओर आकर्षित होते हैं - इस मामले में हाइड्रोजन बांड बनते हैं।

इसी समय, पानी के अणु आम तौर पर एक दूसरे से विकर्षित होते हैं। सिंगापुर के वैज्ञानिकों ने देखा कि पानी जितना गर्म होता है, प्रतिकारक बलों में वृद्धि के कारण तरल अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होती है। नतीजतन, हाइड्रोजन बांड खिंच जाते हैं, और इसलिए अधिक ऊर्जा जमा करते हैं। यह ऊर्जा तब निकलती है जब पानी ठंडा हो जाता है - अणु एक दूसरे के करीब चले जाते हैं। और ऊर्जा की रिहाई, जैसा कि आप जानते हैं, का अर्थ है शीतलन।

यहाँ वैज्ञानिकों द्वारा की गई धारणाएँ हैं:

वाष्पीकरण

गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान वाले पानी की थोड़ी मात्रा तेजी से जम जाती है। 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया गया पानी 0 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने पर अपने द्रव्यमान का 16% खो देता है। वाष्पीकरण प्रभाव - दोहरा प्रभाव। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी की मात्रा कम कर दी जाती है। और दूसरी बात, वाष्पीकरण के कारण इसका तापमान गिर जाता है।

तापमान अंतराल

इस तथ्य के कारण कि गर्म पानी और ठंडी हवा के बीच तापमान का अंतर अधिक होता है - इसलिए, इस मामले में गर्मी का आदान-प्रदान अधिक तीव्र होता है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।

अल्प तपावस्था
जब पानी को 0°C से नीचे ठंडा किया जाता है, तो वह हमेशा जमता नहीं है। कुछ स्थितियों में, यह हाइपोथर्मिया से गुजर सकता है, हिमांक से नीचे के तापमान पर तरल रहना जारी रखता है। कुछ मामलों में, पानी -20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी तरल रह सकता है। इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनने के लिए क्रिस्टल बनने के केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो हाइपोथर्मिया तब तक जारी रहेगा जब तक कि तापमान इतना कम न हो जाए कि क्रिस्टल अनायास बनने लगते हैं। जब वे एक सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से बढ़ने लगते हैं, एक बर्फ का टुकड़ा बनाते हैं, जो जमने पर बर्फ बन जाएगा। गर्म पानी हाइपोथर्मिया के लिए अतिसंवेदनशील होता है क्योंकि इसे गर्म करने से घुली हुई गैसें और बुलबुले निकल जाते हैं, जो बदले में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण के लिए केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं। हाइपोथर्मिया गर्म पानी को तेजी से जमने का कारण क्यों बनता है? ठंडे पानी के मामले में, जो सुपरकूल्ड नहीं है, निम्नलिखित होता है: इसकी सतह पर बर्फ की एक पतली परत बनती है, जो पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करती है, और इस प्रकार आगे वाष्पीकरण को रोकती है। इस मामले में, बर्फ के क्रिस्टल के बनने की दर धीमी होगी। सुपरकूलिंग के अधीन गर्म पानी के मामले में, सुपरकूल्ड पानी में बर्फ की सुरक्षात्मक सतह परत नहीं होती है। इसलिए, खुले शीर्ष के माध्यम से यह बहुत तेजी से गर्मी खो देता है। जब हाइपोथर्मिया प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी खो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बन जाती है। इस आशय के कई शोधकर्ता हाइपोथर्मिया को Mpemba प्रभाव के मामले में मुख्य कारक मानते हैं।
कंवेक्शन

ठंडा पानी ऊपर से जमने लगता है, जिससे गर्मी विकिरण और संवहन की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, और इसलिए गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमने लगता है। इस प्रभाव को जल घनत्व विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4°C होता है। यदि आप पानी को 4 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान वाले वातावरण में रखते हैं, तो पानी की सतह की परत तेजी से जम जाएगी। चूंकि यह पानी 4 डिग्री सेल्सियस पर पानी की तुलना में कम घना होता है, इसलिए यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में पानी की सतह पर थोड़े समय के लिए बर्फ की एक पतली परत बनेगी, लेकिन बर्फ की यह परत पानी की निचली परतों की रक्षा करने वाले एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो 4 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर रहेगी। इसलिए, आगे की शीतलन प्रक्रिया धीमी होगी। गर्म पानी के मामले में, स्थिति बिल्कुल अलग है। वाष्पीकरण और अधिक तापमान अंतर के कारण पानी की सतह की परत अधिक तेज़ी से ठंडी होगी। इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में घनी होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे गिर जाएगी, जिससे गर्म पानी की परत सतह पर आ जाएगी। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है। लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक पहुंचने में विफल क्यों होती है? संवहन के संदर्भ में Mpemba प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, यह माना जाना चाहिए कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 ° C से नीचे जाने के बाद संवहन प्रक्रिया स्वयं जारी रहती है। हालांकि, ऐसा कोई प्रायोगिक डेटा नहीं है जो इस परिकल्पना का समर्थन करे कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन द्वारा अलग होती हैं।

पानी में घुली गैसें

पानी में हमेशा घुली हुई गैसें होती हैं - ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड। इन गैसों में पानी के हिमांक को कम करने की क्षमता होती है। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो ये गैसें पानी से निकल जाती हैं क्योंकि उच्च तापमान पर पानी में इनकी घुलनशीलता कम होती है। इसलिए, जब गर्म पानी को ठंडा किया जाता है, तो उसमें हमेशा बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में कम घुलने वाली गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और यह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी Mpemba प्रभाव की व्याख्या करने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाले कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं हैं।

ऊष्मीय चालकता

जब छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर के डिब्बे में पानी रखा जाता है तो यह तंत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया कि गर्म पानी वाला कंटेनर अपने नीचे फ्रीजर की बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार और तापीय चालकता के साथ थर्मल संपर्क में सुधार होता है। नतीजतन, ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के साथ कंटेनर से गर्मी तेजी से हटा दी जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर इसके नीचे बर्फ नहीं पिघलाता है। इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का कई प्रयोगों में अध्ययन किया गया था, लेकिन इस सवाल का एक स्पष्ट जवाब नहीं मिला है - उनमें से कौन सा Mpemba प्रभाव का एक सौ प्रतिशत प्रजनन प्रदान करता है - प्राप्त नहीं हुआ है। उदाहरण के लिए, 1995 में जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरबैक ने इस प्रभाव पर पानी के सुपरकूलिंग के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, सुपरकूल्ड अवस्था में पहुँचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, जिसका अर्थ है कि बाद वाले की तुलना में तेज़। लेकिन ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से सुपरकूल्ड अवस्था में पहुंच जाता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है। इसके अलावा, Auerbach के परिणामों ने पहले प्राप्त आंकड़ों का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त कर सकता है। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब इसे उबाला जाता है तो इसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं। अब तक, केवल एक ही बात पर जोर दिया जा सकता है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन अनिवार्य रूप से उन परिस्थितियों पर निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। ठीक है क्योंकि यह हमेशा पुन: उत्पन्न नहीं होता है।

लेकिन जैसा कि वे कहते हैं, सबसे संभावित कारण।

जैसा कि केमिस्ट अपने लेख में लिखते हैं, जो arXiv.org प्रीप्रिंट साइट पर पाया जा सकता है, हाइड्रोजन बांड ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी में अधिक तना हुआ होता है। इस प्रकार, यह पता चला है कि गर्म पानी के हाइड्रोजन बांड में अधिक ऊर्जा जमा होती है, जिसका अर्थ है कि उप-शून्य तापमान पर ठंडा होने पर इसका अधिक भाग निकलता है। इस कारण से, जमना तेज है।

आज तक, वैज्ञानिकों ने इस पहेली को केवल सैद्धांतिक रूप से हल किया है। जब वे अपने संस्करण के पुख्ता सबूत पेश करते हैं, तो इस सवाल को बंद माना जा सकता है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।

कई कारक प्रभावित करते हैं कि कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, लेकिन सवाल खुद थोड़ा अजीब लगता है। यह निहित है, और यह भौतिकी से ज्ञात है, कि गर्म पानी को अभी भी ठंडा होने के लिए तुलनीय ठंडे पानी के तापमान को बर्फ में बदलने के लिए समय की आवश्यकता होती है। ठंडे पानी में, इस चरण को छोड़ा जा सकता है, और, तदनुसार, यह समय में जीत जाता है।

लेकिन इस सवाल का जवाब कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म - बाहर ठंढ में, उत्तरी अक्षांश के किसी भी निवासी को पता है। वास्तव में, वैज्ञानिक रूप से, यह पता चला है कि किसी भी मामले में, ठंडे पानी को बस तेजी से जमना चाहिए।

भौतिकी शिक्षक, जिसे 1963 में स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा द्वारा संपर्क किया गया था, यह समझाने के अनुरोध के साथ कि भविष्य की आइसक्रीम का ठंडा मिश्रण एक समान लेकिन गर्म से अधिक समय तक क्यों जमता है, उसी तरह से सोचा।

"यह विश्व भौतिकी नहीं है, बल्कि किसी प्रकार का Mpemba भौतिकी है"

उस समय, शिक्षक केवल इस पर हंसते थे, लेकिन भौतिकी के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न, जो एक समय में उसी स्कूल में जाते थे जहां एरास्टो ने अध्ययन किया था, प्रयोगात्मक रूप से इस तरह के प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की, हालांकि इसके लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं था। 1969 में, एक लोकप्रिय वैज्ञानिक पत्रिका ने इन दो लोगों द्वारा एक संयुक्त लेख प्रकाशित किया जिन्होंने इस अजीबोगरीब प्रभाव का वर्णन किया।

तब से, सवाल यह है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, है अपना नाम- Mpemba का प्रभाव, या विरोधाभास।

बहुत दिनों से उठ रहा था सवाल

स्वाभाविक रूप से, ऐसी घटना पहले भी हुई थी, और अन्य वैज्ञानिकों के कार्यों में इसका उल्लेख किया गया था। इस मुद्दे में न केवल स्कूली छात्र की दिलचस्पी थी, बल्कि रेने डेसकार्टेस और यहां तक ​​​​कि अरस्तू ने भी अपने समय में इसके बारे में सोचा था।

यहाँ सिर्फ इस विरोधाभास को हल करने के दृष्टिकोण बीसवीं सदी के अंत में ही देखने लगे।

एक विरोधाभास होने की शर्तें

आइसक्रीम की तरह, यह केवल सादा पानी नहीं है जो प्रयोग के दौरान जम जाता है। यह बहस शुरू करने के लिए कुछ शर्तें मौजूद होनी चाहिए कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। इस प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को क्या प्रभावित करता है?

अब, २१वीं सदी में, कई विकल्प सामने रखे गए हैं जो इस विरोधाभास की व्याख्या कर सकते हैं। कौन सा पानी तेजी से जमता है, गर्म या ठंडा, यह इस बात पर निर्भर हो सकता है कि ठंडे पानी की तुलना में इसकी वाष्पीकरण दर तेज होती है। इस प्रकार, इसकी मात्रा कम हो जाती है, और मात्रा में कमी के साथ, यदि हम ठंडे पानी की समान प्रारंभिक मात्रा लेते हैं, तो ठंड का समय कम हो जाता है।

फ्रीजर को लंबे समय तक डीफ्रॉस्ट करें

कौन सा पानी तेजी से जमता है, और ऐसा क्यों होता है, यह बर्फ की परत से प्रभावित हो सकता है जो प्रयोग के लिए उपयोग किए जाने वाले रेफ्रिजरेटर के फ्रीजर में पाया जा सकता है। यदि आप दो कंटेनर लेते हैं जो समान मात्रा में हैं, लेकिन उनमें से एक में गर्म पानी है, और दूसरे में ठंडा पानी है, तो गर्म पानी वाला कंटेनर उसके नीचे की बर्फ को पिघला देगा, जिससे दीवार के साथ थर्मल स्तर के संपर्क में सुधार होगा। फ्रिज। एक ठंडे पानी का कंटेनर ऐसा नहीं कर सकता। यदि रेफ्रिजरेटर के डिब्बे में बर्फ के साथ ऐसा कोई अस्तर नहीं है, तो ठंडे पानी को तेजी से जमना चाहिए।

ऊपर से नीचे

साथ ही, जिस परिघटना से पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, उसे इस प्रकार समझाया गया है। कुछ नियमों का पालन करते हुए, ठंडा पानी ऊपरी परतों से जमना शुरू हो जाता है, जब गर्म पानी इसे दूसरे तरीके से करता है - यह नीचे से ऊपर तक जमने लगता है। उसी समय, यह पता चला है कि ठंडे पानी, पहले से ही बर्फ के साथ एक ठंडी परत होने के कारण, संवहन और थर्मल विकिरण की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, जिससे यह समझा जाता है कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म। शौकिया प्रयोगों से फोटो संलग्न है, और यह यहाँ स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहा है।

गर्मी बाहर जाती है, ऊपर की ओर झुकती है, और वहाँ यह बहुत ठंडी परत से मिलती है। गर्मी विकिरण के लिए कोई मुक्त मार्ग नहीं है, इसलिए शीतलन प्रक्रिया कठिन हो जाती है। गर्म पानी के रास्ते में ऐसी कोई बाधा नहीं है। कौन सा तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म, जिस पर संभावित परिणाम निर्भर करता है, आप इस उत्तर का विस्तार इस तथ्य से कर सकते हैं कि किसी भी पानी में कुछ पदार्थ घुले होते हैं।

परिणाम को प्रभावित करने वाले कारक के रूप में पानी में अशुद्धियाँ

यदि आप धोखा नहीं देते हैं और उसी संरचना वाले पानी का उपयोग करते हैं, जहां कुछ पदार्थों की सांद्रता समान होती है, तो ठंडे पानी को तेजी से जमना चाहिए। लेकिन अगर भंग होने पर कोई स्थिति उत्पन्न होती है रासायनिक तत्वकेवल गर्म पानी में उपलब्ध है, और ठंडे पानी में नहीं है, तो गर्म पानी को पहले जमने का अवसर मिलता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पानी में विलेय क्रिस्टलीकरण केंद्र बनाते हैं, और इन केंद्रों की एक छोटी संख्या के साथ, पानी को ठोस अवस्था में बदलना मुश्किल है। पानी का अत्यधिक ठंडा होना इस अर्थ में भी संभव है कि शून्य से नीचे के तापमान पर यह तरल अवस्था में होगा।

लेकिन ये सभी संस्करण, जाहिरा तौर पर, पूरी तरह से वैज्ञानिकों के अनुरूप नहीं थे और उन्होंने इस मुद्दे पर काम करना जारी रखा। 2013 में, सिंगापुर में शोधकर्ताओं की एक टीम ने कहा कि उन्होंने एक सदियों पुराने रहस्य को सुलझा लिया है।

चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह का तर्क है कि इस प्रभाव का रहस्य पानी के अणुओं के बीच उसके बंधनों में जमा ऊर्जा की मात्रा में निहित है, जिसे हाइड्रोजन बांड कहा जाता है।

चीनी वैज्ञानिकों से सुराग

इसके बाद जानकारी आती है, जिसे समझने के लिए रसायन शास्त्र में कुछ ज्ञान होना आवश्यक है ताकि यह पता लगाया जा सके कि कौन सा पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा। जैसा कि आप जानते हैं, इसमें दो H परमाणु (हाइड्रोजन) और एक O (ऑक्सीजन) परमाणु होते हैं, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

लेकिन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणु भी पड़ोसी अणुओं, उनके ऑक्सीजन घटक की ओर आकर्षित होते हैं। इन्हीं बंधों को हाइड्रोजन आबंध कहते हैं।

यह याद रखने योग्य है कि साथ ही, पानी के अणु एक दूसरे के प्रति प्रतिकारक होते हैं। वैज्ञानिकों ने नोट किया कि जब पानी गर्म होता है, तो उसके अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, और यह प्रतिकारक शक्तियों के कारण होता है। यह पता चला है कि ठंडी अवस्था में अणुओं के बीच एक दूरी पर कब्जा करने से, कोई कह सकता है कि वे खिंचाव करते हैं, और उनके पास ऊर्जा की अधिक आपूर्ति होती है। यह ऊर्जा का यह भंडार है जो तब निकलता है जब पानी के अणु एक दूसरे के पास आने लगते हैं, यानी शीतलन होता है। यह पता चला है कि गर्म पानी में ऊर्जा की अधिक आपूर्ति, और शून्य से कम तापमान पर ठंडा होने पर इसकी अधिक रिहाई, ठंडे पानी की तुलना में तेजी से होती है, जिसमें ऐसी ऊर्जा कम होती है। तो कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म? सड़क पर और प्रयोगशाला में, Mpemba विरोधाभास होना चाहिए, और गर्म पानी तेजी से बर्फ में बदल जाना चाहिए।

लेकिन सवाल अभी भी खुला है

इस सुराग की केवल एक सैद्धांतिक पुष्टि है - यह सब सुंदर सूत्रों में लिखा गया है और प्रशंसनीय लगता है। लेकिन जब प्रायोगिक डेटा, जो पानी तेजी से जमता है - गर्म या ठंडा, व्यावहारिक अर्थों में रखा जाता है, और उनके परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं, तो Mpemba विरोधाभास के प्रश्न को बंद माना जा सकता है।

ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री किसी को भी £ 1,000 का पुरस्कार दे रही है जो वैज्ञानिक रूप से समझा सकता है कि कुछ मामलों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।

"आधुनिक विज्ञान अभी भी इस प्रतीत होने वाले सरल प्रश्न का उत्तर नहीं दे सकता है। आइसक्रीम बनाने वाले और बारटेंडर अपने दिन-प्रतिदिन के काम में इस प्रभाव का उपयोग करते हैं, लेकिन वास्तव में कोई नहीं जानता कि यह क्यों काम करता है। यह समस्या सहस्राब्दियों से जानी जाती है, अरस्तू और डेसकार्टेस जैसे दार्शनिकों ने इसके बारे में सोचा है, ”ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री के अध्यक्ष प्रोफेसर डेविड फिलिप्स ने सोसाइटी से एक प्रेस विज्ञप्ति में उद्धृत किया।

कैसे अफ्रीका के एक रसोइए ने एक ब्रिटिश भौतिकी के प्रोफेसर को हराया

यह कोई अप्रैल फूल का मजाक नहीं है, बल्कि एक कठोर भौतिक वास्तविकता है। वर्तमान विज्ञान, जो आसानी से आकाशगंगाओं और ब्लैक होल के साथ काम करता है, क्वार्क और बोसॉन की खोज के लिए विशाल त्वरक बनाता है, यह नहीं समझा सकता कि प्राथमिक पानी कैसे "काम करता है"। एक स्कूल की पाठ्यपुस्तक स्पष्ट रूप से कहती है कि एक गर्म शरीर को ठंडे शरीर की तुलना में ठंडा होने में अधिक समय लगता है। लेकिन पानी के लिए इस नियम का हमेशा पालन नहीं किया जाता है। ईसा पूर्व चौथी शताब्दी में अरस्तू ने इस विरोधाभास की ओर ध्यान आकर्षित किया। एन.एस. यह वही है जो प्राचीन यूनानी ने Meteorologica I पुस्तक में लिखा है: "तथ्य यह है कि पानी पहले से गरम होता है, यह जम जाता है। इसलिए, बहुत से लोग, जब वे गर्म पानी को जल्दी से ठंडा करना चाहते हैं, तो पहले इसे धूप में रखें ... ”मध्य युग में, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना को समझाने की कोशिश की। काश, न तो महान दार्शनिक और न ही शास्त्रीय तापीय भौतिकी विकसित करने वाले कई वैज्ञानिक इसमें सफल होते, और इसलिए यह असुविधाजनक तथ्य लंबे समय तक "भूल गया"।

और केवल 1968 में उन्होंने तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा को "याद" किया, जो किसी भी विज्ञान से दूर था। पाक कला के स्कूल में पढ़ते समय, 1963 में 13 वर्षीय मपेम्बे को आइसक्रीम बनाने का काम सौंपा गया था। तकनीक के अनुसार, दूध को उबालना, उसमें चीनी घोलना, कमरे के तापमान पर ठंडा करना और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रखना आवश्यक था। जाहिर है, Mpemba एक मेहनती छात्र नहीं था और झिझकता था। इस डर से कि पाठ के अंत तक वह समय पर नहीं होगा, उसने गर्म दूध को फ्रिज में रख दिया। उनके आश्चर्य के लिए, यह उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया, जो सभी नियमों के अनुसार तैयार किया गया था।

जब मपेम्बा ने अपनी खोज एक भौतिकी शिक्षक के साथ साझा की, तो उसने पूरी कक्षा के सामने उसका मज़ाक उड़ाया। Mpemba ने चोट को याद किया। पांच साल बाद, पहले से ही दार एस सलाम विश्वविद्यालय में एक छात्र, उसने खुद को एक व्याख्यान में पाया प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानीडेनिस जी. ओसबोर्न। व्याख्यान के बाद, उन्होंने वैज्ञानिक से एक प्रश्न पूछा: "यदि आप समान मात्रा में पानी के साथ दो समान कंटेनर लेते हैं, एक 35 डिग्री सेल्सियस (95 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर और दूसरा 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर, और उन्हें डाल दें फ्रीजर में, फिर एक गर्म कंटेनर में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" क्या आप कल्पना कर सकते हैं कि एक ब्रिटिश प्रोफेसर की एक युवक के एक प्रश्न पर क्या प्रतिक्रिया हुई? भगवान ने भुला दियातंजानिया। उन्होंने छात्र का मजाक उड़ाया। हालांकि, Mpemba इस तरह के जवाब के लिए तैयार थी और उसने वैज्ञानिक को एक शर्त के लिए चुनौती दी। उनका विवाद एक प्रायोगिक परीक्षण के साथ समाप्त हुआ जिसने मपेम्बा की शुद्धता और ओसबोर्न की हार की पुष्टि की। तो शिष्य-रसोइया ने विज्ञान के इतिहास में अपना नाम अंकित कर लिया, और अब से इस घटना को "मपेम्बा प्रभाव" कहा जाता है। इसे त्यागने के लिए, यह घोषित करने के लिए कि "अस्तित्वहीन" काम नहीं करता है। घटना मौजूद है, और, जैसा कि कवि ने लिखा है, "दांतों के लिए नहीं।"

क्या धूल और विलेय दोष हैं?

वर्षों से, कई लोगों ने ठंडे पानी के रहस्य को जानने की कोशिश की है। इस घटना के लिए स्पष्टीकरण का एक पूरा समूह प्रस्तावित किया गया है: वाष्पीकरण, संवहन, विलेय का प्रभाव - लेकिन इनमें से कोई भी कारक अंतिम नहीं माना जा सकता है। कई वैज्ञानिकों ने अपना पूरा जीवन Mpemba प्रभाव के लिए समर्पित कर दिया है। विकिरण सुरक्षा विभाग के कर्मचारी स्टेट यूनिवर्सिटीन्यूयॉर्क शहर - जेम्स ब्राउन्रिज ने अपने खाली समय में विरोधाभास का अध्ययन करते हुए एक दशक बिताया है। सैकड़ों प्रयोग करने के बाद, वैज्ञानिक ने हाइपोथर्मिया के "अपराध" के सबूत होने का दावा किया है। ब्राउनरिज बताते हैं कि 0 डिग्री सेल्सियस पर, पानी केवल सुपरकूल्ड होता है, और जब तापमान नीचे चला जाता है तो जमना शुरू हो जाता है। हिमांक को पानी में अशुद्धियों द्वारा नियंत्रित किया जाता है - वे बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण की दर को बदलते हैं। अशुद्धियाँ, और ये धूल के दाने, बैक्टीरिया और घुले हुए लवण हैं, उनके लिए एक विशिष्ट न्यूक्लिएशन तापमान होता है, जब क्रिस्टलीकरण के केंद्रों के आसपास बर्फ के क्रिस्टल बनते हैं। जब पानी में एक साथ कई तत्व होते हैं, तो हिमांक बिंदु सबसे अधिक वाले तत्व द्वारा निर्धारित किया जाता है उच्च तापमानन्यूक्लियेशन

प्रयोग के लिए, ब्राउन्रिज ने एक ही तापमान के दो पानी के नमूने लिए और उन्हें फ्रीजर में रख दिया। उन्होंने पाया कि एक नमूना हमेशा दूसरे के सामने जम जाता है - संभवतः अशुद्धियों के एक अलग संयोजन के कारण।

ब्राउनरिज का दावा है कि पानी और फ्रीजर के बीच अधिक तापमान अंतर के कारण गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है - इससे ठंडे पानी के अपने प्राकृतिक हिमांक तक पहुंचने से पहले इसके हिमांक तक पहुंचने में मदद मिलती है, जो कि कम से कम 5 डिग्री सेल्सियस कम है।

हालाँकि, ब्राउन्रिज का तर्क कई सवाल उठाता है। इसलिए, जो लोग अपने तरीके से Mpemba प्रभाव की व्याख्या कर सकते हैं, उनके पास ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसाइटी से एक हजार पाउंड के लिए प्रतिस्पर्धा करने का मौका है।

नमस्कार प्रिय प्रेमियों रोचक तथ्य... आज हम बात करेंगे। लेकिन मुझे लगता है कि शीर्षक में प्रश्न बस बेतुका लग सकता है - लेकिन क्या किसी को हमेशा कुख्यात "सामान्य ज्ञान" पर भरोसा करना चाहिए, न कि कड़ाई से तैयार परीक्षण अनुभव। आइए जानने की कोशिश करते हैं कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है?

ऐतिहासिक संदर्भ

कि ठंडे और गर्म पानी को जमने के मुद्दे में "सब कुछ साफ नहीं है" का उल्लेख अरस्तू के लेखन में किया गया था, फिर इसी तरह के नोट एफ। बेकन, आर। डेसकार्टेस और जे। ब्लैक द्वारा बनाए गए थे। वी ताज़ा इतिहासइस प्रभाव को "मपेम्बा का विरोधाभास" नाम दिया गया था - तांगानिका के एक छात्र के नाम पर, एरास्टो मपेम्बा, जिसने भौतिकी के एक अतिथि प्रोफेसर से यही प्रश्न पूछा था।

लड़के का सवाल खरोंच से नहीं, बल्कि रसोई में आइसक्रीम के मिश्रण को ठंडा करने की प्रक्रिया के विशुद्ध रूप से व्यक्तिगत टिप्पणियों से उठा। बेशक, जो सहपाठी वहां मौजूद थे, उनके साथ स्कूल शिक्षकहंसते हुए Mpemba - हालांकि, प्रोफेसर डी। ओसबोर्न द्वारा व्यक्तिगत रूप से प्रयोगात्मक सत्यापन के बाद, एरास्टो का मजाक बनाने की इच्छा "वाष्पीकृत" हो गई। इसके अलावा, Mpemboy ने 1969 में भौतिकी शिक्षा में एक प्रोफेसर के साथ मिलकर इस आशय का विस्तृत विवरण प्रकाशित किया - और तब से उपरोक्त नाम वैज्ञानिक साहित्य में अटका हुआ है।

घटना का सार क्या है?

प्रयोग की सेटिंग काफी सरल है: अन्य सभी चीजें समान हैं, वही पतली दीवार वाले जहाजों का परीक्षण किया जाता है, जिसमें पानी की समान मात्रा होती है, केवल तापमान में भिन्नता होती है। जहाजों को रेफ्रिजरेटर में लोड किया जाता है, जिसके बाद उनमें से प्रत्येक में बर्फ बनने तक का समय दर्ज किया जाता है। विरोधाभास यह है कि एक बर्तन में शुरू में गर्म तरल के साथ, यह तेजी से होता है।

आधुनिक भौतिकी इसे कैसे समझाती है?

विरोधाभास की कोई सार्वभौमिक व्याख्या नहीं है, क्योंकि कई समानांतर प्रक्रियाएं एक साथ आगे बढ़ती हैं, जिनमें से योगदान विशिष्ट प्रारंभिक स्थितियों से भिन्न हो सकता है - लेकिन एक समान परिणाम के साथ:

• हाइपोथर्मिया के लिए एक तरल की क्षमता - शुरू में ठंडे पानी में हाइपोथर्मिया होने का खतरा अधिक होता है, अर्थात। तरल रहता है जब इसका तापमान पहले से ही हिमांक से नीचे होता है
• त्वरित शीतलन - गर्म पानी से भाप बर्फ के माइक्रोक्रिस्टल में बदल जाती है, जो वापस गिरने पर प्रक्रिया को तेज करती है, एक अतिरिक्त "बाहरी हीट एक्सचेंजर" के रूप में काम करती है।
• इन्सुलेशन प्रभाव - गर्म पानी के विपरीत, ठंडा पानी ऊपर से जम जाता है, जिससे संवहन और विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण में कमी आती है

कई अन्य स्पष्टीकरण हैं (पिछली बार सर्वश्रेष्ठ परिकल्पना के लिए प्रतियोगिता ब्रिटिश रॉयल केमिकल सोसाइटी द्वारा हाल ही में, 2012 में आयोजित की गई थी) - लेकिन इनपुट स्थितियों के संयोजन के सभी मामलों के लिए अभी भी कोई स्पष्ट सिद्धांत नहीं है ...