कोणते पाणी वेगाने टपकते, थंड किंवा गरम? थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठते?

पाणी- रासायनिक दृष्टिकोनातून एक ऐवजी साधा पदार्थ, तथापि, त्यात अनेक असामान्य गुणधर्म आहेत जे शास्त्रज्ञांना आश्चर्यचकित करण्यास कधीही थांबत नाहीत. खाली काही तथ्ये आहेत ज्याबद्दल फार कमी लोकांना माहिती आहे.

1. कोणते पाणी जलद गोठते - थंड किंवा गरम?

चला पाण्याने दोन कंटेनर घेऊ: एकामध्ये गरम पाणी आणि दुसर्‍यामध्ये थंड पाणी घाला आणि ते फ्रीजरमध्ये ठेवा. गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते, जरी तार्किकदृष्ट्या, थंड पाणी प्रथम बर्फात बदलले पाहिजे: सर्व केल्यानंतर, गरम पाणी प्रथम थंड तापमानात थंड झाले पाहिजे आणि नंतर बर्फात बदलले पाहिजे, तर थंड पाण्याला थंड होण्याची आवश्यकता नाही. असे का होत आहे?

1963 मध्ये, एरास्टो बी. मपेम्बा नावाच्या टांझानियन विद्यार्थ्याने, आइस्क्रीमचे मिश्रण गोठवताना लक्षात आले की गरम मिश्रण थंड मिश्रणापेक्षा फ्रीझरमध्ये अधिक वेगाने घट्ट होते. जेव्हा त्या तरुणाने त्याचा शोध त्याच्या भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाला सांगितला तेव्हा तो फक्त त्याच्यावर हसला. सुदैवाने, विद्यार्थ्याने चिकाटीने प्रयत्न केला आणि शिक्षकाला एक प्रयोग करण्यास पटवून दिले, ज्याने त्याच्या शोधाची पुष्टी केली: विशिष्ट परिस्थितीत, गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने गोठते.

आता थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त वेगाने गोठण्याच्या या घटनेला “म्हणतात. Mpemba प्रभाव" खरे आहे, त्याच्या खूप आधी पाण्याचा हा अनोखा गुणधर्म अॅरिस्टॉटल, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी नोंदवला होता.

शास्त्रज्ञांना अजूनही या घटनेचे स्वरूप पूर्णपणे समजलेले नाही, ते एकतर सुपर कूलिंग, बाष्पीभवन, बर्फ निर्मिती, संवहन यातील फरकाने किंवा गरम आणि थंड पाण्यावरील द्रवीभूत वायूंच्या प्रभावाद्वारे स्पष्ट करतात.

2. ते त्वरित गोठवू शकते

हे सर्वांना माहीत आहे पाणी०°C पर्यंत थंड झाल्यावर नेहमी बर्फाकडे वळते... काही अपवाद वगळता! अशा केसचे एक उदाहरण म्हणजे सुपर कूलिंग, जे अतिशीत पाण्यापर्यंत थंड झाल्यावरही द्रव राहण्यासाठी अतिशय शुद्ध पाण्याचा गुणधर्म आहे. ही घटना या वस्तुस्थितीमुळे शक्य झाली आहे की वातावरणात क्रिस्टलायझेशनची केंद्रे किंवा केंद्रके नसतात ज्यामुळे बर्फाच्या क्रिस्टल्सची निर्मिती होऊ शकते. आणि त्यामुळे शून्य अंश सेल्सिअसच्या खाली थंड झाल्यावरही पाणी द्रव स्वरूपात राहते.

क्रिस्टलायझेशन प्रक्रियाउदाहरणार्थ, गॅस फुगे, अशुद्धता (दूषित) किंवा कंटेनरच्या असमान पृष्ठभागामुळे होऊ शकते. त्यांच्याशिवाय, पाणी द्रव स्थितीत राहील. जेव्हा क्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया सुरू होते, तेव्हा तुम्ही सुपर-कूल केलेले पाणी त्वरित बर्फात बदललेले पाहू शकता.

लक्षात घ्या की "सुपरहीट" पाणी उकळत्या बिंदूच्या वर गरम केले तरीही ते द्रवच राहते.

3. पाण्याची 19 अवस्था

संकोच न करता, नाव सांगा, पाण्याची किती वेगवेगळी राज्ये आहेत? जर तुम्ही तीन उत्तरे दिलीत: घन, द्रव, वायू, तर तुम्ही चुकीचे आहात. शास्त्रज्ञांनी द्रव स्वरूपात पाण्याच्या किमान 5 वेगवेगळ्या अवस्था आणि गोठलेल्या स्वरूपात 14 अवस्था वेगळे केल्या आहेत.

अति-थंड पाण्याबद्दलचे संभाषण आठवते? त्यामुळे, तुम्ही काहीही केले तरी, -३८ डिग्री सेल्सिअस तापमानात अगदी शुद्ध अति-थंड पाणीही अचानक बर्फात बदलेल. तापमान आणखी खाली आल्यावर काय होईल? -120 डिग्री सेल्सिअस तापमानात, पाण्यामध्ये काहीतरी विचित्र घडू लागते: ते मोलॅसेससारखे अत्यंत चिकट किंवा चिकट बनते आणि -135 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी तापमानात ते "विट्रीयस" किंवा "विट्रियस" पाण्यात बदलते - एक घन पदार्थ ज्यामध्ये क्रिस्टलीय नसतो रचना

4. पाणी भौतिकशास्त्रज्ञांना आश्चर्यचकित करते

आण्विक स्तरावर, पाणी आणखी आश्चर्यकारक आहे. 1995 मध्ये, शास्त्रज्ञांनी केलेल्या न्यूट्रॉन स्कॅटरिंग प्रयोगाने एक अनपेक्षित परिणाम दिला: भौतिकशास्त्रज्ञांनी शोधून काढले की पाण्याच्या रेणूंच्या उद्देशाने न्यूट्रॉन अपेक्षेपेक्षा 25% कमी हायड्रोजन प्रोटॉन "पाहतात".

असे दिसून आले की एक अॅटोसेकंद (10 -18 सेकंद) वेगाने एक असामान्य क्वांटम प्रभाव होतो आणि त्याऐवजी पाण्याचे रासायनिक सूत्र H2O, H1.5O होतो!

5. पाणी स्मृती

अधिकृत औषधासाठी पर्यायी होमिओपॅथीअसे नमूद केले आहे की औषधाच्या सौम्य द्रावणाचा शरीरावर उपचारात्मक परिणाम होऊ शकतो, जरी सौम्यता घटक इतका मोठा असेल की द्रावणात पाण्याच्या रेणूंशिवाय काहीही शिल्लक नाही. होमिओपॅथीचे समर्थक हा विरोधाभास एका संकल्पनेसह स्पष्ट करतात " पाणी स्मृती", त्यानुसार आण्विक स्तरावर पाण्यामध्ये एकदा विरघळलेल्या पदार्थाची "स्मृती" असते आणि त्यात घटकाचा एकही रेणू शिल्लक न राहिल्यानंतर मूळ एकाग्रतेच्या द्रावणाचे गुणधर्म टिकवून ठेवतात.

क्वीन्स युनिव्हर्सिटी ऑफ बेलफास्टच्या प्रोफेसर मॅडेलीन एनिस यांच्या नेतृत्वाखालील शास्त्रज्ञांच्या आंतरराष्ट्रीय पथकाने, ज्यांनी होमिओपॅथीच्या तत्त्वांवर टीका केली होती, त्यांनी 2002 मध्ये एक प्रयोग केला आणि ही संकल्पना कायमची खोटी ठरवली. त्याचा परिणाम उलट झाला. त्यानंतर, शास्त्रज्ञांनी सांगितले की ते परिणामाची वास्तविकता सिद्ध करण्यास सक्षम आहेत " पाणी स्मृती" तथापि, स्वतंत्र तज्ञांच्या देखरेखीखाली केलेल्या प्रयोगांचे परिणाम दिसून आले नाहीत. घटनेच्या अस्तित्वाबद्दल विवाद " पाणी स्मृती"सुरू.

पाण्यात इतर अनेक असामान्य गुणधर्म आहेत ज्याबद्दल आम्ही या लेखात बोललो नाही. उदाहरणार्थ, तापमानानुसार पाण्याची घनता बदलते (बर्फाची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी असते); पाण्याचा पृष्ठभागावरील ताण बराच जास्त असतो; द्रव अवस्थेत, पाणी हे पाण्याच्या क्लस्टर्सचे जटिल आणि गतिमानपणे बदलणारे नेटवर्क आहे आणि ते क्लस्टर्सचे वर्तन आहे जे पाण्याच्या संरचनेवर परिणाम करते इ.

या आणि इतर अनेक अनपेक्षित वैशिष्ट्यांबद्दल पाणीलेखात वाचता येईल " पाण्याचे विसंगत गुणधर्म", लंडन विद्यापीठातील प्राध्यापक मार्टिन चॅपलिन यांनी लिहिलेले.

ब्रिटीश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्री अशा कोणत्याही व्यक्तीला £1,000 बक्षीस देऊ करत आहे जो काही प्रकरणांमध्ये थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त का गोठते याचे वैज्ञानिकदृष्ट्या स्पष्टीकरण देऊ शकेल.

"आधुनिक विज्ञान अजूनही या वरवर साध्या प्रश्नाचे उत्तर देऊ शकत नाही. आइस्क्रीम निर्माते आणि बारटेंडर त्यांच्या दैनंदिन कामात हा प्रभाव वापरतात, परंतु हे का कार्य करते हे कोणालाही ठाऊक नाही. ही समस्या हजारो वर्षांपासून ओळखली जात आहे, अ‍ॅरिस्टॉटल आणि डेकार्टेस सारख्या तत्त्वज्ञांनी याबद्दल विचार केला आहे, ”ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्रीचे अध्यक्ष प्रोफेसर डेव्हिड फिलिप्स यांनी सोसायटीच्या प्रेस रीलिझमध्ये उद्धृत केले आहे.

आफ्रिकेतील एका स्वयंपाकाने ब्रिटिश भौतिकशास्त्राच्या प्राध्यापकाचा कसा पराभव केला

हा एप्रिल फूलचा विनोद नाही, तर कठोर भौतिक वास्तव आहे. आधुनिक विज्ञान, जे आकाशगंगा आणि कृष्णविवरांवर सहज कार्य करते आणि क्वार्क आणि बोसॉन शोधण्यासाठी विशाल प्रवेगक तयार करते, प्राथमिक पाणी "कसे कार्य करते" हे स्पष्ट करू शकत नाही. शालेय पाठ्यपुस्तकात स्पष्टपणे नमूद केले आहे की थंड शरीर थंड होण्यापेक्षा गरम शरीर थंड होण्यास जास्त वेळ लागतो. पण पाण्यासाठी हा कायदा नेहमीच पाळला जात नाही. ख्रिस्तपूर्व चौथ्या शतकात अॅरिस्टॉटलने या विरोधाभासाकडे लक्ष वेधले. e प्राचीन ग्रीकने त्याच्या Meteorologica I या पुस्तकात जे लिहिले ते येथे आहे: “पाणी आधीच गरम केल्यामुळे ते गोठते. म्हणून, बर्‍याच लोकांना, जेव्हा त्यांना गरम पाणी जलद थंड करायचे असते तेव्हा ते प्रथम सूर्यप्रकाशात ठेवावे...” मध्ययुगात, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस यांनी ही घटना स्पष्ट करण्याचा प्रयत्न केला. अरेरे, महान तत्वज्ञानी किंवा शास्त्रीय थर्मोफिजिक्स विकसित करणारे असंख्य शास्त्रज्ञ यात यशस्वी झाले नाहीत आणि म्हणूनच अशी गैरसोयीची वस्तुस्थिती बर्याच काळापासून "विसरली" गेली.

आणि केवळ 1968 मध्ये त्यांना "आठवण" राहिली, टांझानियातील एरास्टो एमपेम्बे या शाळकरी मुलाला, कोणत्याही विज्ञानापासून दूर. 1963 मध्ये पाक कला शाळेत शिकत असताना, 13 वर्षांच्या एमपेम्बेला आईस्क्रीम बनवण्याचे काम देण्यात आले. तंत्रज्ञानानुसार, दूध उकळणे, त्यात साखर विरघळणे, खोलीच्या तपमानावर थंड करणे आणि नंतर ते फ्रीज करण्यासाठी रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवणे आवश्यक होते. वरवर पाहता, Mpemba एक मेहनती विद्यार्थी नव्हता आणि तो संकोच करत होता. धडा संपेपर्यंत तो तयार होणार नाही या भीतीने त्याने फ्रीजमध्ये गरम दूध ठेवले. आश्चर्य म्हणजे, ते सर्व नियमांनुसार तयार केलेल्या त्याच्या साथीदारांच्या दुधापेक्षाही आधी गोठले.

जेव्हा एमपेम्बाने त्याचा शोध त्याच्या भौतिकशास्त्राच्या शिक्षकाशी शेअर केला तेव्हा तो संपूर्ण वर्गासमोर त्याच्यावर हसला. मपेम्बाला अपमान आठवला. पाच वर्षांनंतर, आधीच दार एस सलाम विद्यापीठात विद्यार्थी, तो प्रसिद्ध भौतिकशास्त्रज्ञ डेनिस जी. ओसबोर्न यांच्या व्याख्यानाला उपस्थित होता. व्याख्यानानंतर, त्यांनी शास्त्रज्ञाला एक प्रश्न विचारला: “जर तुम्ही समान प्रमाणात पाणी असलेले दोन समान कंटेनर घेतले, एक 35 °C (95 °F) वर आणि दुसरा 100 °C (212 °F) वर, आणि त्यांना ठेवा. फ्रीजरमध्ये, नंतर गरम कंटेनरमधील पाणी जलद गोठेल. का?" गॉडफोर्सेकन टांझानियामधील एका तरुणाच्या प्रश्नावर एका ब्रिटीश प्राध्यापकाच्या प्रतिक्रियेची तुम्ही कल्पना करू शकता. त्याने विद्यार्थ्याची चेष्टा केली. तथापि, एमपेम्बा अशा उत्तरासाठी तयार झाला आणि त्याने शास्त्रज्ञाला पैज लावण्याचे आव्हान दिले. त्यांचा वाद एका प्रायोगिक चाचणीने संपला ज्याने एमपेम्बा बरोबर असल्याची पुष्टी केली आणि ऑस्बोर्नचा पराभव झाला. अशा प्रकारे, शिकाऊ कुकने विज्ञानाच्या इतिहासात आपले नाव लिहिले आणि आतापासून या घटनेला "एमपेम्बा प्रभाव" म्हटले जाते. ते टाकून देणे, "अस्तित्वात नसलेले" म्हणून घोषित करणे अशक्य आहे. इंद्रियगोचर अस्तित्त्वात आहे आणि कवीने लिहिल्याप्रमाणे, "त्याला दुखापत होत नाही."

धूळ कण आणि द्रावण दोष आहेत?

वर्षानुवर्षे अनेकांनी गोठवणाऱ्या पाण्याचे रहस्य उलगडण्याचा प्रयत्न केला आहे. या घटनेसाठी स्पष्टीकरणांचा संपूर्ण समूह प्रस्तावित केला गेला आहे: बाष्पीभवन, संवहन, विरघळलेल्या पदार्थांचा प्रभाव - परंतु यापैकी कोणतेही घटक निश्चित मानले जाऊ शकत नाहीत. अनेक शास्त्रज्ञांनी त्यांचे संपूर्ण आयुष्य Mpemba प्रभावासाठी समर्पित केले आहे. न्यू यॉर्कच्या स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या रेडिएशन सेफ्टी विभागाचे सदस्य जेम्स ब्राउन्रिज हे एका दशकापासून आपल्या फावल्या वेळेत विरोधाभासाचा अभ्यास करत आहेत. शेकडो प्रयोग केल्यानंतर, शास्त्रज्ञ दावा करतात की हायपोथर्मियाच्या "दोष" चे पुरावे आहेत. ब्राउनरिज स्पष्ट करतात की 0°C वर, पाणी फक्त सुपर कूल होते आणि जेव्हा तापमान खाली येते तेव्हा ते गोठण्यास सुरवात होते. अतिशीत बिंदू पाण्यातील अशुद्धतेद्वारे नियंत्रित केला जातो - ते बर्फाच्या क्रिस्टल्सच्या निर्मितीचा दर बदलतात. धूलिकण, जीवाणू आणि विरघळलेले क्षार यासारख्या अशुद्धता, जेव्हा क्रिस्टलायझेशन केंद्रांभोवती बर्फाचे स्फटिक तयार होतात तेव्हा एक वैशिष्ट्यपूर्ण न्यूक्लिएशन तापमान असते. जेव्हा पाण्यात एकाच वेळी अनेक घटक असतात, तेव्हा गोठवण्याचा बिंदू सर्वात जास्त न्यूक्लिएशन तापमान असलेल्या घटकाद्वारे निर्धारित केला जातो.

प्रयोगासाठी, ब्राउनरिजने समान तापमानाचे दोन पाण्याचे नमुने घेतले आणि फ्रीझरमध्ये ठेवले. त्याने शोधून काढले की एक नमुने नेहमी दुसऱ्याच्या आधी गोठलेला असतो, बहुधा अशुद्धतेच्या वेगळ्या संयोगामुळे.

ब्राउनरिज म्हणतात की गरम पाणी जलद थंड होते कारण पाणी आणि फ्रीझरच्या तापमानात मोठा फरक आहे - यामुळे थंड पाणी त्याच्या नैसर्गिक गोठणबिंदूपर्यंत पोहोचण्यापूर्वी त्याच्या गोठणबिंदूपर्यंत पोहोचण्यास मदत करते, जे किमान 5°C कमी आहे.

तथापि, ब्राउनरिजचे तर्क अनेक प्रश्न उपस्थित करतात. म्हणून, जे त्यांच्या स्वत: च्या मार्गाने Mpemba प्रभाव समजावून सांगू शकतात त्यांना ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्रीमधून हजार पौंड स्टर्लिंगसाठी स्पर्धा करण्याची संधी आहे.

थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी जास्त का गोठते याविषयी अनेक संशोधकांनी त्यांच्या स्वत:च्या आवृत्त्या मांडल्या आहेत आणि पुढेही मांडत आहेत. हे एक विरोधाभास वाटेल - सर्व केल्यानंतर, गोठण्यासाठी, गरम पाणी प्रथम थंड करणे आवश्यक आहे. तथापि, वस्तुस्थिती एक वस्तुस्थिती आहे आणि शास्त्रज्ञ वेगवेगळ्या प्रकारे ते स्पष्ट करतात.

प्रमुख आवृत्त्या

या क्षणी, या वस्तुस्थितीचे स्पष्टीकरण देणारी अनेक आवृत्त्या आहेत:

1. कारण गरम पाण्याचे बाष्पीभवन वेगाने होते, त्याचे प्रमाण कमी होते. आणि त्याच तपमानावर थोड्या प्रमाणात पाणी गोठणे जलद होते.
2. रेफ्रिजरेटरच्या फ्रीझर कंपार्टमेंटमध्ये स्नो लाइनर आहे. गरम पाण्याचा कंटेनर खाली बर्फ वितळतो. हे फ्रीजरसह थर्मल संपर्क सुधारते.
3. थंड पाण्याचे गोठणे, गरम पाण्याच्या विपरीत, शीर्षस्थानी सुरू होते. त्याच वेळी, संवहन आणि उष्णता विकिरण, आणि परिणामी, उष्णतेचे नुकसान अधिक तीव्र होते.
4. थंड पाण्यात क्रिस्टलायझेशन केंद्रे असतात - त्यात विरघळलेले पदार्थ. जर पाण्यात त्यांची सामग्री लहान असेल तर, आइसिंग करणे कठीण आहे, जरी त्याच वेळी, सुपर कूलिंग शक्य आहे - जेव्हा उप-शून्य तापमानात त्यात द्रव स्थिती असते.

जरी निष्पक्षतेने आपण असे म्हणू शकतो की हा प्रभाव नेहमीच पाळला जात नाही. बरेचदा, थंड पाणी गरम पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते.

कोणत्या तापमानाला पाणी गोठते

पाणी अजिबात का गोठते? त्यात विशिष्ट प्रमाणात खनिज किंवा सेंद्रिय कण असतात. हे, उदाहरणार्थ, वाळू, धूळ किंवा चिकणमातीचे अगदी लहान कण असू शकतात. जसजसे हवेचे तापमान कमी होते, तसतसे हे कण केंद्र असतात ज्याभोवती बर्फाचे स्फटिक तयार होतात.

क्रिस्टलायझेशन न्यूक्लीयची भूमिका देखील पाणी असलेल्या कंटेनरमध्ये हवेचे फुगे आणि क्रॅकद्वारे खेळली जाऊ शकते. पाण्याचे बर्फात रुपांतर करण्याच्या प्रक्रियेचा वेग मोठ्या प्रमाणावर अशा केंद्रांच्या संख्येने प्रभावित होतो - जर त्यापैकी बरेच असतील तर द्रव जलद गोठतो. सामान्य परिस्थितीत, सामान्य वातावरणाच्या दाबासह, 0 अंश तापमानात पाणी द्रवपदार्थातून घन अवस्थेत बदलते.

Mpemba प्रभाव सार

Mpemba प्रभाव हा एक विरोधाभास आहे, ज्याचा सार असा आहे की विशिष्ट परिस्थितीत गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने गोठते. ही घटना अॅरिस्टॉटल आणि डेकार्टेस यांनी लक्षात घेतली. तथापि, 1963 पर्यंत टांझानियन शाळकरी इरास्टो एमपेम्बा यांनी ठरवले की गरम आइस्क्रीम थंड आइस्क्रीमपेक्षा कमी वेळात गोठते. स्वयंपाकाचे काम पूर्ण करताना त्यांनी हा निष्कर्ष काढला.

त्याला उकडलेल्या दुधात साखर विरघळवावी लागली आणि ती थंड झाल्यावर रेफ्रिजरेटरमध्ये गोठवण्यासाठी ठेवा. वरवर पाहता, एमपेम्बा विशेष मेहनती नव्हता आणि त्याने कामाचा पहिला भाग उशीरा पूर्ण करण्यास सुरुवात केली. म्हणून, त्याने दूध थंड होण्याची वाट न पाहता, गरम रेफ्रिजरेटरमध्ये ठेवले. दिलेल्या तंत्रज्ञानाच्या अनुषंगाने काम करणाऱ्या त्याच्या वर्गमित्रांपेक्षाही ते अधिक वेगाने गोठले तेव्हा त्याला खूप आश्चर्य वाटले.

ही वस्तुस्थिती त्या तरुणाला खूप आवडली आणि त्याने साध्या पाण्याचे प्रयोग सुरू केले. १९६९ मध्ये, फिजिक्स एज्युकेशन या जर्नलने दार एस सलाम विद्यापीठाचे एमपेम्बा आणि प्राध्यापक डेनिस ओसबोर्न यांच्या संशोधनाचे परिणाम प्रकाशित केले. त्यांनी वर्णन केलेल्या प्रभावाला Mpemba हे नाव देण्यात आले. तथापि, आजही या घटनेचे कोणतेही स्पष्ट स्पष्टीकरण नाही. सर्व शास्त्रज्ञ सहमत आहेत की यामध्ये मुख्य भूमिका थंडगार आणि गरम पाण्याच्या गुणधर्मांमधील फरकांची आहे, परंतु नेमके काय माहित नाही.

सिंगापूर आवृत्ती

सिंगापूरच्या एका विद्यापीठातील भौतिकशास्त्रज्ञांना देखील या प्रश्नात रस होता की कोणते पाणी जलद गोठते - गरम की थंड? शी झांग यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधकांच्या पथकाने पाण्याच्या गुणधर्मांद्वारे हा विरोधाभास तंतोतंत स्पष्ट केला. प्रत्येकाला शाळेतील पाण्याची रचना माहित आहे - एक ऑक्सिजन अणू आणि दोन हायड्रोजन अणू. ऑक्सिजन काही प्रमाणात इलेक्ट्रॉन्स हायड्रोजनपासून दूर खेचतो, म्हणून रेणू हा एक विशिष्ट प्रकारचा “चुंबक” असतो.

परिणामी, पाण्यातील काही रेणू एकमेकांकडे थोडेसे आकर्षित होतात आणि हायड्रोजन बंधाने एकत्र होतात. त्याची ताकद सहसंयोजक बंधापेक्षा अनेक पटीने कमी असते. सिंगापूरच्या संशोधकांचा असा विश्वास आहे की Mpemba च्या विरोधाभासाचे स्पष्टीकरण तंतोतंत हायड्रोजन बाँडमध्ये आहे. जर पाण्याचे रेणू खूप घट्टपणे एकत्र ठेवलेले असतील, तर रेणूंमधील असा मजबूत संवाद रेणूच्या मध्यभागी असलेल्या सहसंयोजक बंधाला विकृत करू शकतो.

पण जेव्हा पाणी गरम होते तेव्हा बांधलेले रेणू एकमेकांपासून थोडे दूर जातात. परिणामी, सहसंयोजक बंधांचे शिथिलता रेणूंच्या मध्यभागी जास्त ऊर्जा सोडते आणि कमी ऊर्जा पातळीवर संक्रमण होते. यामुळे गरम पाणी वेगाने थंड होऊ लागते. किमान, सिंगापूरच्या शास्त्रज्ञांनी केलेली सैद्धांतिक गणना हेच दर्शवते.

त्वरित गोठवणारे पाणी - 5 अविश्वसनीय युक्त्या: व्हिडिओ

थंड पाण्यापेक्षा जास्त वेगाने गरम पाणी गोठण्याची घटना विज्ञानात Mpemba प्रभाव म्हणून ओळखली जाते. अ‍ॅरिस्टॉटल, फ्रान्सिस बेकन आणि रेने डेकार्टेस सारख्या महान विचारांनी या विरोधाभासी घटनेवर विचार केला, परंतु हजारो वर्षांपासून कोणीही अद्याप या घटनेचे वाजवी स्पष्टीकरण देऊ शकले नाही.

केवळ 1963 मध्ये, टांगानिका प्रजासत्ताकातील शाळकरी मुलाने, इरास्टो एमपेम्बा, आइस्क्रीमचे उदाहरण वापरून हा परिणाम लक्षात घेतला, परंतु कोणत्याही प्रौढ व्यक्तीने त्याला स्पष्टीकरण दिले नाही. तरीसुद्धा, भौतिकशास्त्रज्ञ आणि रसायनशास्त्रज्ञांनी अशा साध्या, परंतु इतक्या अनाकलनीय घटनेबद्दल गंभीरपणे विचार केला आहे.

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 ज्ञात 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.

रसायनशास्त्रज्ञ त्यांच्या लेखात लिहितात, जे प्रीप्रिंट वेबसाइट arXiv.org वर आढळू शकते, गरम पाण्यात हायड्रोजन बंध थंड पाण्यापेक्षा अधिक 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.

हॅलो, मनोरंजक तथ्य प्रिय प्रेमी. आज आम्ही तुमच्याशी याबद्दल बोलणार आहोत. परंतु मला वाटते की शीर्षकात विचारलेला प्रश्न अगदीच मूर्खपणाचा वाटू शकतो - परंतु एखाद्याने नेहमीच कुख्यात "सामान्य ज्ञान" वर अविभक्तपणे विश्वास ठेवला पाहिजे आणि काटेकोरपणे स्थापित केलेल्या चाचणी प्रयोगावर नाही. थंड पाण्यापेक्षा गरम पाणी का गोठते ते शोधण्याचा प्रयत्न करूया?

ऐतिहासिक संदर्भ

थंड आणि गरम पाणी गोठवण्याच्या समस्येमध्ये, अॅरिस्टॉटलच्या कामात "सर्व काही शुद्ध नाही" असा उल्लेख केला गेला होता, त्यानंतर एफ. बेकन, आर. डेकार्टेस आणि जे. ब्लॅक यांनी तशाच नोट्स तयार केल्या होत्या. अलीकडच्या इतिहासात, या परिणामाला “एमपेम्बाचा विरोधाभास” असे नाव देण्यात आले आहे - टांगानिका येथील एका शाळकरी मुलाच्या नावावरून, एरास्टो एमपेम्बा, ज्याने व्हिजिटिंग फिजिक्स प्रोफेसरला हाच प्रश्न विचारला.

मुलाचा प्रश्न कोठूनही उद्भवला नाही, परंतु स्वयंपाकघरात आइस्क्रीम मिश्रण थंड करण्याच्या प्रक्रियेच्या पूर्णपणे वैयक्तिक निरीक्षणातून उद्भवला. अर्थात, तेथे उपस्थित असलेल्या वर्गमित्रांनी, शाळेच्या शिक्षकांसह, एमपेम्बा हसले - तथापि, प्रोफेसर डी. ओसबोर्न यांच्या वैयक्तिकरित्या प्रायोगिक चाचणीनंतर, इरास्टोची चेष्टा करण्याची इच्छा त्यांच्याकडून "बाष्पीभवन" झाली. शिवाय, एमपेम्बा यांनी एका प्राध्यापकासह 1969 मध्ये भौतिकशास्त्र शिक्षणात या परिणामाचे तपशीलवार वर्णन प्रकाशित केले - आणि तेव्हापासून वैज्ञानिक साहित्यात वरील नाव निश्चित केले गेले.

घटनेचे सार काय आहे?

प्रयोगाचा सेटअप अगदी सोपा आहे: इतर सर्व गोष्टी समान असल्याने, समान पातळ-भिंतीच्या पात्रांची चाचणी केली जाते, ज्यामध्ये काटेकोरपणे समान प्रमाणात पाणी असते, फक्त तापमानात फरक असतो. जहाजे रेफ्रिजरेटरमध्ये लोड केली जातात, त्यानंतर त्या प्रत्येकामध्ये बर्फ तयार होईपर्यंत वेळ नोंदविला जातो. विरोधाभास असा आहे की सुरुवातीला गरम द्रव असलेल्या भांड्यात हे जलद होते.

आधुनिक भौतिकशास्त्र हे कसे स्पष्ट करते?

विरोधाभासाचे सार्वत्रिक स्पष्टीकरण नसते, कारण अनेक समांतर प्रक्रिया एकत्र होतात, त्यातील योगदान विशिष्ट प्रारंभिक परिस्थितीनुसार बदलू शकते - परंतु एकसमान परिणामासह:

• सुपर कूल करण्याची द्रवाची क्षमता - सुरुवातीला थंड पाणी सुपर कूलिंगसाठी अधिक प्रवण असते, उदा. जेव्हा त्याचे तापमान आधीच गोठणबिंदूच्या खाली असते तेव्हा द्रव राहते
• प्रवेगक कूलिंग - गरम पाण्यातील वाफेचे रूपांतर बर्फाच्या मायक्रोक्रिस्टल्समध्ये होते, जे मागे पडताना प्रक्रियेस गती देते, अतिरिक्त "बाह्य उष्णता एक्सचेंजर" म्हणून काम करते.
• इन्सुलेशन प्रभाव - गरम पाण्याच्या विपरीत, थंड पाणी वरून गोठते, ज्यामुळे संवहन आणि रेडिएशनद्वारे उष्णता हस्तांतरण कमी होते

इतरही अनेक स्पष्टीकरणे आहेत (ब्रिटिश रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्रीने नुकतीच 2012 मध्ये सर्वोत्तम गृहीतकासाठी स्पर्धा आयोजित केली होती) - परंतु इनपुट परिस्थितींच्या संयोजनाच्या सर्व प्रकरणांसाठी अद्याप कोणताही अस्पष्ट सिद्धांत नाही...