Air yang manakah lebih cepat membeku, panas atau sejuk, dipengaruhi oleh banyak faktor, tetapi soalan itu sendiri kelihatan agak pelik. Ia tersirat, dan diketahui dari fizik, bahawa air panas masih memerlukan masa untuk menyejukkan kepada suhu air sejuk yang setanding untuk bertukar menjadi ais. Dengan air sejuk, peringkat ini boleh dilangkau dan, dengan itu, ia menang tepat pada masanya.
Tetapi jawapan kepada persoalan air yang membeku lebih cepat - sejuk atau panas - di jalanan dalam keadaan beku, mana-mana penduduk lintang utara tahu. Malah, secara saintifik, ternyata dalam apa jua keadaan, air sejuk hanya perlu membeku lebih cepat.
Begitu juga guru fizik, yang didekati oleh budak sekolah Erasto Mpemba pada tahun 1963 dengan permintaan untuk menjelaskan mengapa campuran sejuk ais krim masa depan membeku lebih lama daripada yang sama, tetapi panas.
Ini bukan fizik dunia, tetapi sejenis fizik Mpemba
Pada masa itu, guru hanya mentertawakan perkara ini, tetapi Deniss Osborn, seorang profesor fizik, yang pada suatu ketika pergi ke sekolah yang sama di mana Erasto belajar, secara eksperimen mengesahkan kewujudan kesan sedemikian, walaupun terdapat tiada penjelasan untuk ini kemudian. Pada tahun 1969, sebuah jurnal saintifik yang popular menerbitkan artikel bersama oleh dua lelaki yang menerangkan kesan aneh ini.
Sejak itu, omong-omong, persoalan air yang membeku lebih cepat - panas atau sejuk, mempunyai namanya sendiri - kesannya, atau paradoks, Mpemba.
Persoalannya sudah lama timbul
Sememangnya, fenomena seperti itu pernah berlaku sebelum ini, dan ia disebut dalam karya saintis lain. Bukan sahaja seorang budak sekolah berminat dengan soalan ini, malah Francis Bacon, Rene Descartes dan juga Aristotle memikirkannya pada satu masa.
Itu sahaja pendekatan untuk menyelesaikan paradoks ini mula dilihat hanya pada penghujung abad kedua puluh.
Syarat untuk berlaku paradoks
Seperti ais krim, bukan sahaja air biasa yang membeku semasa percubaan. Keadaan tertentu mesti ada untuk memulakan pertikaian air yang lebih cepat membeku - sejuk atau panas. Apakah yang mempengaruhi proses ini?
Kini, dalam abad ke-21, beberapa pilihan telah dikemukakan yang boleh menjelaskanparadoks ini. Air yang mana lebih cepat membeku, panas atau sejuk, mungkin bergantung pada fakta bahawa air panas mempunyai kadar penyejatan yang lebih tinggi daripada air sejuk. Oleh itu, isipadunya berkurangan, dan dengan penurunan isipadu, masa pembekuan menjadi lebih pendek berbanding jika anda mengambil isipadu awal air sejuk yang serupa.
Penyejuk beku telah lama dinyahbeku
Air manakah yang lebih cepat membeku, dan sebab ia berlaku, boleh dipengaruhi oleh lapisan salji yang mungkin berada di dalam peti sejuk beku yang digunakan untuk percubaan. Jika anda mengambil dua bekas yang mempunyai isipadu yang sama, tetapi satu daripadanya akan mempunyai air panas dan satu lagi air sejuk, bekas dengan air panas akan mencairkan salji di bawahnya, dengan itu meningkatkan sentuhan paras haba dengan dinding peti sejuk. Bekas air sejuk tidak boleh berbuat demikian. Jika tiada lapisan salji seperti itu di dalam petak peti sejuk, air sejuk akan membeku lebih cepat.
Atas - bawah
Selain itu, fenomena air membeku lebih cepat - panas atau sejuk, dijelaskan seperti berikut. Mengikut undang-undang tertentu, air sejuk mula membeku dari lapisan atas, apabila air panas melakukannya sebaliknya - ia mula membeku dari bawah ke atas. Ternyata air sejuk, mempunyai lapisan sejuk di atas dengan ais yang sudah terbentuk di beberapa tempat, dengan itu menjejaskan proses perolakan dan sinaran haba, dengan itu menjelaskan air mana yang membeku lebih cepat - sejuk atau panas. Gambar dari amaturpercubaan dilampirkan dan ini boleh dilihat dengan jelas di sini.
Haba keluar, cenderung ke atas, dan di sana ia bertemu dengan lapisan yang sangat sejuk. Tiada laluan bebas untuk sinaran haba, jadi proses penyejukan menjadi sukar. Air panas sama sekali tidak mempunyai halangan sedemikian dalam laluannya. Yang lebih cepat membeku - sejuk atau panas, yang bergantung kepada kemungkinan hasil, anda boleh mengembangkan jawapan dengan mengatakan bahawa mana-mana air mempunyai bahan tertentu yang terlarut di dalamnya.
Kekotoran dalam komposisi air sebagai faktor yang mempengaruhi hasil
Jika anda tidak menipu dan menggunakan air dengan komposisi yang sama, di mana kepekatan bahan tertentu adalah sama, maka air sejuk akan membeku lebih cepat. Tetapi jika keadaan berlaku apabila unsur kimia terlarut hanya terdapat dalam air panas, manakala air sejuk tidak memilikinya, maka air panas mempunyai peluang untuk membeku lebih awal. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa bahan terlarut dalam air mewujudkan pusat penghabluran, dan dengan sebilangan kecil pusat ini, perubahan air menjadi keadaan pepejal adalah sukar. Malah penyejukan super air boleh dilakukan, dalam erti kata bahawa pada suhu di bawah sifar ia akan berada dalam keadaan cair.
Tetapi semua versi ini, nampaknya, tidak sesuai sepenuhnya dengan saintis dan mereka terus mengusahakan isu ini. Pada 2013, sepasukan penyelidik di Singapura berkata mereka telah menyelesaikan misteri lama itu.
Sekumpulan saintis China mendakwa bahawa rahsia kesan ini terletak pada jumlah tenaga yang disimpan antara molekul air dalam ikatannya, yang dipanggil ikatan hidrogen.
Petunjuk daripada saintis China
Maklumat berikut akan menyusul, untuk memahaminya anda perlu mempunyai sedikit pengetahuan dalam kimia untuk mengetahui air yang membeku lebih cepat - panas atau sejuk. Seperti yang anda ketahui, molekul air terdiri daripada dua atom H (hidrogen) dan satu atom O (oksigen) yang disatukan oleh ikatan kovalen.
Tetapi atom hidrogen bagi satu molekul juga tertarik kepada molekul jiran, kepada komponen oksigennya. Ikatan inilah yang dipanggil ikatan hidrogen.
Perlu diingat bahawa pada masa yang sama, molekul air bertindak secara menolak antara satu sama lain. Para saintis menyatakan bahawa apabila air dipanaskan, jarak antara molekulnya meningkat, dan ini difasilitasi oleh daya tolakan. Ternyata ikatan hidrogen, yang menempati satu jarak antara molekul dalam keadaan sejuk, boleh dikatakan diregangkan, dan mereka mempunyai bekalan tenaga yang lebih besar. Rizab tenaga inilah yang dibebaskan apabila molekul air mula mendekati satu sama lain, iaitu, penyejukan berlaku. Ternyata bekalan tenaga yang lebih besar dalam air panas, dan pelepasannya yang lebih besar apabila disejukkan ke suhu sub-sifar, berlaku lebih cepat daripada air sejuk, yang mempunyai bekalan sedemikian.kurang tenaga. Jadi air mana yang lebih cepat membeku - sejuk atau panas? Paradoks Mpemba sepatutnya berlaku di luar dan di dalam makmal, dan air panas akan menjadi ais dengan lebih cepat.
Tetapi masih dibuka
Hanya terdapat pengesahan teori bagi petunjuk ini - semua ini ditulis dalam formula yang cantik dan nampaknya boleh dipercayai. Tetapi apabila data eksperimen, yang mana air membeku lebih cepat - panas atau sejuk, akan dimasukkan ke dalam erti kata yang praktikal, dan keputusannya akan dibentangkan, maka adalah mungkin untuk mempertimbangkan persoalan paradoks Mpemba ditutup.
