الماء الذي يتجمد بشكل أسرع ، ساخن أو بارد ، يتأثر بعدة عوامل ، لكن السؤال نفسه يبدو غريباً بعض الشيء. من المفهوم ضمنيًا ، ومن المعروف من الفيزياء ، أن الماء الساخن لا يزال بحاجة إلى وقت ليبرد إلى درجة حرارة الماء البارد المماثلة من أجل أن يتحول إلى جليد. مع الماء البارد يمكن تخطي هذه المرحلة و بالتالي تفوز في الوقت المناسب
لكن الجواب على السؤال عن الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - بارد أو ساخن - في الشارع في حالة الصقيع ، يعرف أي من سكان خطوط العرض الشمالية. في الواقع ، علميًا ، اتضح أنه على أي حال ، يجب أن يتجمد الماء البارد بشكل أسرع.
هكذا فعل مدرس الفيزياء ، الذي اتصل به تلميذ المدرسة إيراستو مبيمبا في عام 1963 بطلب لشرح سبب تجميد المزيج البارد للآيس كريم المستقبلي لفترة أطول من نفسه ، لكن ساخن.
هذه ليست فيزياء العالم ، ولكن نوعًا من فيزياء مبيمبا
في ذلك الوقت ، ضحك المعلم فقط على هذا ، لكن دنيس أوزبورن ، أستاذ الفيزياء ، الذي ذهب في وقت ما إلى نفس المدرسة التي درس فيها إيراستو ، أكد بشكل تجريبي وجود مثل هذا التأثير ، على الرغم من وجوده. لا يوجد تفسير لذلك إذن. في عام 1969 نشرت مجلة علمية مشهورة مقالاً مشتركاً للرجلين وصفا هذا التأثير الغريب.
منذ ذلك الحين ، بالمناسبة ، السؤال عن الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - ساخن أو بارد ، له اسمه الخاص - التأثير ، أو التناقض ، مبيمبا.
السؤال نشأ منذ زمن طويل
بطبيعة الحال حدثت مثل هذه الظاهرة من قبل ، وقد ورد ذكرها في أعمال علماء آخرين. لم يكن تلميذ فقط مهتمًا بهذا السؤال ، لكن فرانسيس بيكون ورينيه ديكارت وحتى أرسطو فكروا في الأمر في وقت واحد.
هذه مجرد طرق لحل هذه المفارقة بدأت تظهر فقط في نهاية القرن العشرين.
شروط لحدوث التناقض
كما هو الحال مع الآيس كريم ، لا يتجمد الماء العادي فقط أثناء التجربة. يجب أن تكون هناك ظروف معينة من أجل البدء في الجدل حول الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - بارد أو ساخن. ما الذي يؤثر على هذه العملية؟
الآن ، في القرن الحادي والعشرين ، تم طرح العديد من الخيارات التي يمكن أن تفسرهذا التناقض. قد يعتمد نوع الماء الذي يتجمد بشكل أسرع ، ساخن أو بارد ، على حقيقة أن الماء الساخن لديه معدل تبخر أعلى من الماء البارد. وبالتالي ، ينخفض حجمه ، ومع انخفاض الحجم ، يصبح وقت التجميد أقصر مما لو كنت تأخذ حجمًا أوليًا مماثلًا من الماء البارد.
تم فك تجميد الفريزر لفترة طويلة
الماء الذي يتجمد بشكل أسرع ، ولماذا يحدث ، يمكن أن يتأثر بالبطانة الثلجية التي قد تكون في مجمد الثلاجة المستخدمة في التجربة. إذا أخذت حاويتين متطابقتين في الحجم ، لكن إحداهما تحتوي على ماء ساخن والأخرى ماء بارد ، فإن الحاوية التي تحتوي على ماء ساخن ستذيب الثلج تحتها ، وبالتالي تحسين ملامسة المستوى الحراري لجدار الثلاجة. لا يمكن لوعاء الماء البارد القيام بذلك. إذا لم يكن هناك مثل هذه البطانة بالثلج في حجرة الثلاجة ، فيجب أن يتجمد الماء البارد بشكل أسرع.
أعلى - أسفل
أيضا ، ظاهرة تجمد الماء بشكل أسرع - ساخن أو بارد ، موضحة على النحو التالي. باتباع قوانين معينة ، يبدأ الماء البارد في التجمد من الطبقات العليا ، عندما يفعل الماء الساخن العكس - يبدأ في التجمد من الأسفل إلى الأعلى. اتضح أن الماء البارد ، الذي يحتوي على طبقة باردة مع ثلج قد تشكل بالفعل في بعض الأماكن ، يضعف بالتالي من عمليات الحمل الحراري والإشعاع الحراري ، وبالتالي يشرح الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - بارد أو ساخن. صور من هواةالتجارب مرفقة وهذا واضح هنا
تخرج الحرارة ، وتميل إلى الأعلى ، وهناك تلتقي بطبقة شديدة البرودة. لا يوجد مسار حر للإشعاع الحراري ، وبالتالي تصبح عملية التبريد صعبة. الماء الساخن لا يحتوي على الإطلاق مثل هذه الحواجز في طريقه. الذي يتجمد بشكل أسرع - بارد أو ساخن ، والذي تعتمد عليه النتيجة المحتملة ، يمكنك توسيع الإجابة بالقول إن أي ماء به مواد معينة مذابة فيه.
الشوائب في تكوين الماء كعامل مؤثر في النتيجة
إذا كنت لا تغش وتستخدم الماء بنفس التركيبة ، حيث تكون تركيزات بعض المواد متطابقة ، فيجب أن يتجمد الماء البارد بشكل أسرع. ولكن إذا حدث موقف عندما تكون العناصر الكيميائية المذابة موجودة فقط في الماء الساخن ، بينما الماء البارد لا يمتلكها ، فإن الماء الساخن لديه فرصة للتجميد في وقت مبكر. ويفسر ذلك حقيقة أن المواد الذائبة في الماء تخلق مراكز تبلور ، ومع وجود عدد قليل من هذه المراكز ، يكون تحويل الماء إلى حالة صلبة أمرًا صعبًا. حتى التبريد الفائق للماء ممكن ، بمعنى أنه في درجات حرارة دون الصفر سيكون في حالة سائلة.
لكن كل هذه الإصدارات ، على ما يبدو ، لم تناسب العلماء تمامًا واستمروا في العمل على هذه القضية. في عام 2013 ، قال فريق من الباحثين في سنغافورة إنهم تمكنوا من حل اللغز القديم.
تدعي مجموعة من العلماء الصينيين أن سر هذا التأثير يكمن في كمية الطاقة المخزنة بين جزيئات الماء في روابطها ، والتي تسمى روابط الهيدروجين.
دليل من العلماء الصينيين
ستتبع المعلومات التالية ، لفهمها تحتاج إلى بعض المعرفة في الكيمياء من أجل معرفة الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - ساخن أو بارد. كما تعلم ، يتكون جزيء الماء من ذرتين H (هيدروجين) وذرة O (أكسجين) مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية.
لكن ذرات الهيدروجين لجزيء واحد تنجذب أيضًا إلى الجزيئات المجاورة ، إلى مكون الأكسجين الخاص بها. تسمى هذه الروابط بالروابط الهيدروجينية.
من الجدير بالذكر أنه في نفس الوقت ، تعمل جزيئات الماء بشكل مثير للاشمئزاز على بعضها البعض. لاحظ العلماء أنه عند تسخين الماء ، تزداد المسافة بين جزيئاته ، وتسهل قوى التنافر ذلك. اتضح أن الروابط الهيدروجينية ، التي تشغل مسافة واحدة بين الجزيئات في حالة باردة ، يمكن القول إنها ممتدة ، ولديها مصدر طاقة أكبر. يتم إطلاق احتياطي الطاقة هذا عندما تبدأ جزيئات الماء في الاقتراب من بعضها البعض ، أي يحدث التبريد. اتضح أن إمدادًا أكبر من الطاقة في الماء الساخن ، وإطلاقه الأكبر عند تبريده إلى درجات حرارة دون الصفر ، يحدث بشكل أسرع من الماء البارد ، الذي يحتوي على مثل هذا الإمداد.طاقة أقل. إذن أي الماء يتجمد بشكل أسرع - بارد أم ساخن؟ يجب أن تحدث مفارقة مبيمبا في الخارج وفي المختبر ، ويجب أن يتحول الماء الساخن إلى جليد بشكل أسرع.
لكن ما زالت مفتوحة
لا يوجد سوى تأكيد نظري لهذا الدليل - كل هذا مكتوب بصيغ جميلة ويبدو معقولاً. ولكن عندما يتم وضع البيانات التجريبية ، التي يتجمد فيها الماء بشكل أسرع - ساخن أو بارد ، بالمعنى العملي ، وسيتم تقديم نتائجها ، عندها سيكون من الممكن النظر في مسألة مفارقة Mpemba مغلقة.
