Mpemba efekt: razlika između inačica

Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
predložak
m lektura
Redak 13:
Sam Decartes je 1600. godine bezuspješno pokušavao objasniti zašto se toplija voda brže smrzne od hladnije. U pismu Decartesa kojeg je uputio Mersenneu , piše kako on ne proučava da li se toplija voda brže smrzne od hladnije, nego piše kako je prvo prokuhao vodu i pustio bi je da se ohladi na jednaku temperaturu kao i kod druge posude s neprokuhanom vodom. On kaže da bi se čak i tada prokuhana voda prije smrznula od neprokuhane, tj. da je voda nakon ključanja nekako promijenila svoja svojstva.
 
Godine [[1963.|1963]]. [[Tanzanija|tanzanijski]] osnovnoškolac Erasto B. Mpemba je uočio istu pojavu i slijedom događaja je vratio u modernu znanost. Naime, u njegovoj školi bio je običaj da učenici rade [[sladoled]]. No, u hladnjaku nije uvijek bilo dovoljno mjesta za sve posude sas vrućom smjesom mlijeka koje bi se kasnije hladile i pretvorile u sladoled, pa je Mpemba, u strahu da ne ostane bez sladoleda, stavio vruću smjesu mlijeka odmah u hladnjak (a to je bilo zabranjeno jer se smatralo da bi moglo oštetiti dragocijeni hladnjak), a da je prije toga nije pustio da se lagano ohladi na zraku. Uočio je da se posuda mlijeka neobično brzo smrznula i pitao je svoga profesora zašto se toplije mlijeko brže smrzne od hladnijeg. Profesor se samo izrugao s njim. No, Mpemba je bio ustrajan i ponavljao je pokus i pokazivao ga svojim prijateljima. U svakom pokusu toplije mlijeko bi se brže smrznulo od hladnijeg. Mpemba je još saznao da sladoledari u Tanga Cityju već odavno znaju za taj fenomen i praktično ga koriste.
 
Mpemba je krenuo u srednju školu i na njegovu sreću, u posjet im je došao Dr. Osborne, profesor fizike. Mpemba se odvažio i postavio isto pitanje. Profesor je bio jako skeptičan glede tog problema, ali je ipak obećao Mpembi da će provjeriti. Javio je svome asistentu da provjeri, a ovaj mu je nakon nekoliko eksperimenata dojavio da se toplija voda uistinu brže smrzne od hladnije i dodao je „ali ćemo ponavljati eksperminet dok ne dobijemo prave rezultate“. Ali eksperimenti su davali iste rezultate, pa su dr. Osborne i Mpemba napisali zajednični članak 1969. godine.
Ubrzno, nakon objavljivanja članka, uslijedili su napadi, ali i mnogo potvrda Mpembina efekta.
Iste godine, nezavisno, dr. Kell je napisao članak o tome kako se toplija voda brže smrzne od hladnije. On je bio upoznat sas kanadskom urbanom legendom koja je upozoravala da se auto ne valja prati vrućom vodom za vrijeme hladnih dana, inače će se jako brzo smrznuti. Kell je kao objašnjenje je dao [[isparavanje]]. Smatrao je da će toplija voda gubiti na masi i da će se zbog toga brže ohladiti. No, ubrzo je napravljen eksperiment koji je tu tvrdnju demantirao.
 
Danas postoji nekoliko mogućih objašnjenja, uključujući isparavanje.
Redak 24:
Mpemba efekt se pojavljuje kada imamo dvije posude vode, idetične na svaki način, osim što jedna posuda sadrži topliju, a druga hladniju vodu, izložene u okolini u kojoj je tempeatura ispod nule i početno toplija voda se brže smrzne od početno hladnije.
Očito je da ovo proturiječi zdravom razumu; uzmimo primjer:
''Imamo dvije posude vode. U posudi A je voda temperature 80⁰C, a u B vodu temperature 20⁰C. Izložimo ih jednakom hlađenju. Ako vodi u posudi B treba t(x) vremena da se smrzne (0⁰C) , logično je da će vodi u posudi A trebati neki t(y) vremena da se ohladi od 80⁰C do 20⁰C i plus vrijeme t(x) da se ohladi sas 20⁰C na 0⁰C; tj za hlađenje vode u posudi A uvijek će trebati više vremena za t(y) od vode u posudi B.''
Isto tako, ovo proturiječi, na prvi pogled, i zakonima termodinamike i [[Isaac Newton|Newtonovom]] zakonu hlađenja :
 
Redak 48:
 
Jedan od najjednostavnijih mogućih razloga. Uvjeti iz okoline.
Kao primjer se navodi da ako u hladnjak stavimo topliju i hladniju vodu (koje su u čašama). Sada se te čaše nalaze na sloju leda. Toplija čaša će rastopiti taj sloj i imati će bolji kontakt sas hladnjakom (kondukcija), te će se tako i brže hladiti. Isto tako, ako promatramo isparavanje, moramo voditi računa o obliku posude. Ovo može zvučati kao nešto banalno, ali upućuje da je bitno uvažiti i efekt okoline, ukoliko želimo točno objasniti ovu pojavu.
 
*'''Otopljeni plin'''
 
Istina je da hladnija voda ima više otopljenog plina u sebi nego toplija voda. Posljedica toga je što se pri ključanju vode otopljeni plin oslobađa. Moguće je da taj plin na neki način utječe na točku smrzavanja vode ili količinu topline potrebne da se određena količina vode ohladi. Poznat je pokus Freemana sas vodom zasićenoj sas CO<sub>2</sub> (koji nije opisivao ionska svojstva, koja su jako bitna). On je proučavao Mpemba efekt sas vodom u kojoj je otopljen ugljikov dioksid.
Ovo bi se moglo nadovezati na već spomenuti Descartesov pokus; isto tako Mpemba i Osborne su u svome eksperimentu radili sas prokuhanom vodom i time je očito da to otopljeni plin i ne mora uzročnik Mpemba efekta (jer ga, kada voda proključa, praktički i nema).
 
*'''Pothlađivanje'''
 
Godine 1916., F.C.Brown je radio eksperiment . Ulio je u 100 staklenih eprueta vodu iz slavine. Od toga, 50 ih je prokuhao, a 50 nije dirao. Prvo je pričekao da se temperature izjednače, a onda ih je stavio u okolinu sas temperaturom ispod nule. Primjtio je da su se 44 epruete sas prokuhanom vodom raspukle, a samo 4 sas neprokuhanom. Brown je primjetio da se prokuhana voda više pothlađuje od neprokuhane.
Brown je tu pojavu protumačio s pretpostvakom da prokuhana voda ima manje otopljenog plina koji spriječava pothlađivanje.
N.E.Dorsy je, svojim eksperimentima, zaključio da otopljeni plin i ne igra neku važnu ulogu u pothlađivanju . On je pojavu da se toplija voda više pothladi od hladnije prepisao nukleacijskim mjestima koje toplija voda deaktivira.
Redak 65:
 
Najkompleksniji parametar od svih. Kako se voda hladi, razvijaju se konvenkcijske struje i temperatura više nije homogena.
Zbog ove pojave, analiza se zakomplicira, jer više ne radimo sas jednim parametrom, već sa skalarnom funkcijom i dinamika fluida postaje teška za opisati. Ipak, za temperature poviše 4⁰C, toplija voda ima manju gustoću od hladnije, i početi će se gibati (dizati) prema vrha, kao što predviđa [[Arhimed]]ov zakon; tj. javljati će se ascedentno i descedetno strujanje. Očito je, zbog temperaturne nehomogenosti, da voda pri srednjoj temperaturi od, npr. 35⁰C, neće biti u svim djelovimadijelovima na toj temperaturi, već će na vrhu (posude) biti mnogo toplija a na dnu (posude) mnogo hladnije; što povlači i veće isparavanje od predviđenog. Ako želimo preko konvekcije objasniti Mpembin efekt, moramo promatrati i isparavanje. Valja napomenuti da je konvekcija osjetljiva na oblik i dimenzije posude.
 
=== Natječaj ===