कौन सा पानी जल्दी जम जाएगा, गर्म या ठंडा? गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में जल्दी क्यों जम जाता है? म्पेम्बा प्रभाव
म्पेम्बा प्रभाव(एमपेम्बा का विरोधाभास) एक विरोधाभास है जो बताता है कि कुछ परिस्थितियों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है, हालांकि जमने की प्रक्रिया के दौरान इसे ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, एक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान तक ठंडा होने के लिए ठंडे शरीर की तुलना में उसी तापमान तक ठंडा होने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है।
इस घटना को एक समय में अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने देखा था, लेकिन 1963 में ही तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बा ने पाया कि गर्म आइसक्रीम का मिश्रण ठंडे की तुलना में तेजी से जम जाता है।
मगम्बिंस्काया का छात्र होना हाई स्कूलतंजानिया में एरास्टो एमपेम्बा ने किया व्यावहारिक कार्यखाना पकाने में. उसे घर पर आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, ठंडा होने तक कमरे का तापमानऔर फिर जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने कार्य के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किए गए उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया।
इसके बाद एमपेम्बा ने न सिर्फ दूध के साथ, बल्कि इसके साथ भी प्रयोग किया सादा पानी. किसी भी मामले में, पहले से ही मक्वावा सेकेंडरी स्कूल में एक छात्र के रूप में, उन्होंने दार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए स्कूल निदेशक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप लेते हैं पानी की समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रखें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" ओसबोर्न को इस मुद्दे में रुचि हो गई और जल्द ही, 1969 में, उन्होंने और एम्पेम्बा ने अपने प्रयोगों के परिणामों को फिजिक्स एजुकेशन पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को कहा जाने लगा म्पेम्बा प्रभाव.
अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालाँकि 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 अलग-अलग तापमान.
एमपेम्बा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है वह 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 इसकी कई बार पुष्टि की गई है। इसी प्रभाव में, 100°C पर पानी 35°C पर समान मात्रा के पानी की तुलना में 0°C तक तेजी से ठंडा हो जाता है।
हालाँकि, यह अभी तक कोई विरोधाभास नहीं दर्शाता है, क्योंकि एमपीईएमबीए प्रभाव को ज्ञात भौतिकी के ढांचे के भीतर समझाया जा सकता है। यहां एमपीईएमबीए प्रभाव के लिए कुछ स्पष्टीकरण दिए गए हैं:
वाष्पीकरण
गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान पर पानी की छोटी 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 है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरी बात, तापमान इस तथ्य के कारण कम हो जाता है कि जल चरण से भाप चरण में संक्रमण के वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है।
तापमान अंतराल
के बीच तापमान अंतर के कारण गर्म पानीऔर अधिक ठंडी हवा है - इसलिए, इस मामले में गर्मी विनिमय अधिक तीव्र है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।
अल्प तपावस्था
जब पानी 0 C से नीचे ठंडा होता है, तो वह हमेशा जमता नहीं है। कुछ शर्तों के तहत, यह हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान पर तरल बने रहते हुए सुपरकूलिंग से गुजर सकता है। कुछ मामलों में, पानी -20 C के तापमान पर भी तरल रह सकता है।
इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनना शुरू करने के लिए, क्रिस्टल निर्माण केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक कि तापमान अपने आप क्रिस्टल बनने के लिए पर्याप्त न गिर जाए। जब वे सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, जिससे स्लश बर्फ बनेगी, जो जम कर बर्फ बन जाएगी।
गर्म पानी हाइपोथर्मिया के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील 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 के कारण गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है? के मामले में ठंडा पानी, जो अतिशीतित नहीं है, निम्नलिखित घटित 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 कम 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 सुपरकूलिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी नष्ट हो जाती है और इसलिए इसका निर्माण होता है अधिक बर्फ.
इस आशय के कई शोधकर्ता एमपेम्बा प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं।
कंवेक्शन
ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे ऊष्मा विकिरण और संवहन की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, और परिणामस्वरूप गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमना शुरू हो जाता है।
इस प्रभाव को जल घनत्व में विसंगति द्वारा समझाया गया है। पानी का अधिकतम घनत्व 4 C पर 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। चूँकि यह पानी 4 C के तापमान वाले पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में, कुछ ही समय में पानी की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाएगी, लेकिन बर्फ की यह परत एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो पानी की निचली परतों की रक्षा करेगी, जो 4 C 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 परत अधिक तेज़ी से ठंडी हो जाएगी। इसके अलावा, पानी की ठंडी परतें परतों की तुलना में अधिक घनी होती हैं गर्म पानी, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब जाएगी, जिससे परत ऊपर उठ जाएगी गर्म पानीज़मीनी स्तर पर। पानी का यह संचलन तापमान में तेजी से गिरावट सुनिश्चित करता है।
लेकिन यह प्रक्रिया संतुलन बिंदु तक क्यों नहीं पहुंचती? संवहन के इस दृष्टिकोण से म्पेम्बा प्रभाव को समझाने के लिए, यह मानना आवश्यक होगा 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।
हालाँकि, इस परिकल्पना का समर्थन करने के लिए कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है कि पानी की ठंडी और गर्म परतें संवहन की प्रक्रिया द्वारा अलग हो जाती हैं।
गैसें पानी में घुल गईं
पानी में हमेशा गैसें घुली रहती 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 बाहर 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 बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में हमेशा कम घुली हुई गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और वह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाले कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं हैं।
ऊष्मीय चालकता
जब पानी को फ्रीजर में रखा जाता है तो यह तंत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। प्रशीतन कक्षछोटे कंटेनरों में. इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी का एक कंटेनर फ्रीजर के नीचे बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार के साथ थर्मल संपर्क और तापीय चालकता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, ठंडे पानी के कंटेनर की तुलना में गर्म पानी के कंटेनर से गर्मी तेजी से निकल जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को नहीं पिघलाता है।
इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का अध्ययन कई प्रयोगों में किया गया था, लेकिन इस सवाल का स्पष्ट उत्तर - उनमें से कौन सा एमपीईएमबीए प्रभाव का एक सौ प्रतिशत पुनरुत्पादन प्रदान करता है - कभी प्राप्त नहीं हुआ।
उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरबैक ने इस प्रभाव पर सुपरकूलिंग पानी के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, अतिशीतित अवस्था में पहुंचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। लेकिन गर्म पानी की तुलना में ठंडा पानी अतिशीतित अवस्था में तेजी से पहुंचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है।
इसके अलावा, ऑउरबैक के परिणामों ने पिछले डेटा का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त करने में सक्षम था। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब उसे उबाला जाता है तो उसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं।
अभी के लिए, केवल एक ही बात कही जा सकती है - इस प्रभाव का पुनरुत्पादन उन परिस्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि इसे हमेशा पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है।
1963 में, एरास्टो मपेम्बा नाम के एक तंजानियाई स्कूली छात्र ने अपने शिक्षक से एक बेवकूफी भरा सवाल पूछा - उसके फ्रीजर में गर्म आइसक्रीम ठंडी की तुलना में तेजी से क्यों जम गई?
तंजानिया के मगंबी हाई स्कूल में एक छात्र के रूप में, एरास्टो मपेम्बा ने रसोइया के रूप में व्यावहारिक काम किया। उसे घर पर आइसक्रीम बनाने की ज़रूरत थी - दूध उबालें, उसमें चीनी घोलें, उसे कमरे के तापमान तक ठंडा करें, और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रख दें। जाहिरा तौर पर, एमपेम्बा विशेष रूप से मेहनती छात्र नहीं था और उसने कार्य के पहले भाग को पूरा करने में देरी की। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह दी गई तकनीक के अनुसार तैयार किए गए उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया।
उन्होंने स्पष्टीकरण के लिए भौतिकी शिक्षक की ओर रुख किया, लेकिन उन्होंने केवल छात्र पर हँसते हुए निम्नलिखित कहा: "यह सार्वभौमिक भौतिकी नहीं है, बल्कि एमपेम्बा भौतिकी है।" इसके बाद एमपेम्बा ने न सिर्फ दूध के साथ, बल्कि साधारण पानी के साथ भी प्रयोग किया।
किसी भी मामले में, पहले से ही मक्वावा सेकेंडरी स्कूल में एक छात्र के रूप में, उन्होंने दार एस सलाम में यूनिवर्सिटी कॉलेज के प्रोफेसर डेनिस ओसबोर्न (छात्रों को भौतिकी पर व्याख्यान देने के लिए स्कूल निदेशक द्वारा आमंत्रित) से विशेष रूप से पानी के बारे में पूछा: "यदि आप लेते हैं पानी की समान मात्रा वाले दो समान कंटेनर ताकि उनमें से एक में पानी का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस हो, और दूसरे में - 100 डिग्री सेल्सियस, और उन्हें फ्रीजर में रखें, फिर दूसरे में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" ओसबोर्न को इस मुद्दे में रुचि हो गई और जल्द ही 1969 में, एमपेम्बा के साथ मिलकर, उन्होंने अपने प्रयोगों के परिणामों को फिजिक्स एजुकेशन पत्रिका में प्रकाशित किया। तब से, उनके द्वारा खोजे गए प्रभाव को एमपेम्बा प्रभाव कहा जाता है।
क्या आप यह जानने में रुचि रखते हैं कि ऐसा क्यों होता है? अभी कुछ साल पहले, वैज्ञानिक इस घटना को समझाने में कामयाब रहे...
एमपेम्बा प्रभाव (एमपेम्बा पैराडॉक्स) एक विरोधाभास है जो बताता है कि कुछ परिस्थितियों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है, हालांकि इसे जमने की प्रक्रिया में ठंडे पानी के तापमान को पार करना होगा। यह विरोधाभास एक प्रायोगिक तथ्य है जो सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके अनुसार, समान परिस्थितियों में, एक गर्म शरीर को एक निश्चित तापमान तक ठंडा होने के लिए ठंडे शरीर की तुलना में उसी तापमान तक ठंडा होने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है।
इस घटना को अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने अपने समय में देखा था। अब तक, कोई नहीं जानता कि इस अजीब प्रभाव को कैसे समझाया जाए। वैज्ञानिकों के पास एक भी संस्करण नहीं है, हालाँकि 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 अलग-अलग तापमान. एमपेम्बा प्रभाव का विरोधाभास यह है कि जिस समय के दौरान शरीर परिवेश के तापमान तक ठंडा हो जाता है वह 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 इसकी कई बार पुष्टि की गई है। इसी प्रभाव में, 100°C पर पानी 35°C पर समान मात्रा के पानी की तुलना में 0°C तक तेजी से ठंडा हो जाता है।
तब से, अलग-अलग संस्करण व्यक्त किए गए हैं, जिनमें से एक इस प्रकार था: गर्म पानी का कुछ हिस्सा पहले तो वाष्पित हो जाता है, और फिर, जब थोड़ी मात्रा बच जाती है, तो पानी तेजी से जम जाता है। यह संस्करण अपनी सरलता के कारण सर्वाधिक लोकप्रिय हुआ, परन्तु वैज्ञानिक इससे पूर्णतः संतुष्ट नहीं थे।
अब रसायनज्ञ शी झांग के नेतृत्व में सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम का कहना है 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 पता लगाया 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 बंधे होते हैं, जो कण स्तर पर इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान जैसा दिखता है। एक और ज्ञात तथ्यइस तथ्य में निहित है कि हाइड्रोजन परमाणु पड़ोसी अणुओं से ऑक्सीजन परमाणुओं की ओर आकर्षित होते हैं - और हाइड्रोजन बांड बनते हैं।
साथ ही, पानी के अणु आम तौर पर एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। सिंगापुर के वैज्ञानिकों ने देखा: पानी जितना गर्म होगा, प्रतिकारक शक्तियों में वृद्धि के कारण तरल के अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होगी। परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन बांड खिंचते हैं और इसलिए अधिक ऊर्जा संग्रहीत करते हैं। यह ऊर्जा तब निकलती है जब पानी ठंडा होता है - अणु एक दूसरे के करीब आते हैं। और ऊर्जा की रिहाई, जैसा कि ज्ञात है, का अर्थ है शीतलन।
यहां वैज्ञानिकों द्वारा सामने रखी गई धारणाएं हैं:
वाष्पीकरण
गर्म पानी कंटेनर से तेजी से वाष्पित हो जाता है, जिससे इसकी मात्रा कम हो जाती है, और समान तापमान पर पानी की छोटी 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 है। सबसे पहले, ठंडा करने के लिए आवश्यक पानी का द्रव्यमान कम हो जाता है। और दूसरा, वाष्पीकरण के कारण इसका तापमान कम हो 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 हस्तांतरण अधिक तीव्र होता है और गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है।
अल्प तपावस्था
जब पानी 0°C से नीचे ठंडा होता है तो वह हमेशा जमता नहीं है। कुछ शर्तों के तहत, यह हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान पर तरल बने रहते हुए सुपरकूलिंग से गुजर सकता है। कुछ मामलों में, पानी -20°C के तापमान पर भी तरल रह सकता है। इस प्रभाव का कारण यह है कि पहले बर्फ के क्रिस्टल बनना शुरू करने के लिए, क्रिस्टल निर्माण केंद्रों की आवश्यकता होती है। यदि वे तरल पानी में मौजूद नहीं हैं, तो सुपरकूलिंग तब तक जारी रहेगी जब तक कि तापमान अपने आप क्रिस्टल बनने के लिए पर्याप्त न गिर जाए। जब वे सुपरकूल्ड तरल में बनना शुरू करते हैं, तो वे तेजी से बढ़ने लगेंगे, जिससे स्लश बर्फ बनेगी, जो जम कर बर्फ बन जाएगी। गर्म पानी हाइपोथर्मिया के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील 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 के कारण गर्म पानी तेजी से क्यों जम जाता है? ठंडे पानी के मामले में जो सुपरकूल्ड नहीं है, निम्नलिखित होता है: इसकी सतह पर बर्फ की एक पतली परत बन जाती है, जो पानी और ठंडी हवा के बीच एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करती है, और इस तरह आगे वाष्पीकरण को रोकती है। इस मामले में बर्फ के क्रिस्टल बनने की दर कम 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 सुपरकूलिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है और पानी जम जाता है, तो बहुत अधिक गर्मी नष्ट हो जाती है और इसलिए अधिक बर्फ बनती है। इस आशय के कई शोधकर्ता एमपेम्बा प्रभाव के मामले में हाइपोथर्मिया को मुख्य कारक मानते हैं।
कंवेक्शन
ठंडा पानी ऊपर से जमना शुरू हो जाता है, जिससे ऊष्मा विकिरण और संवहन की प्रक्रिया बिगड़ जाती है, और परिणामस्वरूप गर्मी का नुकसान होता है, जबकि गर्म पानी नीचे से जमना शुरू हो जाता है। इस प्रभाव को जल घनत्व में विसंगति द्वारा समझाया गया है। जल का अधिकतम घनत्व 4°C पर होता है। यदि आप पानी को 4°C तक ठंडा करते हैं और इसे कम तापमान वाले वातावरण में रखते हैं, तो पानी की सतह परत तेजी से जम जाएगी। चूँकि यह पानी 4°C पर पानी की तुलना में कम घना है, यह सतह पर बना रहेगा, जिससे एक पतली ठंडी परत बन जाएगी। इन परिस्थितियों में, थोड़े समय के लिए पानी की सतह पर बर्फ की एक पतली परत बनेगी, लेकिन बर्फ की यह परत पानी की निचली परतों की रक्षा करने के लिए एक इन्सुलेटर के रूप में काम करेगी, जो 4°C 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 परत अधिक तेजी से ठंडी होगी। इसके अलावा, ठंडे पानी की परतें गर्म पानी की परतों की तुलना में सघन होती हैं, इसलिए ठंडे पानी की परत नीचे डूब 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 क्यों नहीं पहुंचती? संवहन के दृष्टिकोण से एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने के लिए, यह माना जाएगा कि पानी की ठंडी और गर्म परतें अलग हो जाती हैं और औसत पानी का तापमान 4 डिग्री सेल्सियस से नीचे जाने के बाद भी संवहन प्रक्रिया जारी रहती है। हालाँकि, इस परिकल्पना का समर्थन करने के लिए कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है कि ठंडे और गर्म पानी की परतें संवहन द्वारा अलग होती हैं।
गैसें पानी में घुल गईं
पानी में हमेशा गैसें घुली रहती 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 बाहर 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 बिना गर्म किए ठंडे पानी की तुलना में हमेशा कम घुली हुई गैसें होती हैं। इसलिए, गर्म पानी का हिमांक अधिक होता है और वह तेजी से जम जाता है। इस कारक को कभी-कभी एमपीईएमबीए प्रभाव को समझाने में मुख्य माना जाता है, हालांकि इस तथ्य की पुष्टि करने वाले कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं हैं।
ऊष्मीय चालकता
जब पानी को छोटे कंटेनरों में रेफ्रिजरेटर डिब्बे के फ्रीजर में रखा जाता है तो यह तंत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। इन परिस्थितियों में, यह देखा गया है कि गर्म पानी का एक कंटेनर फ्रीजर के नीचे बर्फ को पिघला देता है, जिससे फ्रीजर की दीवार के साथ थर्मल संपर्क और तापीय चालकता में सुधार होता है। परिणामस्वरूप, ठंडे पानी के कंटेनर की तुलना में गर्म पानी के कंटेनर से गर्मी तेजी से निकल जाती है। बदले में, ठंडे पानी वाला एक कंटेनर नीचे की बर्फ को नहीं पिघलाता है। इन सभी (साथ ही अन्य) स्थितियों का अध्ययन कई प्रयोगों में किया गया था, लेकिन सवाल का एक स्पष्ट उत्तर - उनमें से कौन सा एमपीईएमबीए प्रभाव का 100% पुनरुत्पादन सुनिश्चित करता है - कभी प्राप्त नहीं हुआ था। उदाहरण के लिए, 1995 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी डेविड ऑरबैक ने इस प्रभाव पर सुपरकूलिंग पानी के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि गर्म पानी, अतिशीतित अवस्था में पहुंचकर, ठंडे पानी की तुलना में अधिक तापमान पर जम जाता है, और इसलिए ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। लेकिन गर्म पानी की तुलना में ठंडा पानी अतिशीतित अवस्था में तेजी से पहुंचता है, जिससे पिछले अंतराल की भरपाई हो जाती है। इसके अलावा, ऑउरबैक के परिणामों ने पिछले डेटा का खंडन किया कि कम क्रिस्टलीकरण केंद्रों के कारण गर्म पानी अधिक सुपरकूलिंग प्राप्त करने में सक्षम था। जब पानी को गर्म किया जाता है तो उसमें घुली गैसें उसमें से निकल जाती हैं और जब उसे उबाला जाता है तो उसमें घुले कुछ लवण अवक्षेपित हो जाते हैं। अभी के लिए, केवल एक ही बात कही जा सकती है: इस प्रभाव का पुनरुत्पादन उन परिस्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है जिनके तहत प्रयोग किया जाता है। सटीक रूप से क्योंकि इसे हमेशा पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है।
लेकिन जैसा कि वे कहते हैं, सबसे संभावित कारण।
जैसा कि रसायनज्ञ अपने लेख में लिखते हैं, जो प्रीप्रिंट वेबसाइट arXiv.org पर पाया जा सकता है, हाइड्रोजन बांड ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी में अधिक मजबूत होते हैं। इस प्रकार, यह पता चलता है कि गर्म पानी के हाइड्रोजन बांड में अधिक ऊर्जा संग्रहीत होती है, जिसका अर्थ है कि ठंडा होने पर इसका अधिक हिस्सा निकलता है शून्य से नीचे तापमान. इस कारण से सख्तीकरण तेजी से होता है।
आज तक वैज्ञानिक इस रहस्य को सैद्धांतिक तौर पर ही सुलझा पाए हैं। जब वे अपने संस्करण के पुख्ता सबूत पेश करते हैं, तो यह सवाल कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है, बंद माना जा सकता है।
पानी- रासायनिक दृष्टिकोण से एक साधारण पदार्थ, हालांकि, इसमें कई असामान्य गुण हैं जो वैज्ञानिकों को आश्चर्यचकित करने से कभी नहीं चूकते। नीचे कुछ तथ्य दिए गए हैं जिनके बारे में बहुत कम लोग जानते हैं।
1. कौन सा पानी तेजी से जमता है - ठंडा या गर्म?
आइए पानी के दो कंटेनर लें: एक में गर्म पानी और दूसरे में ठंडा पानी डालें और उन्हें फ्रीजर में रख दें। गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाएगा, हालांकि तार्किक रूप से, ठंडे पानी को पहले बर्फ में बदलना चाहिए था: आखिरकार, गर्म पानी को पहले ठंडे तापमान तक ठंडा करना होगा, और फिर बर्फ में बदलना होगा, जबकि ठंडे पानी को ठंडा करने की आवश्यकता नहीं है। ऐसा क्यों हो रहा है?
1963 में, एरास्टो बी. मपेम्बा नाम के एक तंजानियाई छात्र ने आइसक्रीम मिश्रण को जमाते समय देखा कि ठंडे मिश्रण की तुलना में गर्म मिश्रण फ्रीजर में तेजी से जम गया। जब युवक ने अपनी खोज अपने भौतिकी शिक्षक के साथ साझा की, तो वह केवल उस पर हँसे। सौभाग्य से, छात्र लगातार दृढ़ रहा और उसने शिक्षक को एक प्रयोग करने के लिए मना लिया, जिससे उसकी खोज की पुष्टि हुई: कुछ शर्तेंगर्म पानी वास्तव में ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है।
अब ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के तेजी से जमने की इस घटना को "कहा जाता है" म्पेम्बा प्रभाव" सच है, इससे बहुत पहले अद्वितीय संपत्तिपानी का उल्लेख अरस्तू, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने किया था।
वैज्ञानिक अभी भी इस घटना की प्रकृति को पूरी तरह से नहीं समझते हैं, इसे या तो सुपरकूलिंग, वाष्पीकरण, बर्फ निर्माण, संवहन में अंतर या गर्म और ठंडे पानी पर तरलीकृत गैसों के प्रभाव से समझाते हैं।
2. यह तुरंत जम सकता है
हर कोई जानता है कि पानी 0°C तक ठंडा होने पर हमेशा बर्फ में बदल जाता है... कुछ अपवादों के साथ! उदाहरण के लिए, ऐसा मामला सुपरकूलिंग है, जो बहुत का गुण है साफ पानीशून्य से नीचे तक ठंडा होने पर भी तरल बना रहता है। यह घटना इस तथ्य के कारण संभव हो पाती है पर्यावरणइसमें क्रिस्टलीकरण के केंद्र या नाभिक नहीं होते हैं जो बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण को गति प्रदान कर सकें। और इसलिए पानी शून्य डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा होने पर भी तरल रूप में रहता है।
क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाउदाहरण के लिए, गैस के बुलबुले, अशुद्धियों (प्रदूषक तत्वों) के कारण हो सकता है। असमतल सतहकंटेनर. उनके बिना, पानी अंदर ही रहेगा तरल अवस्था. जब क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया शुरू होती है, तो आप देख सकते हैं कि अति-ठंडा पानी तुरंत बर्फ में बदल जाता है।
ध्यान दें कि "अति गरम" पानी अपने क्वथनांक से ऊपर गर्म करने पर भी तरल बना रहता है।
3. जल की 19 अवस्थाएँ
बिना किसी झिझक के बताएं कि कितना? विभिन्न स्थितियाँक्या पानी के पास है? यदि आपने तीन उत्तर दिए: ठोस, तरल, गैस, तो आप गलत थे। वैज्ञानिक तरल रूप में पानी की कम से कम 5 विभिन्न अवस्थाओं और जमे हुए रूप में 14 अवस्थाओं में अंतर करते हैं।
अत्यधिक ठंडे पानी के बारे में बातचीत याद है? तो, चाहे आप कुछ भी करें, -38 डिग्री सेल्सियस पर सबसे शुद्ध अति-ठंडा पानी भी अचानक बर्फ में बदल जाएगा। तापमान और गिरने पर क्या होगा? -120 डिग्री सेल्सियस पर पानी में कुछ अजीब होने लगता है: यह गुड़ की तरह अति चिपचिपा या चिपचिपा हो जाता है, और -135 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर यह "ग्लासी" या "कांचदार" पानी में बदल जाता है - एक ठोस पदार्थ जिसमें क्रिस्टलीय संरचना का अभाव होता है .
4. पानी भौतिकविदों को आश्चर्यचकित करता है
आणविक स्तर पर तो पानी और भी आश्चर्यजनक है। 1995 में, वैज्ञानिकों द्वारा किए गए एक न्यूट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोग से एक अप्रत्याशित परिणाम मिला: भौतिकविदों ने पाया कि पानी के अणुओं पर लक्षित न्यूट्रॉन अपेक्षा से 25% कम हाइड्रोजन प्रोटॉन को "देखते" हैं।
यह पता चला कि एक एटोसेकंड (10 -18 सेकंड) की गति पर एक असामान्य क्वांटम प्रभाव होता है, और रासायनिक सूत्रइसके बजाय पानी H2O, H1.5O हो जाता है!
5. जल स्मृति
आधिकारिक चिकित्सा का विकल्प होम्योपैथीबताता है कि एक पतला घोल औषधीय उत्पादप्रदान कर सकते हैं उपचार प्रभावशरीर पर, भले ही तनुकरण कारक इतना अधिक हो कि घोल में पानी के अणुओं के अलावा कुछ भी न बचे। होम्योपैथी के समर्थक इस विरोधाभास को "" नामक अवधारणा से समझाते हैं। जल स्मृति“, जिसके अनुसार आणविक स्तर पर पानी में उस पदार्थ की “स्मृति” होती है जो एक बार इसमें घुल गया था और घटक का एक भी अणु इसमें नहीं रहने के बाद मूल एकाग्रता के समाधान के गुणों को बरकरार रखता है।
होम्योपैथी के सिद्धांतों की आलोचना करने वाली क्वीन यूनिवर्सिटी ऑफ बेलफ़ास्ट के प्रोफेसर मेडेलीन एनिस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने 2002 में इस अवधारणा को हमेशा के लिए खारिज करने के लिए एक प्रयोग किया। परिणाम विपरीत हुआ. जिसके बाद, वैज्ञानिकों ने कहा कि वे प्रभाव की वास्तविकता को साबित करने में सक्षम थे” जल स्मृति" हालाँकि, स्वतंत्र विशेषज्ञों की देखरेख में किए गए प्रयोगों से कोई नतीजा नहीं निकला। घटना के अस्तित्व के बारे में विवाद " जल स्मृति"जारी रखना।
पानी में कई अन्य असामान्य गुण हैं जिनके बारे में हमने इस लेख में बात नहीं की है। उदाहरण के लिए, पानी का घनत्व तापमान के आधार पर बदलता है (बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है); पानी काफी है बड़ा आकारसतह तनाव; तरल अवस्था में, पानी जल समूहों का एक जटिल और गतिशील रूप से बदलता नेटवर्क है, और यह समूहों का व्यवहार है जो पानी की संरचना आदि को प्रभावित करता है।
इनके बारे में और कई अन्य अप्रत्याशित विशेषताओं के बारे में पानीलेख में पढ़ा जा सकता है " जल के असामान्य गुण", लंदन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर मार्टिन चैपलिन द्वारा लिखित।
ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री उस व्यक्ति को £1,000 का इनाम दे रही है जो वैज्ञानिक रूप से यह समझा सकता है कि कुछ मामलों में गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से क्यों जमता है।
“आधुनिक विज्ञान अभी भी इस सरल प्रतीत होने वाले प्रश्न का उत्तर नहीं दे सकता है। आइसक्रीम निर्माता और बारटेंडर अपने दैनिक कार्यों में इस प्रभाव का उपयोग करते हैं, लेकिन वास्तव में कोई नहीं जानता कि यह क्यों काम करता है। यह समस्या सहस्राब्दियों से ज्ञात है, अरस्तू और डेसकार्टेस जैसे दार्शनिक इसके बारे में सोचते रहे हैं, ”ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री के अध्यक्ष प्रोफेसर डेविड फिलिप्स ने सोसायटी की एक प्रेस विज्ञप्ति में उद्धृत किया।
कैसे अफ़्रीका के एक रसोइये ने ब्रिटिश भौतिकी के प्रोफेसर को हरा दिया
यह कोई अप्रैल फूल का मज़ाक नहीं, बल्कि एक कड़वी भौतिक सच्चाई है। आधुनिक विज्ञान, जो आसानी से आकाशगंगाओं और ब्लैक होल के साथ काम करता है, और क्वार्क और बोसॉन की खोज के लिए विशाल त्वरक बनाता है, यह नहीं समझा सकता कि प्राथमिक पानी "कैसे काम करता है।" स्कूल की पाठ्यपुस्तक में स्पष्ट रूप से कहा गया है कि ठंडे शरीर को ठंडा करने की तुलना में गर्म शरीर को ठंडा करने में अधिक समय लगता है। लेकिन पानी के लिए इस नियम का हमेशा पालन नहीं किया जाता है। चौथी शताब्दी ईसा पूर्व में अरस्तू ने इस विरोधाभास की ओर ध्यान आकर्षित किया था। इ। यहाँ प्राचीन यूनानी ने अपनी पुस्तक मेटियोरोलॉजिका I में लिखा है: “तथ्य यह है कि पानी पहले से गरम किया जाता है, जिससे यह जम जाता है। इसलिए, बहुत से लोग, जब गर्म पानी को तेजी से ठंडा करना चाहते हैं, तो पहले उसे धूप में रखते हैं..." मध्य युग में, फ्रांसिस बेकन और रेने डेसकार्टेस ने इस घटना को समझाने की कोशिश की। अफसोस, न तो महान दार्शनिक और न ही शास्त्रीय थर्मोफिजिक्स विकसित करने वाले कई वैज्ञानिक इसमें सफल हुए, और इसलिए ऐसा असुविधाजनक तथ्य लंबे समय तक "भूल" गया।
और केवल 1968 में उन्हें तंजानिया के स्कूली छात्र एरास्टो मपेम्बे की बदौलत "याद" आया, जो किसी भी विज्ञान से बहुत दूर था। 1963 में पाक कला विद्यालय में पढ़ते समय, 13 वर्षीय एमपेम्बे को आइसक्रीम बनाने का काम दिया गया था। तकनीक के मुताबिक, दूध को उबालना, उसमें चीनी घोलना, कमरे के तापमान तक ठंडा करना और फिर उसे जमने के लिए फ्रिज में रखना जरूरी था। जाहिर तौर पर, एमपेम्बा एक मेहनती छात्र नहीं था और झिझकता था। इस डर से कि वह पाठ के अंत तक नहीं पहुँच पाएगा, उसने ठंडा दूध फ्रिज में रख दिया। उन्हें आश्चर्य हुआ कि यह उनके साथियों के दूध से भी पहले जम गया, जो सभी नियमों के अनुसार तैयार किया गया था।
जब एमपेम्बा ने अपनी खोज को अपने भौतिकी शिक्षक के साथ साझा किया, तो उन्होंने पूरी कक्षा के सामने उस पर हँसे। म्पेम्बा को अपमान याद आया। पांच साल बाद, वह पहले से ही दार एस सलाम विश्वविद्यालय में छात्र थे, उन्होंने प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी डेनिस जी. ओसबोर्न के एक व्याख्यान में भाग लिया। 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) और दूसरा 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर, और उन्हें रखें फ्रीजर में, तो गर्म कंटेनर में पानी तेजी से जम जाएगा। क्यों?" क्या आप एक युवा के प्रश्न पर ब्रिटिश प्रोफेसर की प्रतिक्रिया की कल्पना कर सकते हैं भगवान द्वारा भुला दिया गयातंजानिया. उन्होंने छात्र का मजाक उड़ाया. हालाँकि, म्पेम्बा इस तरह के उत्तर के लिए तैयार था और उसने वैज्ञानिक को शर्त लगाने की चुनौती दी। उनका विवाद एक प्रायोगिक परीक्षण के साथ समाप्त हुआ जिसने पुष्टि की कि एम्पेम्बा सही था और ओसबोर्न हार गया। इस प्रकार, प्रशिक्षु रसोइये ने विज्ञान के इतिहास में अपना नाम लिखा, और अब से इस घटना को "एमपेम्बा प्रभाव" कहा जाता है। इसे त्यागना, इसे "अस्तित्वहीन" घोषित करना असंभव है। घटना मौजूद है, और, जैसा कि कवि ने लिखा है, "यह चोट नहीं पहुँचाता है।"
क्या धूल के कण और विलेय इसके लिए दोषी हैं?
वर्षों से, कई लोगों ने जमने वाले पानी के रहस्य को जानने की कोशिश की है। इस घटना के लिए स्पष्टीकरणों का एक पूरा समूह प्रस्तावित किया गया है: वाष्पीकरण, संवहन, विघटित पदार्थों का प्रभाव - लेकिन इनमें से किसी भी कारक को निश्चित नहीं माना जा सकता है। कई वैज्ञानिकों ने अपना पूरा जीवन एमपेम्बा प्रभाव के लिए समर्पित कर दिया है। विकिरण सुरक्षा विभाग के कर्मचारी स्टेट यूनिवर्सिटीन्यूयॉर्क - जेम्स ब्राउन्रिज - में खाली समयपिछले एक दशक से अधिक समय से विरोधाभास का अध्ययन कर रहे हैं। सैकड़ों प्रयोग करने के बाद, वैज्ञानिक ने हाइपोथर्मिया के "अपराध" के सबूत होने का दावा किया है। ब्राउन्रिज बताते हैं कि 0 डिग्री सेल्सियस पर, पानी केवल सुपरकूल हो जाता है, और तापमान नीचे जाने पर जमना शुरू हो जाता है। हिमांक बिंदु को पानी में अशुद्धियों द्वारा नियंत्रित किया जाता है - वे बर्फ के क्रिस्टल के गठन की दर को बदलते हैं। जब क्रिस्टलीकरण केंद्रों के आसपास बर्फ के क्रिस्टल बनते हैं तो धूल के कण, बैक्टीरिया और घुले हुए नमक जैसी अशुद्धियों में एक विशिष्ट न्यूक्लियेशन तापमान होता है। जब पानी में एक साथ कई तत्व होते हैं, तो हिमांक बिंदु उस तत्व से निर्धारित होता है जिसमें सबसे अधिक तत्व होते हैं उच्च तापमानन्यूक्लियेशन
प्रयोग के लिए, ब्राउन्रिज ने समान तापमान के दो पानी के नमूने लिए और उन्हें फ्रीजर में रख दिया। उन्होंने पाया कि नमूनों में से एक हमेशा दूसरे से पहले जम जाता है - संभवतः इसके कारण विभिन्न संयोजनअशुद्धियाँ
ब्राउनरिज का कहना है कि गर्म पानी तेजी से ठंडा होता है क्योंकि पानी और फ्रीजर के तापमान के बीच अधिक अंतर होता है - इससे ठंडे पानी को उसके प्राकृतिक हिमांक तक पहुंचने से पहले उसके हिमांक तक पहुंचने में मदद मिलती है, जो कि कम से कम 5 डिग्री सेल्सियस कम होता है।
हालाँकि, ब्राउन्रिज का तर्क कई सवाल खड़े करता है। इसलिए, जो लोग एमपीईएमबीए प्रभाव को अपने तरीके से समझा सकते हैं, उनके पास ब्रिटिश रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री से एक हजार पाउंड स्टर्लिंग के लिए प्रतिस्पर्धा करने का मौका है।
स्कूल में रसायन विज्ञान मेरे पसंदीदा विषयों में से एक था। एक बार एक रसायन विज्ञान शिक्षक ने हमें एक बहुत ही अजीब और कठिन काम दिया। उन्होंने हमें उन प्रश्नों की एक सूची दी जिनका हमें रसायन विज्ञान के संदर्भ में उत्तर देना था। इस कार्य के लिए हमें कई दिन दिए गए और पुस्तकालयों और सूचना के अन्य उपलब्ध स्रोतों का उपयोग करने की अनुमति दी गई। इनमें से एक प्रश्न पानी के हिमांक से संबंधित था। मुझे ठीक से याद नहीं है कि प्रश्न कैसा लग रहा था, लेकिन यह इस तथ्य के बारे में था कि यदि आप एक ही आकार की दो लकड़ी की बाल्टियाँ लेते हैं, एक गर्म पानी के साथ, दूसरी ठंडे पानी के साथ (एक सटीक संकेतित तापमान के साथ), और उन्हें अंदर रखें एक निश्चित तापमान वाला वातावरण, कौन सा तेजी से जम जाएगा? बेशक, जवाब तुरंत ही सुझाया गया - ठंडे पानी की एक बाल्टी, लेकिन हमें लगा कि यह बहुत आसान है। लेकिन यह पूर्ण उत्तर देने के लिए पर्याप्त नहीं था; हमें इसे रासायनिक दृष्टिकोण से सिद्ध करने की आवश्यकता थी। अपनी तमाम सोच और शोध के बावजूद मैं किसी तार्किक निष्कर्ष पर नहीं पहुंच सका। मैंने उस दिन इस पाठ को छोड़ने का भी निर्णय लिया, इसलिए मैं इस पहेली का हल कभी नहीं सीख सका।
साल बीतते गए, और मैंने पानी के क्वथनांक और हिमांक के बारे में रोजमर्रा के कई मिथक सीखे, और एक मिथक में कहा गया: "गर्म पानी तेजी से जमता है।" मैंने कई वेबसाइटें देखीं लेकिन जानकारी बहुत विरोधाभासी थी। और ये केवल राय थीं, विज्ञान की दृष्टि से निराधार। और मैंने खर्च करने का फैसला किया अपना अनुभव. चूँकि मुझे लकड़ी की बाल्टियाँ नहीं मिलीं, इसलिए मैंने फ़्रीज़र, स्टोव, थोड़ा पानी और एक डिजिटल थर्मामीटर का उपयोग किया। मैं अपने अनुभव के परिणामों के बारे में थोड़ी देर बाद बात करूंगा। सबसे पहले, मैं आपके साथ पानी के बारे में कुछ दिलचस्प तर्क साझा करूँगा:
गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जमता है। अधिकांश विशेषज्ञों का कहना है कि ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से जम जाएगा। लेकिन एक अजीब घटना (तथाकथित मेम्बा प्रभाव), अज्ञात कारणों से, विपरीत साबित होती है: गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में तेजी से जम जाता है। कई व्याख्याओं में से एक वाष्पीकरण की प्रक्रिया है: यदि बहुत गर्म पानी को ठंडे वातावरण में रखा जाए, तो पानी वाष्पित होना शुरू हो जाएगा (पानी की शेष मात्रा तेजी से जम जाएगी)। और रसायन विज्ञान के नियमों के अनुसार, यह बिल्कुल भी मिथक नहीं है, और सबसे अधिक संभावना है कि शिक्षक हमसे यही सुनना चाहते थे।
उबला हुआ पानी तेजी से जम जाता है नल का जल. पिछली व्याख्या के बावजूद, कुछ विशेषज्ञों का तर्क है कि कमरे के तापमान तक ठंडा किया गया उबला हुआ पानी तेजी से जम जाना चाहिए क्योंकि उबालने से ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है।
ठंडा पानी गर्म पानी की तुलना में तेजी से उबलता है। यदि गर्म पानी तेजी से जमता है, तो शायद ठंडा पानी तेजी से उबलता है! यह सामान्य ज्ञान के विपरीत है और वैज्ञानिकों का कहना है कि ऐसा हो ही नहीं सकता। गर्म नल का पानी वास्तव में ठंडे पानी की तुलना में तेजी से उबलना चाहिए। लेकिन उबालने के लिए गर्म पानी का उपयोग करने से ऊर्जा की बचत नहीं होती है। आप कम गैस या प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन वॉटर हीटर ठंडे पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की समान मात्रा का उपयोग करेगा। (साथ सौर ऊर्जाचीजें थोड़ी अलग हैं)। वॉटर हीटर द्वारा पानी गर्म करने के परिणामस्वरूप तलछट दिखाई दे सकती है, इसलिए पानी को गर्म होने में अधिक समय लगेगा।
अगर आप पानी में नमक डालेंगे तो पानी तेजी से उबलेगा। नमक क्वथनांक को बढ़ाता है (और तदनुसार हिमांक को कम करता है - यही कारण है कि कुछ गृहिणियाँ अपनी आइसक्रीम में थोड़ा सा सेंधा नमक मिलाती हैं)। लेकिन हम अंदर हैं इस मामले मेंमुझे एक और प्रश्न में दिलचस्पी है: पानी को उबलने में कितना समय लगेगा और क्या इस मामले में क्वथनांक 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर बढ़ सकता है)। कुकबुक में जो कहा गया है उसके बावजूद, वैज्ञानिकों का कहना है कि उबलते पानी में हम जो नमक डालते हैं वह उबलने के समय या तापमान को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त नहीं है।
लेकिन यहाँ मुझे क्या मिला:
ठंडा पानी: मैंने शुद्ध पानी के तीन 100 मिलीलीटर ग्लास का उपयोग किया: एक गिलास कमरे के तापमान (72°F/22°C) के साथ, एक गर्म पानी (115°F/46°C) के साथ, और एक उबला हुआ पानी (212) के साथ। °F/100°C). मैंने तीनों गिलासों को -18°C पर फ़्रीज़र में रख दिया। और चूँकि मुझे पता था कि पानी तुरंत बर्फ में नहीं बदलेगा, इसलिए मैंने "लकड़ी के फ्लोट" का उपयोग करके ठंड की डिग्री निर्धारित की। जब गिलास के बीच में रखी छड़ी आधार को नहीं छूती थी, तो मैंने माना कि पानी जम गया है। मैं हर पाँच मिनट में चश्मा जाँचता था। और मेरे परिणाम क्या हैं? पहले गिलास में पानी 50 मिनट के बाद जम गया। 80 मिनट बाद गर्म पानी जम गया. उबला हुआ - 95 मिनिट बाद. मेरे निष्कर्ष: फ़्रीज़र की स्थितियों और मेरे द्वारा उपयोग किए गए पानी को देखते हुए, मैं मेम्बा प्रभाव को पुन: उत्पन्न करने में असमर्थ था।
यह प्रयोग मैंने पहले भी आजमाया था उबला हुआ पानी, कमरे के तापमान तक ठंडा किया गया। यह 60 मिनट के भीतर जम गया - फिर भी जमने में ठंडे पानी की तुलना में अधिक समय लगा।
उबला हुआ पानी: मैंने कमरे के तापमान पर एक लीटर पानी लिया और आग पर रख दिया। 6 मिनिट में यह उबल गया. फिर मैंने इसे वापस कमरे के तापमान तक ठंडा किया और गर्म होने पर इसमें मिला दिया। उसी आग से 4 घंटे 30 मिनट में गर्म पानी उबल गया। निष्कर्ष: जैसा कि अपेक्षित था, गर्म पानी बहुत तेजी से उबलता है।
उबला हुआ पानी (नमक के साथ): मैंने 1 लीटर पानी में 2 बड़े चम्मच टेबल नमक मिलाया। यह 6 मिनट 33 सेकंड में उबल गया और जैसा कि थर्मामीटर ने दिखाया, यह 102 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंच गया। निस्संदेह, नमक क्वथनांक को प्रभावित करता है, लेकिन ज्यादा नहीं। निष्कर्ष: पानी में नमक तापमान और उबलने के समय को बहुत अधिक प्रभावित नहीं करता है। मैं ईमानदारी से स्वीकार करता हूं कि मेरी रसोई को शायद ही प्रयोगशाला कहा जा सकता है, और शायद मेरे निष्कर्ष वास्तविकता के विपरीत हैं। मेरा फ्रीजरखाद्य पदार्थों को असमान रूप से जमा सकता है। मेरा कांच का चश्मा हो सकता है अनियमित आकार, वगैरह। लेकिन प्रयोगशाला में जो कुछ भी होता है, जब होता है हम बात कर रहे हैंजब रसोई में पानी जमने या उबलने की बात आती है, तो सबसे महत्वपूर्ण बात सामान्य ज्ञान है।
के साथ जोड़ो रोचक तथ्यपानी के बारे मेंसब कुछ पानी के बारे में
जैसा कि फोरम forum.ixbt.com पर सुझाया गया है, इस प्रभाव (ठंडे पानी की तुलना में गर्म पानी के तेजी से जमने का प्रभाव) को "अरस्तू-मपेम्बा प्रभाव" कहा जाता है।
वे। उबला हुआ पानी (ठंडा) "कच्चे" पानी की तुलना में तेजी से जमता है
