يك پديده فيزيكي باورنكردني كه واقعًا در يخچال خانه ها اتفاق ميافتد.شايد فكر كنيد اين پديده اي جديد است، اما بهتر است بدانيد كه اين موضوع را از زمان ارسطو ميدانستند وافرادي مانند ارسطو، بيكن و دكارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند، اما اين پديده تا سال ١٩٦٩ عم ً لا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود، در اين سال
دانشآموزان مدرسه اي در تانزانيا نسبت به اين پديده كنجكاو شدند و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و
نام آن را مپمبا گذاشتند. چون بسياري از خوانندگان با شك و ترديد به اين موضوع نگاه ميكنند، بهتر است دقيقًا مشخص كنيم
منظور ما از مپمبا چيست؟
با دو ظرف آب شروع ميكنيم كه شكلهاي يكساني دارند. مقدار آب كام ً لا مساوي و تنها تفاوت آنها دردرجه حرارت آب آنهاست، هر دوي آنها را با دقتبسيار زياد با يك روش خنك ميكنيم. در شرايطي كه اختلاف دماي ٢ ظرف آب چيزي حدود ٢٠ تا ٣٠ درجه باشد و دماي هيچكدام خيلي نزديك به صفر نباشد. آب
گرم زودتر از آب سرد يخ ميزند و ما مپمبا را مشاهده خواهيم كرد ! باورش سخت است اما واقعًا دليل آن چيست؟
وقتي ميگوييم يك ظرف آب مثلا ٣٠ درجه سانتيگراد دما دارد، از دماي ميانگين آن صحبت ميكنيم، يعني ميتوان آن را ٢ ظرف آب ٣٠ درجه سانتيگرادي دانست در حاليكه خصوصيات بسيار متفاوتي دارند. يكي دماي جداره هايش بسيار سرد و دماي مركزش بسيار گرم است. در حالي كه ديگري دماي تمام نقاطش يكسان است.آب گرمي كه تا ٣٠ درجه خنك شده با آبي كه از ابتدا30 درجه بوده است. بسيار متفاوت است ! چرا ؟ ممكن است جرمش كم شود، گازهاي محلول در آب كم شود يا حتي ممكن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد. تمامي امكانات فوق به طور باور نكردني مهم هستند و در ادامه به طور جداگانه آنها را توضيح ميدهيم
: تبخير
: هنگام سرد شدن آب گرم ممكن است بخشقابل توجهي از آن بخار شود، پس ٢ تأثير در جريان
خنك شدن آب ميگذارد اول اينكه جرم آب كمميشود. پس خنك شدن آن راحت تر و سريع تر ميشود. دوم اينكه هر مايعي براي تبخير شدن احتياج به گرما دارد و اين گرما را از محيط اطراف خود ميگيرد. در نتيجه آب باقيمانده سردتر ميشود.
گاز محلول در آب : آب داغ ، گاز كمتري را نسبت به آب سرد ميتواند در خود نگه ميدارد. پس آب گرم اوليه ممكن است گاز كمتري نسبت به آب سرد در خود داشته باشد. اين موضوع تأمل برانگيز است. شايد اين خاصيت تغييراتي در شكل مولكولي آب دهد. براي مثال شايد جريان همرفت در آب گرم راحت تر انجام شود و آب گرم به طور يكنواخت تري خنك شود، يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم كه بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ نبندد، نسبت به آن سرد كاهش يابد. بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توضيح هستند.
جريان هاي همرفت :
احتمالا هنگامي كه آب سرد ميشود جريان هاي همرفتي گسترش مييابند و ديگر يك توزيع يكنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. در بيشتر دماها چگالي با افزايش حرارت كم ميشود و به همين دليل سطح آب از ته آن گرمتر است. آب گرم چگالي كمتري دارد، پس سبكتر است و روي آب سرد كه سنگين تر است قرار ميگيرد. اين پديده((اثرسطح داغ)) ناميده ميشود. ميدانيم كه حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل ميشود، پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست ميدهد. وقتي آب گرم اوليه خنك ميشود، ممكن است به دليل جريان هاي همرفتي يك سطح داغ در آن ايجاد شود، پس سرعت خنك شدن آن از سرعت خنك شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يكسان، بيشتر ميشود.
محيط :
تفاوت نهايي بين سرد كردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي شود، بلكه به محيط اطراف بستگي دارد، آب گرم ممكن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد كند كه در كل روند سرد كردن تأثير بگذارد.
براي مثال اگر ظرفها را روي لايه اي از يخ بگذاريم ، تمام دور سطح تماس جامد با جامد است. ولي آب گرمتر ميتواند يك لايه از يخ زير خود را ذوب كند و در حقيقت در آب صفر درجه حاصل ، غوطه ور شود و
تماس بهتري با سطح خنك كننده برقرار كند.پس انتقال حرارت راحت تري صورت ميگيرد. البته اين توجيه خوبي نيست ، چون دقيقا به همين دليل آزمايشگران ازاين روش كمتر براي خنك كردن استفاده ميكنند.
در مجموع بايد گفت در گستره وسيعي از شرايط ممكن است آب گرم زودتر از آب سرد يخ ببندد. اين امر غير
ممكن نيست و در بسياري از آزمايشها ديده شده است. با وجود اين كه بعضي از منابع يا افراد هر از مدتي ادعا
ميكنند كه دليل اصلي اين پديده را فهميده اند، هنوز هم هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده اي براي اين
پديده وجود ندارد.
منبع:مقالات فیزیک - چرا آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي بندد؟
دانشآموزان مدرسه اي در تانزانيا نسبت به اين پديده كنجكاو شدند و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و
نام آن را مپمبا گذاشتند. چون بسياري از خوانندگان با شك و ترديد به اين موضوع نگاه ميكنند، بهتر است دقيقًا مشخص كنيم
منظور ما از مپمبا چيست؟
با دو ظرف آب شروع ميكنيم كه شكلهاي يكساني دارند. مقدار آب كام ً لا مساوي و تنها تفاوت آنها دردرجه حرارت آب آنهاست، هر دوي آنها را با دقتبسيار زياد با يك روش خنك ميكنيم. در شرايطي كه اختلاف دماي ٢ ظرف آب چيزي حدود ٢٠ تا ٣٠ درجه باشد و دماي هيچكدام خيلي نزديك به صفر نباشد. آب
گرم زودتر از آب سرد يخ ميزند و ما مپمبا را مشاهده خواهيم كرد ! باورش سخت است اما واقعًا دليل آن چيست؟
وقتي ميگوييم يك ظرف آب مثلا ٣٠ درجه سانتيگراد دما دارد، از دماي ميانگين آن صحبت ميكنيم، يعني ميتوان آن را ٢ ظرف آب ٣٠ درجه سانتيگرادي دانست در حاليكه خصوصيات بسيار متفاوتي دارند. يكي دماي جداره هايش بسيار سرد و دماي مركزش بسيار گرم است. در حالي كه ديگري دماي تمام نقاطش يكسان است.آب گرمي كه تا ٣٠ درجه خنك شده با آبي كه از ابتدا30 درجه بوده است. بسيار متفاوت است ! چرا ؟ ممكن است جرمش كم شود، گازهاي محلول در آب كم شود يا حتي ممكن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد. تمامي امكانات فوق به طور باور نكردني مهم هستند و در ادامه به طور جداگانه آنها را توضيح ميدهيم
: تبخير
: هنگام سرد شدن آب گرم ممكن است بخشقابل توجهي از آن بخار شود، پس ٢ تأثير در جريان
خنك شدن آب ميگذارد اول اينكه جرم آب كمميشود. پس خنك شدن آن راحت تر و سريع تر ميشود. دوم اينكه هر مايعي براي تبخير شدن احتياج به گرما دارد و اين گرما را از محيط اطراف خود ميگيرد. در نتيجه آب باقيمانده سردتر ميشود.
گاز محلول در آب : آب داغ ، گاز كمتري را نسبت به آب سرد ميتواند در خود نگه ميدارد. پس آب گرم اوليه ممكن است گاز كمتري نسبت به آب سرد در خود داشته باشد. اين موضوع تأمل برانگيز است. شايد اين خاصيت تغييراتي در شكل مولكولي آب دهد. براي مثال شايد جريان همرفت در آب گرم راحت تر انجام شود و آب گرم به طور يكنواخت تري خنك شود، يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم كه بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ نبندد، نسبت به آن سرد كاهش يابد. بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توضيح هستند.
جريان هاي همرفت :
احتمالا هنگامي كه آب سرد ميشود جريان هاي همرفتي گسترش مييابند و ديگر يك توزيع يكنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. در بيشتر دماها چگالي با افزايش حرارت كم ميشود و به همين دليل سطح آب از ته آن گرمتر است. آب گرم چگالي كمتري دارد، پس سبكتر است و روي آب سرد كه سنگين تر است قرار ميگيرد. اين پديده((اثرسطح داغ)) ناميده ميشود. ميدانيم كه حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل ميشود، پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست ميدهد. وقتي آب گرم اوليه خنك ميشود، ممكن است به دليل جريان هاي همرفتي يك سطح داغ در آن ايجاد شود، پس سرعت خنك شدن آن از سرعت خنك شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يكسان، بيشتر ميشود.
محيط :
تفاوت نهايي بين سرد كردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي شود، بلكه به محيط اطراف بستگي دارد، آب گرم ممكن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد كند كه در كل روند سرد كردن تأثير بگذارد.
براي مثال اگر ظرفها را روي لايه اي از يخ بگذاريم ، تمام دور سطح تماس جامد با جامد است. ولي آب گرمتر ميتواند يك لايه از يخ زير خود را ذوب كند و در حقيقت در آب صفر درجه حاصل ، غوطه ور شود و
تماس بهتري با سطح خنك كننده برقرار كند.پس انتقال حرارت راحت تري صورت ميگيرد. البته اين توجيه خوبي نيست ، چون دقيقا به همين دليل آزمايشگران ازاين روش كمتر براي خنك كردن استفاده ميكنند.
در مجموع بايد گفت در گستره وسيعي از شرايط ممكن است آب گرم زودتر از آب سرد يخ ببندد. اين امر غير
ممكن نيست و در بسياري از آزمايشها ديده شده است. با وجود اين كه بعضي از منابع يا افراد هر از مدتي ادعا
ميكنند كه دليل اصلي اين پديده را فهميده اند، هنوز هم هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده اي براي اين
پديده وجود ندارد.
منبع:مقالات فیزیک - چرا آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي بندد؟
