آیا واقعیت دارد که آب گرم زود تر از آب سرد يخ مي بندد؟
اگرچه اين پديده باورکردني نيست، اما حقيقت دارد. اين پديده فيزيکي باورنکردني واقعا در يخچال خانه*ها اتقاق مي*افتد. اين پديده براي دانشمندان غافلگير کننده بود اما حقيقت داشت. شايد فکرکنيد اين پديده جالب جديد است، اما اين موضوع را از زمان ارسطو مي*دانستند و افرادي مانند ارسطو ، بيکن و دکارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند اما اين پديده تاسال 1969عملا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود. در اين سال دانش آموزان مدرسه*اي در تانزانيا نسبت به اين پديده کنجکاو شده و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و نام آن را امپمبا گذاشتند.
منظور از امپمبا چيست؟
اگر درون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند، مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و اختلاف دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن*ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش سرد کنيد، مشاهده خواهيد کرد که آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي*بندد و ما امپمبا را مشاهده خواهيم کرد. براي بررسي دلايل اين پديده توجه به موارد زير ضروري است:
اگر شما دوظرف آب با دماي داشته باشيد، گرچه دماي آن دوظرف يکسان است اما ممکن است خصوصيات بسيار متفاوتي داشته باشند. به عنوان نمونه يکي دماي جداره اش بسيار سرد و دماي مرکزش بسيار گرم است، در حاليکه ديگري دماي تمام نقاطش يکسان است. در واقع دماسنج ميانگين دما را تعيين مي کند. يا اين که آب گرمي که تا خنک شده باشد با آبي که از ابتدا بوده است، بسيار متفاوت است. چرا ؟ ممکن است جرمش کم شود يا اين که جريان*هاي همرفتي سبب ايجاد يک توزيع ناهمگون در آب شوند . حتي ممکن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد .
حال به بررسي دلايل مي پردازيم:
1- فرض نماييد که اگردرون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند ، با مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و تفاوت دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش مي*خواهيم سرد کنيم تا دماي آن ها به صفر برسد:
هنگام سرد شدن آب گرم ممکن است بخش قابل توجهي از آن بخار شود . اين تبخير دو تاثير در جريان خنک شدن آب مي*گذارد. اول اين که جرم آب کم مي*شود، پس خنک شدن آن راحت*تر و سريع*تر مي شود و دوم اين که براي عمل تبخير نياز به گرما مي باشد و اين گرما را از محيط اطراف خود مي*گيرد در نتيجه آب باقيمانده سريع تر سرد مي شود. تبخير بدون ترديد يک عامل مهم توضيح پديده امپمبا است. اما تنها دليل نيست زيرا پديده تبخير نمي تواند مواردي از امپمبا را که در ظرف هاي در بسته انجام مي*شود را توجيه کند.
2- مي*دانيد که انحلال پذيري گاز ها با افزايش دما در آب کمتر مي شود. آب داغ گاز کمتري را نسبت به آب سرد در خود به صورت محلول دارد. اين موضوع مي تواند سبب آسانتر شدن همرفتي در آب گرم شود و آب گرم به طور يکنواخت تري خنک شود يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم که بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ ببندد ، نسبت به آب سرد کاهش يابد. گرچه بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توجيه هستند، اما تاکنون هيچ روش محاسبه*اي براي آن ارائه نشده است.
3- احتمالا هنگامي که آب سرد مي*شود، جريان*هاي همرفتي گسترش مي يابند و ديگر يک توزيع يکنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. مي*دانيم که چگالي با افزايش دما کاهش مي*يابد و به همين دليل سطح آب از ته آن گرم تر است. آب گرم چگالي کمتري دارد، پس سبکتر است و روي آب سرد که سنگينتر است قرار مي گيرد. اين پديده ( اثر سطح داغ ) ناميده مي*شود . مي*دانيم که حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل مي*شود . پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست مي*دهد. وقتي آب گرم اوليه خنک مي*شود، ممکن است به دليل جريان هاي همرفتي يک سطح داغ در آن ايجاد شود. پس سرعت خنک شدن آن از سرعت خنک شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يکسان بيشتر مي شود.
4 -ايجاد تغيير در محيط : تفاوت نهايي بين سرد کردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي*شود، بلکه به محيط اطراف بستگي دارد. آب گرم ممکن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد کند که در کل روند سرد کردن تاثير بگذارد . براي نمونه اگر ظرف ها را روي لايه*اي از يخ بگذاريم، ظرفي که داراي آب گرم است مي*تواند يک لايه از يخ زير خود را ذوب و در حقيقت در آب صفر درجه ي حاصل قرار گيرد و تماس بهتري با سطح خنک کننده برقرار کند و انتقال حرارت راحت تر صورت گيرد.
گرچه به ذکر دلايلي براي توجيه اين پديده اشاره گرديد، اما هنوز هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده*اي براي اين پدِيده وجود ندارد.
نويسنده: Monwhea,Yeng از دانشگاه كاليفرنيا، برگردان: مهندس مرتضي خلينا
اگرچه اين پديده باورکردني نيست، اما حقيقت دارد. اين پديده فيزيکي باورنکردني واقعا در يخچال خانه*ها اتقاق مي*افتد. اين پديده براي دانشمندان غافلگير کننده بود اما حقيقت داشت. شايد فکرکنيد اين پديده جالب جديد است، اما اين موضوع را از زمان ارسطو مي*دانستند و افرادي مانند ارسطو ، بيکن و دکارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند اما اين پديده تاسال 1969عملا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود. در اين سال دانش آموزان مدرسه*اي در تانزانيا نسبت به اين پديده کنجکاو شده و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و نام آن را امپمبا گذاشتند.
منظور از امپمبا چيست؟
اگر درون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند، مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و اختلاف دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن*ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش سرد کنيد، مشاهده خواهيد کرد که آب گرم زودتر از آب سرد يخ مي*بندد و ما امپمبا را مشاهده خواهيم کرد. براي بررسي دلايل اين پديده توجه به موارد زير ضروري است:
اگر شما دوظرف آب با دماي داشته باشيد، گرچه دماي آن دوظرف يکسان است اما ممکن است خصوصيات بسيار متفاوتي داشته باشند. به عنوان نمونه يکي دماي جداره اش بسيار سرد و دماي مرکزش بسيار گرم است، در حاليکه ديگري دماي تمام نقاطش يکسان است. در واقع دماسنج ميانگين دما را تعيين مي کند. يا اين که آب گرمي که تا خنک شده باشد با آبي که از ابتدا بوده است، بسيار متفاوت است. چرا ؟ ممکن است جرمش کم شود يا اين که جريان*هاي همرفتي سبب ايجاد يک توزيع ناهمگون در آب شوند . حتي ممکن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد .
حال به بررسي دلايل مي پردازيم:
1- فرض نماييد که اگردرون دو ظرف که شکل و جنس کاملا يکساني دارند ، با مقدار آب کاملا مساوي ريخته شود و تفاوت دماي آن*ها حدود 20 يا 30 درجه سلسيوس باشد و آن ها را با دقت بسيار زياد و با يک روش مي*خواهيم سرد کنيم تا دماي آن ها به صفر برسد:
هنگام سرد شدن آب گرم ممکن است بخش قابل توجهي از آن بخار شود . اين تبخير دو تاثير در جريان خنک شدن آب مي*گذارد. اول اين که جرم آب کم مي*شود، پس خنک شدن آن راحت*تر و سريع*تر مي شود و دوم اين که براي عمل تبخير نياز به گرما مي باشد و اين گرما را از محيط اطراف خود مي*گيرد در نتيجه آب باقيمانده سريع تر سرد مي شود. تبخير بدون ترديد يک عامل مهم توضيح پديده امپمبا است. اما تنها دليل نيست زيرا پديده تبخير نمي تواند مواردي از امپمبا را که در ظرف هاي در بسته انجام مي*شود را توجيه کند.
2- مي*دانيد که انحلال پذيري گاز ها با افزايش دما در آب کمتر مي شود. آب داغ گاز کمتري را نسبت به آب سرد در خود به صورت محلول دارد. اين موضوع مي تواند سبب آسانتر شدن همرفتي در آب گرم شود و آب گرم به طور يکنواخت تري خنک شود يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم که بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ ببندد ، نسبت به آب سرد کاهش يابد. گرچه بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توجيه هستند، اما تاکنون هيچ روش محاسبه*اي براي آن ارائه نشده است.
3- احتمالا هنگامي که آب سرد مي*شود، جريان*هاي همرفتي گسترش مي يابند و ديگر يک توزيع يکنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. مي*دانيم که چگالي با افزايش دما کاهش مي*يابد و به همين دليل سطح آب از ته آن گرم تر است. آب گرم چگالي کمتري دارد، پس سبکتر است و روي آب سرد که سنگينتر است قرار مي گيرد. اين پديده ( اثر سطح داغ ) ناميده مي*شود . مي*دانيم که حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل مي*شود . پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست مي*دهد. وقتي آب گرم اوليه خنک مي*شود، ممکن است به دليل جريان هاي همرفتي يک سطح داغ در آن ايجاد شود. پس سرعت خنک شدن آن از سرعت خنک شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يکسان بيشتر مي شود.
4 -ايجاد تغيير در محيط : تفاوت نهايي بين سرد کردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي*شود، بلکه به محيط اطراف بستگي دارد. آب گرم ممکن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد کند که در کل روند سرد کردن تاثير بگذارد . براي نمونه اگر ظرف ها را روي لايه*اي از يخ بگذاريم، ظرفي که داراي آب گرم است مي*تواند يک لايه از يخ زير خود را ذوب و در حقيقت در آب صفر درجه ي حاصل قرار گيرد و تماس بهتري با سطح خنک کننده برقرار کند و انتقال حرارت راحت تر صورت گيرد.
گرچه به ذکر دلايلي براي توجيه اين پديده اشاره گرديد، اما هنوز هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده*اي براي اين پدِيده وجود ندارد.
نويسنده: Monwhea,Yeng از دانشگاه كاليفرنيا، برگردان: مهندس مرتضي خلينا
