Historiallinen kontekstiMuokkaa

Muinaiset tutkijat, kuten Aristoteles, kuvasivat erilaisia lämmön vaikutuksia veden jäätymiseen: ”Se, että vesi on aiemmin lämmitetty, edistää sen jäätymiseen nopeasti: sillä niin se jäähtyy nopeammin. Siksi monet ihmiset, kun haluavat jäähdyttää vettä nopeasti, aloittavat sen asettamalla sen aurinkoon. Joten Pontuksen asukkaat leiriessään jäälle kalastamaan (he leikkaavat reiän jää ja sitten kalat) kaada ruokoaan lämpimällä vedellä, jotta se jäätyy nopeammin, sillä he käyttävät jäätä lyijynä korjatakseen ruoko. Aristoteleen selitykseen sisältyi antiperistasis, ”laadun oletettu lisääntyminen seurauksena siitä, että sitä ympäröi sen päinvastainen laatu”.

Varhaisen nykyaikaisen tutkijat, kuten Francis Bacon, totesivat, että ”hieman haalea vesi jäätyy helpommin kuin täysin kylmä. ”Alkuperäisessä latinankielisessä muodossa” aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida ”.

René Descartes kirjoitti menetelmäkeskustelussaan:” Kokemus voi nähdä ” että tulessa pitkään pidetty vesi jäätyy nopeammin kuin muut, syynä on se, että sen hiukkaset, jotka pystyvät vähiten pysäyttämään taivutuksen, haihtuvat veden kuumennuksen aikana. ”Tämä liittyy Descartesin pyörre-teoriaan.

Skotlantilainen tiedemies Joseph Black tutki tämän tapauksen erityistapausta vertaamalla aiemmin keitettyä kiehumattomaan veteen; aiemmin keitetty vesi jäätyi nopeammin. Haihdutusta kontrolloitiin. Hän keskusteli sekoituksen vaikutuksesta kokeen tuloksiin ja pani merkille, että kiehumattoman veden sekoittaminen johti sen jäätymiseen samanaikaisesti aikaisemmin keitetyn veden kanssa, ja huomautti myös, että hyvin kylmän kiehumattoman veden sekoittaminen johti välittömään jäätymiseen. Joseph Black keskusteli sitten Fahrenheitin kuvauksesta veden ylijäähdytyksestä (vaikka termiä ylijäähdytys ei ollutkaan sitten keksitty), väittäen nykyhetkellä, että aiemmin keitettyä vettä ei voida yhtä helposti jäähdyttää.

Mpemban havaintoMuokkaa

Vaikutus on nimetty tansanialaisen Erasto Mpemban mukaan. Hän kuvaili sitä vuonna 1963 Magamban lukion Tanganyikan lomakkeessa 3 pakastettaessa jäätelöseosta, joka oli kuuma ruoanlaittokursseilla, ja huomasi, että se jäätyi ennen kylmää sekoitusta. Myöhemmin hänestä tuli opiskelija Irkan Mkwawan lukiossa (entinen lukio). Johtaja kutsui tohtori Denis Osbornen Dar es Salaamin yliopistollisesta korkeakoulusta pitämään luennon fysiikasta. Luennon jälkeen Mpemba esitti hänelle kysymyksen: ”Jos otat kaksi samanlaista astiaa, joissa on yhtä suuri määrä vettä, yksi 35 ° C: ssa ja toinen 100 ° C: ssa (212 ° F), ja laitat ne pakastin, joka alkoi lämpötilassa 100 ° C (212 ° F), jäätyy ensin. Miksi? ”, vain luokkatoverinsa ja opettajansa pilkkasivat sitä. Alkuperäisen hämmennyksen jälkeen Osborne kokeili asiaa takaisin työpaikallaan ja vahvisti Mpemban havainnot. He julkaisivat tulokset yhdessä vuonna 1969, kun taas Mpemba opiskeli Afrikan villieläinten hoidon korkeakoulussa. Mpemba ja Osborne kuvailevat 70 ml: n (2,5 imp fl oz; 2,4 US fl oz) vesinäytettä 100 ml: n (3,5 imp fl oz; 3,4 US fl oz) dekantterilasissa kotitalouden jääkaapin jääkotelossa polystyreenivaahtolevyllä. Ne osoittivat, että jäätymisen alkamisaika oli pisin alkulämpötilalla 25 ° C (77 ° F) ja että se oli paljon pienempi noin 90 ° C: ssa (194 ° F) .Ne sulkivat pois nestemäärän menetyksen haihduttamalla merkittävänä tekijänä ja liuenneen ilman vaikutuksen Suurin lämpöhäviö havaittiin niiden kokoonpanossa olevan nestepinnalta.

Moderni kokeellinen työEdit

David Auerbach kuvaa vaikutusta, jonka hän havaitsi näytteissä nestesäiliöihin asetetuissa lasilasissa. Kaikissa tapauksissa vesi jäähdytettiin yli, jolloin lämpötila oli o f tyypillisesti -6 – -18 ° C (21 – 0 ° F) ennen spontaania jäätymistä. Spontaanin jäätymisen alkamiseen vaaditussa ajassa havaittiin huomattavaa satunnaista vaihtelua, ja joissakin tapauksissa tämä johti siihen, että vesi alkoi ensin kuumemmasta (osittain) jäätymisestä. 2016issa Burridge ja Linden määrittivät kriteerin ajanjaksoksi 0 ° C: n saavuttamiseksi. (32 ° F), suoritti kokeita ja tarkasteli tähän mennessä julkaistuja töitä. He totesivat, että alun perin väitettyä suurta eroa ei ollut toistettu ja että pieniä vaikutuksia osoittaviin tutkimuksiin voivat vaikuttaa lämpömittareiden sijainnin vaihtelut. He sanovat: ”Päätämme jonkin verran valitettavasti, että ei ole näyttöä Mpemba-vaikutuksen mielekkäiden havaintojen tueksi”. Kontrolloiduissa kokeissa vaikutus voidaan täysin selittää alijäähdytyksellä ja jäätymisaika määritettiin käytetyn astian avulla. Fysiikan maailman arvioija kirjoittaa: ”Vaikka Mpemba-vaikutus olisi todellinen – jos kuuma vesi voi joskus jäätyä nopeammin kuin kylmä -, ei ole selvää, olisiko selitys triviaali vai valaiseva.”Hän huomautti, että ilmiön tutkimusten on kontrolloitava useita alkuparametreja (mukaan lukien veden tyyppi ja alkulämpötila, liuenneet kaasut ja muut epäpuhtaudet sekä astian koko, muoto ja materiaali sekä jääkaapin lämpötila) ja täytyy tyytyä tiettyyn menetelmään jäätymisajan määrittämiseksi, mikä kaikki voi vaikuttaa Mpemba-vaikutuksen esiintymiseen tai puuttumiseen. Vaadittu laaja moniulotteinen kokeiluvalikoima saattaa selittää, miksi vaikutusta ei vielä ymmärretä. Uusi tutkija suosittelee aloittamista koe säiliöillä lämpötilassa 35 ja 5 ° C (95 ja 41 ° F) vaikutuksen maksimoimiseksi. Aiheeseen liittyvässä tutkimuksessa havaittiin, että pakastimen lämpötila vaikuttaa myös Mpemba-ilmiön havaitsemisen todennäköisyyteen sekä astian lämpötilaan. p>